柑橘采摘机器人末端执行器夹持机构设计与实验

改进末端执行器的采摘成功率是提高采摘机器人采摘能力的重要手段。由于在相同剪切速度和果柄直径下,采用简支梁的剪切方式比采用悬臂梁剪切方式更容易剪断果柄,而通过夹持机构夹住柑橘再进行剪切能实现简支梁方式剪切果柄,因此可在末端执行器增加夹持机构来提高末端执行器的采摘成功率。通过对柑橘的极限挤压试验,得出柑橘在受压面直径为14.12 mm的条件下,所能承受的极限载荷为14.0 N。据此结果和柑橘相关参数,设计了夹持机构手指,并确定了其对柑橘的最大夹持力不超过102.41 N,同时根据前期研究成果和果柄受力分析,确定夹持机构的最小加持力不得小于3.79 N。由夹持机构运动特点完成控制系统设计,建立夹持机构三维模型并进行有限元分析与验证。制作了夹持机构样机并进行了不同品种柑橘的夹持实验,并将夹持机构安装在末端执行器上,在室外自然条件下进行无夹持机构和有夹持机构的采摘对比实验。实验结果表明,夹持机构可实现对各品种柑橘的无损夹持,增设夹持机构后末端执行器采摘成功率由70%提升至85%,对末端执行器采摘成功率有显著提升,从而提高了采摘机器人的采摘作业能力。     

叶类蔬菜有序收获夹持输送的力学特性研究

为确定叶类蔬菜机械化收获参数,以收获期上海青为研究对象,通过夹持部位破损临界力试验分析上海青的无损夹持力。针对目前采用万能试验机进行压缩试验的不足,设计了一款夹持参数测定试验平台,该试验平台可对夹持输送作业的相关参数进行调整,并借助传感器对作业过程实时记录。以夹持角度（15°～25°）、夹持高度（2.0～4.0 cm）和夹持材料（橡胶同步带、花纹输送带、蓝布海绵皮带）为影响因素,以破损临界力和破损压缩量为评价指标,通过响应曲面试验优化上海青收获过程中夹持输送的综合影响因素,建立了影响因素与评价指标之间的回归方程式,并探究各因素组合对上海青夹持输送的影响。结果表明,当以蓝布海绵皮带为夹持材料、以最小破损临界力和破损压缩量为目标时,破损临界力和破损压缩量分别为16.95 N和18.03 mm,在夹持角度15°和夹持高度2.0 cm处。在实际收获中为减少上海青的损伤率,应保持夹持力在最小夹持力和破损临界力之间。     

甘蔗立式夹持输送通道剥叶装置设计与试验

【目的】探讨甘蔗立式夹持输送剥叶技术在整秆式收割机中的可行性,解决现有整秆式甘蔗联合收割机甘蔗通道长、作业效率低的问题。【方法】以4ZZX-48型甘蔗收割机为作业平台,在输送通道上设计立式剥叶装置。通过收获试验,分析了夹持输送链轮转速(n1)、剥叶辊筒角度(β)、剥叶辊筒转速(n2)和甘蔗喂入率(q)等因素对甘蔗立式夹持输送剥叶性能的影响。【结果】n1和n2对剥叶性能有显著影响,各因素对剥叶性能的影响依次为n1n2qβ。n1为60 r/min、β为30°、n2为360 r/min、q为7.5 kg/s时,甘蔗叶片剥净率为76.6%,剥叶性能达到最优。曲线回归分析表明,剥叶辊n2/n1与剥净率之间存在着二次多项式关系,n2/n1在5～6之间时,剥净率约77%,达到试验最优值。【结论】基于甘蔗立式夹持输送剥叶技术的收割机具有可行性,本研究结果对研发新型整秆式甘蔗收割机有一定参考价值。     

