菠萝采摘机械手的设计

由于菠萝树和果实的特殊结构,以及考虑到菠萝叶中叶脉纤维的经济价值,目前国内绝大多数的菠萝采摘都还是纯手工操作,不仅效率低,而且由于菠萝叶比较坚硬、菠萝果实上带有芒刺,对手的伤害程度很大。为此,针对菠萝的结构特征和生长特点,设计了一个纯机械式的采摘机械手,该机构操作简单、方便、可靠、快捷。工作时,通过锯齿型剪对菠萝果柄进行剪断,配合上人手腕的左右掰动将果实采摘下来。此设计的成功应用能够方便有效地解决果农对菠萝采摘难的问题,促进了菠萝产业的发展。     

菠萝采摘机械手结构设计

利用机器人技术实现果实精准化、智能化收获是现代果业生产技术的发展方向之一。提出了一种由夹持机构、剪切机构和支撑机构组成的菠萝采摘机械手。介绍了各主要部件的结构特点和设计参数,利用SolidWorks软件建立了采摘机械手的虚拟样机,并进行了田间试验。项目研究成果可为中国现代果园全程机械化研究提供技术参考。      

基于Pro/E便携式核桃采摘机的设计

根据新型矮化密植下的核桃树特点,设计了一种便携式核桃采摘机,提出一种新的夹持机构,并对该机主要部件进行了详细设计;运用三维软件Pro/E对零部件进行了三维实体建模及虚拟装配,同时对机构进行了静态和动态干涉检查,结果证明了整机的合理性。     

菠萝自动采摘机传动结构的设计及优化

提出了对菠萝实现自动采摘的总体结构方案,主要由机架部分、采摘部分、刀具升降部分、动力传动部分和果实输送部分组成,并进一步阐述了传动方案。为便于经行机构上的干涉检查以及动力学特性研究,建立了基于SolidWorks的菠萝采摘机主体结构三维模型,优化了菠萝在导果槽中的运动轨迹。     

基于PRO/E的新型棉花采摘机的设计

结合常德市棉花采摘情况,设计了一种新型的棉花采摘机。对棉花采摘机的采摘头、吸棉管、储棉桶和减压装置进行了设计,采用Pro/E软件对其模型进行了建立,并对其材料进行了强度校核。结果表明,满足强度要求,设计方案基本可行。     

手持式草莓采摘收集一体化装置的设计

针对现有草莓采摘作业中劳动强度高效率低下的特点,设计了一种人工操作辅助采摘的小型手持机械装置。该装置主要由送料和传动结构、根茎切割机构、根茎夹持机构、操控机构,以及果实收集机构等部分组成,以微型电机为动力源,以刀片和同步带组合,实现草莓根茎的切断、果实夹持、输送、收集的一体化作业。现场测试结果表明:该装置可显著提高操作者的劳动效率,减轻工作强度,具有较好的推广和实用价值。     

基于PLC和MCGS的采摘机械手控制系统设计

为了提高采摘机械手的作业效率,采用PLC气动控制系统对机械手进行了设计,并利用组态软件MCGS设计了机械手的监测与控制系统,为机械手的结构优化和作业情况监测提供了较为直观和准确的状态数据。为了验证该方案的可行性,对PLC气动控制系统的采摘机械手果实抓取性能进行了测试,利用MCGS组态软件监测系统对数据进行了统计。测试结果表明:采用PLC控制的气动采摘机械手具有较高的控制精度,且动作速度快,可以满足快速控制的设计需求,MCGS监测系统可成功地对机械手的状态数据进行统计,为机械手的设计和结构优化及作业状态的监测提供了直观准确的状态数据。     

大枣采摘收集一体机的设计

传统的大枣采摘方式多为人工采摘,劳动强度大且采摘效率低。在调查了大枣的生长环境及采摘特性后,研究分析了振动采摘收集机工作原理,设计完成适合大枣采收的振动式大枣采摘收集一体机结构设计。应用Solidorks软件建立大枣采摘收集一体机行走机构、采摘机构、激振机构、收集机构的三维模型,根据各工作机构零部件的相对位置关系,完成振动式大枣采摘收集一体机的整体装配体。     

