番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验

为实现番茄采摘机器人作业时将目标果实从果束中分离,设计了以微型静音空气压缩机和集成式真空发生器为主体的真空吸盘装置,并依据供气压力-负压关系、吸盘拉脱力和真空吸着响应时间测定结果,确定了其控制策略.试验表明,真空吸盘装置平均单次作业的时间和空气消耗量分别为1.5 S和0.6 L,拉动果实实现35 mm水平位移的成功率达92%,空气压缩机功率可以满足采摘效率360个/h的需要.     

番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计

设计的基于多传感器信息融合和开放式控制的智能型番茄采摘机器人末端执行器,其硬件主要包括执行系统、感知系统、控制系统和供电系统,执行系统中真空吸盘装置使果实从果束中分离,手指夹持机构对番茄可靠抓持,果梗切断装置利用激光对果梗进行切断.该末端执行器设计质量为1.2 kg,完成一次采摘动作只需3 s.只需更换联接板,即可与其他机械手顺利联接.     

小林果实采摘工作头装置结构的设计

定型专利产品小林果实采摘工作头结构装置在已有的工作头基础上,对其结构中的核心技术传动部分、减震部分进行了优化改进设计,应用电控制器、单自由度定位轮系装置,实现了采摘不同类型的小林果实采摘作业,解决了在采摘过程中由于振动过大出现操作者手麻和林果枝条扭断现象的作业问题。新研制的小林果实采摘工作装置,集机械、电控为一体,采摘效率高、结构简单、可靠性高、成本低廉,市场前景广阔。     

履带自走式果园采摘作业平台果实输送装置的研制

为实现果园收获环节的机械化、一体化作业,设计了一款上下两层可调式采摘高度、多采摘工位的履带自走式果园采摘作业平台,对采摘下的水果实现自动输送与收集装箱。考虑果实输送机械对水果的理论损伤以及其它外部因素,设定了由子输送装置汇集到主输送装置,并通过垂直输送装置收集到果箱中的三级输送装置。同时,对采摘作业平台各级输送装置的空间布置和各部分的工作原理及各部分间的配合关系都做了全面细致的设计与分析。实际测试表明:果实的损伤率在6%左右,符合设计和实际工作要求。     

牵引式果园采摘作业平台果实输送系统的研究设计

为实现矮砧密植化苹果园采收环节机械化作业,设计一种基于人工采摘的"双侧、三高度、六工位"采摘平台,并实现对苹果自动输送和装箱。对采摘作业平台的果实输送系统进行设计,其设计充分考虑果实机械损伤理论,利用三级传送装置实现苹果从采摘工位到果箱的传送过程,对各级传送装置的空间布置、结构尺寸和工作原理进行细致而全面的设计与分析。样机试验结果表明:模拟实际采收条件下,传送带速度小于0.2m/s时,果实损伤率不超过10%,每小时的最大采摘量为9 400个,满足设计和实际作业要求。     

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。     

基于负压吸力的便携式苹果采摘装置的设计与试验

由于末端执行器直接接触果实,往往会因为夹持力过大而压伤果实,因此研究一种更加可靠的末端执行器显得至关重要。本研究创新地设计出一种能够满足苹果采摘需求的机构—基于负压吸力的便携式苹果采摘装置。通过一系列方案分析和采摘试验验证此采摘装置的可行性,结果表明:用本装置进行采摘作业时,每个果实的采摘时间均值为3.19s,与人工采摘时间相近[1];收获果实损伤率低,1级特等品占85%。     

视觉传感器在采摘机器人目标果实识别系统中的应用

目标果实的识别和定位是准确采摘的核心,是采摘作业的必要条件。为此,首先从硬件和软件两方面对采摘机器人总体框架进行了介绍,然后搭建了双目视觉系统,并建立了摄像机标定模型,最后实现了对目标果实的识别和定位功能。试验结果表明:采摘机器人目标果实识别系统对目标果实的识别定位误差在8mm以内,成功采摘率在96%以上,系统精度高,采摘效果良好,能够满足采摘机器人的作业要求,对实现水果采摘的自动化、无人化具有重要现实意义。     

双孢菇柔性仿形采摘末端执行器设计与试验

为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题,基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构,通过预试验分析末端执行器的关键参数;选定了吸盘材料和颗粒填充物的种类,通过有限元仿真验证柔性仿形吸盘的仿形能力和吸附效果,并得到柔性仿形吸盘最优的开口直径。为明确吸附负压、双孢菇直径、柔性膜厚度、颗粒直径等因素对吸附力的影响,对所试制的末端执行器进行了拉脱力试验,结果表明拉脱力与吸附负压、双孢菇直径、颗粒直径均呈线性关系,与柔性膜厚度呈非线性关系。当末端执行器中柔性膜厚度为9mm、颗粒直径为20目的石英时仿形效果最好,并与标准真空吸盘开展了对比试验,试验结果表明同等吸附力柔性仿形吸盘所需负压更低。针对尺寸范围为25~50mm的双孢菇进行了采摘试验,柔性仿形吸盘的采摘成功率为98.5%,并对采后双孢菇进行了损伤检测,柔性仿形吸盘的采摘损伤率为2.5%。结果表明,所设计的柔性仿形采摘末端执行器具备适应性强、抓取稳定、损伤率低等优点,能够满足双孢菇自动化采摘需求。     

基于切割的便携式苹果采摘装置的设计与试验

针对甘肃省苹果园种植方式及劳动力资源短缺现状,设计一套基于切割的便携式苹果采摘装置。该装置通过对果梗感应触发电机而实现切割运动,且可以对不同高度果实进行采摘作业,操作简单、接果准确、效率高及损伤小。试验表明:用该装置进行采摘作业时,单果平均采摘时间为3.12s,而且在规定时间内每分钟的摘果数目也多于传统手工采摘;收获的苹果损伤率低,Ⅰ级特等品占88%,具有较好应用前景。