油茶果采摘装置关键部件的设计与试验

为解决目前我国油茶果采摘效率低,劳动强度大,采摘成本高等问题,设计了一款油茶果采摘装置,并对其关键部件进行了详细设计.通过建立油茶果采摘力学模型和求解,得到影响油茶果的采摘因素.运用ADAMS仿真分析得到激振器最大输出加速度为124.7 m·s-2,激振器产生的最大惯性力为10.03 kN;结合油荼果采柄分离力试验结果,确定了采摘装置参数设计的合理性.正交试验表明:影响油荼果采摘率主次因素依次为激振频率、激振时间和激振幅值;影响花苞损伤率主次因素依次为激振频率、激振幅值和激振时间.采用综合评分法得到了油茶果采摘最佳参数组合,即激振时间为10s、激振频率为15 Hz、激振幅值为150 mm时,此时油茶果的采摘率为85.36％,花苞损伤率为14.35％.     

油茶果采摘机采摘机械臂的机构设计及运动仿真

油茶是我国重要的林业经济植物,是我国食用油的重要来源之一,随着品种的优化和种植的规范化,油茶果机械化采摘成为必然,研制油茶果采摘机成为林业机械的一个新领域。在实地考察研究油茶果植物特性和采摘方式的基础上,设计了油茶果采摘机采摘臂的机构,并应用三维软件pro/e,针对采摘臂的液压驱动方式,对采摘臂进行了运动仿真。     

夹持输送式棉花拔秆机的设计与试验

[目的]为完成棉秆整株拔取,解决漏拔率、拔断率高等问题,实现棉秆循环利用,针对新疆机采棉种模式,设计了一种夹持输送式棉花拔秆机.[方法]以前进速度、拔秆角度、主动轮转速为影响因素,漏拔率和拔断率作为评价指标开展三因素三水平二次回归试验.通过田间试验找出最优结构与工作参数组合.[结果]优化后的最优工作参数组合为前进速度为...     

花椒采摘机的设计与试验

针对目前花椒收获机械化程度低,损失率高的缺点,设计了一种机械式花椒采摘机。该机利用拔椒轮高速旋转时产生的梳刷作用和拨椒轮与弧形凹板问相对运动所产生的搓擦作用收获花椒。通过花椒采收试验,利用正交试验设计,探讨了不同工艺参数对采收效果的影响。试验数据分析显示,3个工艺参数对采收率影响大小顺序为为拨椒轮转速、凹板间隙和拨椒轮横杆数。该机的最优工作参数组合为,拨椒轮转速250r／min、凹板间隙3mm、拔椒轮横杆数4个,该机具采收率高,花椒及其枝叶损伤小。     

柑橘采摘机器人末端执行器设计与试验

作为采摘机器人的重要组成部分,末端执行器是与采摘对象直接接触的最后执行部件,由于其采摘对象的特殊性,末端执行器的研制成为了农业机器人尤其是果蔬采摘机器人的关键技术之一,它的性能优异程度直接影响机器人的收获效率。基于仿生学理念,以蛇的吞咽动作和上颚结构为构型设计原型,提出末端执行器设计的机构构型,并完成末端执行器的初步模型设计。完成其控制系统设计与气压驱动系统设计,实现下位机控制器Arduino与PC上位机的通信。根据柑橘果实的生长情况与该型末端执行器作业状态分析,设计了末端执行器采摘试验,完成其采摘成功率分析与采摘执行系统优化。     

水稻钵苗柔性夹持拔苗装置的设计与试验

针对试制的2ZP–10型水稻钵苗抛秧机拔苗损伤率高和秧苗株距不准确的问题,设计了钵苗柔性夹持拔苗装置替代原有拔苗装置。该装置由秧盘输送带、柔性同步带夹持器、秧盘回收装置和钵苗承接输送带组成,通过同步带上柔性材料微小变形所产生的柔性夹持力拔出钵苗。在自制的水稻钵苗柔性夹持拔苗装置试验台上,以深两优5814水稻秧苗为试材,对影响秧苗损伤率、漏拔率及秧苗株距合格率的夹持间隙、夹持柔性材料、起拔角进行单因素试验和多因素正交试验。结果表明,对秧苗损伤率、漏拔率及秧苗株距合格率影响大小依次为夹持间隙、夹持柔性材料、起拔角;当夹持间隙为0 mm、夹持柔性材料为海绵、起拔角为30°时,秧苗损伤率、漏拔率、秧苗株距合格率分别为2.00%、5.00%、91.00%,是实现水稻钵苗柔性拔苗作业的最优组合。     