桑叶采摘机桑枝间歇拨动装置的建模及仿真分析

针对摇杆式桑叶采摘机中桑枝拨动与桑叶采摘之间的时间协调匹配要求,选用圆柱分度凸轮机构作为间歇拨动装置,通过间歇拨动装置和桑叶采摘装置的协调配合,使桑枝能够及时进入圆环刀具口所在位置,保证桑叶的顺利采摘。采用空间包络曲面共轭原理建立了圆柱分度凸轮的数学模型,然后使用Pro/E三维软件的参数化建模功能进行三维设计和建模,结合在摇杆式桑叶采摘机设计中的相关结构参数建立了圆柱分度凸轮机构的虚拟样机模型,通过干涉分析验证了该机构设计的合理性,并将模型转换格式导入ADAMS软件中对其进行动力学仿真。仿真结果表明:该机构模型建立正确,各运动性能较稳定,满足了在桑叶采摘机中的实际应用价值,对该机构的优化设计、加工和安装起到了一定的指导作用。     

基于TRIZ理论的红花丝盲采装置设计与试验

针对红花花球分布层次不齐造成机械采收效率低等问题,设计一种红花丝盲采装置。通过分析人工手采摘红花丝的过程,利用TRIZ理论,建立红花丝采摘的物质-场模型,得出红花丝最佳采摘方案为利用采摘齿与红花丝碰撞的盲采。采用凸轮机构作为红花丝采摘的驱动机构,利用TRIZ理论的冲突矩阵对应的发明原理,对凸轮机构的结构进行改进,使凸轮机构完成红花丝的夹紧与拉拔两个驱动。设计了一种新的弧形采摘齿,解决了红花丝漏采难题。利用Creo软件建立红花丝盲采装置的三维模型,并研制样机进行试验,试验结果表明,当该装置前进速度为0.5 m/s,采摘齿转速大于6 r/s时,红花丝的采摘效果最佳,采净率约为90%。     

水培生菜低损柔性采收装置设计与试验

植物工厂水培生菜采收过程中易损伤菜叶,为提升采收质量,结合水培生菜农艺特征,设计了一款水培生菜低损柔性采收装置。利用图像处理检测水培生菜轮廓外切矩形,获取生菜株高及菜叶展开尺寸,进而通过柔性手指对菜叶的低损抓取、切割器对生菜茎的一次切除,实现水培生菜低损柔性采收。分析确定了柔性抓取机构、切茎机构、控制系统等关键部件的作业流程及结构参数。利用响应曲面试验方法,优化了柔性手指抓取高度比、抓取圆周比、柔性手指弯曲角的参数组合。试验结果表明,各因素影响采收成功率的显著性顺序为柔性手指弯曲角、抓取圆周比、抓取高度比,各因素对菜叶损伤面积的影响均极显著。利用二次拟合方程求得最优参数组合为抓取高度比0.55、抓取圆周比0.76、柔性手指弯曲角39.7°。对最优参数组合进行试验验证,结果表明,菜叶损伤面积为186mm2,采收成功率为96%,实现了水培生菜低损柔性采收。     

一种拉切式水果采摘器的设计

针对传统水果采摘方式劳动强度大、现有采摘器对复杂地形果园的水果采摘不便的问题,设计了一种由拉切装置、收集装置、支撑杆和拉绳装置等组成的拉切式水果采摘器,对该采摘器零件进行加工和装配得到其实物模型,并使用该实物模型进行了水果采摘实验。实验结果表明该采摘器具有携带方便、重量轻、操作灵活,可以在复杂的地形当中使用,且采摘过程对水果有保护作用的特点,且随着采摘时间越长其采摘效率越高,应用前景广泛。     

轴流式花生捡拾收获机设计与试验

针对花生全喂入捡拾收获过程捡拾率低、荚果损失率高、生产率低等问题,基于花生生物学特点、荚柄脱离特性及荚果破损机理,设计了一种轴流式花生捡拾收获机。整机采用自走式底盘驱动,配套动力120 kW,主要由捡拾装置、输送装置、摘果装置、清选装置、底盘系统、集果装置等组成,可一次完成对田间条铺花生植株的捡拾、输送、果蔓脱离、果杂清选、提升集果等功能。在分析整机工作原理的基础上,进行了关键部件结构设计及参数确定,通过动量守恒原理和赫兹接触理论建立捡拾过程的碰撞模型和摘果装置关键参数方程,并对荚果破损和荚柄分离力学模型进行了定量分析,确定以弹齿转速、摘果滚筒转速、机具前进速度为主要影响因素,并针对“开农61”品种花生进行试验研究。结果表明,最优参数组合为弹齿转速68 r/min、摘果滚筒转速447 r/min、机具前进速度1.4 m/s,对应的捡拾率为98.62%、荚果损失率为2.11%、生产率为0.61 hm^2/h,捡拾率、生产率比优化前分别提高了2.1、4.5个百分点,荚果损失率比优化前降低了0.9个百分点,综合性能明显提高。     

草莓收获机器人采摘执行机构设计与试验

设计了一套针对地垄栽培模式下草莓的无损伤自动采摘执行机构.该执行机构可在一定范围内对成熟草莓进行自主识别和精确定位,并以夹持、剪切果柄的方式摘取果实,从而实现草莓的无损伤采摘;所采用的控制方法对视觉传感器精度和机构重复定位精度依赖性较小,利于在进一步推广中控制成本.试验结果表明,该执行机构在实验室环境下对草莓的无损伤采摘成功率可达90％.     

半喂入花生摘果装置优化设计与试验

在自行设计的半喂入花生摘果试验台上对半喂入花生摘果装置结构参数和运动参数进行优化设计与试验.在摘果过程运动分析的基础上,确定花生果系在摘果段的理想位置状态和参数关系,使花生果系由底向上、渐进有序穿过最佳摘果区,摘果强度均匀.分析了摘果频率和摘果强度的影响因素及对作业性能的影响.采用摘果机理分析和试验验证相结合的方法,确定采用后倾弧形板摘果叶片,单辊配置6个叶片.通过多指标响应面综合试验,优化确定摘果装置的结构和作业参数组合为:摘果辊长度1 200 mm、链辊夹角7.2°、辊筒直径152.5 mm、重叠距离5 mm、摘果辊转速371 r/min和夹持输送速度1.025 m/s.     

基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器研

设计了一种基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器：以气动柔性驱动器作为其弯曲关节,用力学分析的方法对弯曲关节及末端执行器进行建模,分析建立关节弯曲量及输出力与其内腔气体压力之间的数学关系;建立了末端执行器抓取苹果目标的数学模型。实验结果表明:该末端执行器有较大的输出力,能很好地抓持苹果,并具有很好的柔顺性。     

基于RSSI信号强度定位的夜间采摘作业机器人设计

为了提高果实采摘机器人在夜间作业的工作效率,提出了一种适用于果实采摘机器人夜间果实定位识别的方法,引入了RSSI信号强度定位技术,并在此基础上提出了一种泰勒级数展开的高精度定位方法。夜间采摘作业机器人采用接收到的RSSI信号强度对待采摘的果树进行定位,为了满足机器人移动时的实时定位,采用多次信道扫描的方式,提高了机器人定位的实时性。为了验证机器人夜间定位方法的有效性和可靠性,在夜间采摘环境下,对机器人的性能进行了测试。通过测试发现:机器人的定位精度较高,错误识别率较低,并且通过多次校正,可以有效提高作业精度,满足夜间作业的设计需求。