龙眼柔性对辊剥壳机的设计与试验

目的 龙眼剥壳是其深加工中的关键工序,针对人工剥壳效率低、机械剥壳损伤大及果肉完整性差等问题,设计了柔性对辊剥壳装置。方法 根据典型龙眼鲜果的物理机械特性,提出了一种先破壳后采用柔性对辊脱壳的方法,对龙眼剥壳机的破壳机构、送料盘、剥壳对辊等关键部件的结构进行设计,其中,破壳刀具切割深度和脱壳柔性对辊的间隙可调。以广东‘储良’龙眼鲜果为研究对象,通过正交试验分析,以对辊间隙、辊子转速和果壳破口为试验因素,剥壳成功率、剥壳损失率和果肉完整性系数为试验指标,进行优化试验。结果 装置中,方便可调的对辊间隙能满足分级后不同直径龙眼的剥壳加工,剥壳装置对不同大小龙眼鲜果的适应性好。对辊间隙对剥壳性能有显著影响,随着对辊间隙由3 mm增至5 mm,龙眼脱壳后的果肉完整性逐渐变差,其损失率由约7%升至18%。各因素对剥壳性能的影响依次为对辊间隙>对辊转速>果壳破口,当对辊间隙为3 mm、对辊转速为13.5 r/min、果壳破口为90°时,龙眼剥壳性能达到最优。结论 该研究为龙眼等柔性果机械剥壳获取灯笼状果肉的深加工研发及剥壳机参数优化提供了参考。     

香蕉采摘机械的研究现状与发展趋势

采取文献综述与经验总结相结合的方法,对国内外香蕉采摘机械的现状进行研究;从香蕉采摘机械手与自动化采摘机械2个方面对文献知识进行梳理与归纳。结果表明:1)国内外出现众多的香蕉采摘机械手,包括采摘机械夹持装置、支撑装置、切割装置等,可以实现替代人工,降低果实损伤的目的。2)目前集采摘、运动于一体的自动化香蕉采摘机械,极大的提高了香蕉采摘的效率,促进香蕉产业快速发展。3)多功能、智能化香蕉采摘机械仍然是当前香蕉采摘机械的研究重点。针对香蕉采摘机械发展过程中存在的不足,提出如下的发展方向:深入研究香蕉采摘机械的行走装置,实现快速运动与灵活转向;在当前自动化采摘机械的基础之上,全面研究香蕉果实视觉识别系统与计算机决策系统;进一步研究移动小车与机械臂,增强香蕉采摘机械的抗倾覆能力;香蕉采摘、落梳与包装一体机或可更换机械手的多功能化果实采摘机是未来香蕉采摘机械的研究热点。     

套袋对香蕉果实发育和微域环境的影响

在冬、夏季对香蕉果实进行套袋试验.探讨了套袋对香蕉果实和微域环境的影响,结果表明:根据季节特点合理选择袋型套袋,能改善果实微域环境,防止果实冷(冻)害和"日灼"的发生,促进果实生长发育,提高单穗果实质量,改善果实的外观,使果皮着色均匀,光滑有光泽,新鲜感好,病虫害和机械伤少;果实内在品质因季节和材料的不同差异较大.试验结果还表明,外袋用蓝色薄膜.内袋用白色无纺布(A)或外袋用牛皮纸、内袋用浅监色木浆纸(E)2种套袋处理的综合表现较好,尤其以后者的外观品质最好、内在品质变化小、微域温湿度适宜,增产率10%以上,是香蕉较理想的套袋方式.     

基于响应曲面法的JM-1400型卷绕式拾膜机参数优化

并运用响应曲面法对设计JM-1400型卷绕式拾膜机进行试验研究。建立了拾膜率与机车前进速度、集膜轮工作角度、起膜铲入土深度等三个显著性影响因素数学模型,分析各因素对拾膜率的交互影响规律并进行优化。结果表明,按优化所得工作参数进行配置时,拾膜率能够达到87%以上。     

液肥注射式变形齿轮扎穴机构设计与试验

针对现有扎穴机构存在传动系统复杂、扎穴穴口较大等问题,设计传动系统简单且可实现穴口小变形齿轮扎穴机构。根据变形齿轮啮合特点,构建扎穴机构变形齿轮行星轮系节曲线数学模型。应用VB语言开发该扎穴机构仿真优化软件,分析变形齿轮长半轴a、变形齿轮偏心率e、变形齿轮变形系数m1等重要参数对扎穴轨迹影响,通过人机交互方式优化可满足扎穴机构工作要求的结构参数。应用Pro/E软件建立扎穴机构三维模型,ADAMS软件模拟仿真,喷肥针尖运动轨迹曲线与理论分析轨迹一致,验证机构设计合理性。台架试验总平均穴口宽度为21.1 mm、穴距220.1 mm。结果表明,该扎穴机构满足喷肥针扎穴穴口性能要求,可为深施型液态施肥机设计提供理论参考。     

穴盘苗取投苗装置的设计与试验

设计了一个将蔬菜和烟草幼嫩脆弱型穴盘苗取出并投送至指定位置的机构,该机构包含定位输送装置与取投苗装置。在穴盘输送台上对生长至3~4片真叶的烟草穴盘苗进行取投苗试验,以伤苗率、取苗成功率、投苗成功率为评价指标,对取苗机构的电机转速、苗夹安装高度、机械手指的插入角度等进行了单因素试验与多因素正交试验。单因素试验结果表明,取苗机构的电机转速为120 r/min时,伤苗率为1.5%,取苗成功率为92.5%,投苗成功率为93.12%;苗夹的安装高度为90 mm时,伤苗率为1.32%,取苗成功率为91.2%,投苗成功率为94.45%;机械手指的插入角度为7°时,伤苗率为1.28%,取苗成功率为93.35%,投苗成功率93.1%。正交试验结果表明,取苗机构的电机转速为120 r/min,苗夹的安装高度为90 mm,取苗爪的插入角度为7°时,为最优组合,伤苗率为1.8%,取苗成功率为94%,投苗成功率为96.9%。     

基于摆动冲击试验的青香蕉碰撞损伤敏感性评估

目的 评估一束适收期青香蕉果穗内梳层节点、节点嵌套的内外排层、果指表面区域和冲击水平对果实碰撞损伤敏感性的影响,为后续生产处理环节中确保果指质量的针对性防护提供参考。方法 嵌套、单因素和正交试验设计结合单因素及多因素方差分析,确定显著影响果实碰撞损伤敏感性的因素及主次关系。设计和搭建摆动冲击试验台,开展果实的碰撞损伤试验。通过测量碰撞部位的损伤体积和吸收能量,计算果实的碰撞损伤敏感性(单位吸收能量下的损伤体积)。结果 嵌套试验结果表明：梳层节点对损伤敏感性无显著影响;节点嵌套的排层对其影响极显著;根据多重比较分析结果节点嵌套排层的14个水平可分为4组。单因素试验结果表明：果指表面区域对损伤敏感性的影响极显著,近果顶端>果指中部>近果柄端;损伤敏感性随冲击水平的提高而显著增加。正交试验结果表明：影响果实碰撞损伤敏感性各因素的主次顺序为冲击水平>生长位置>果指表面区域。结论 一束香蕉梳层节点嵌套的内外排层及果指表面不同区域的碰撞损伤敏感性具有统计意义上的差异。     

香蕉采后果实炭疽病菌的鉴定及其生物学特性

采用组织分离法从表现炭疽病症状的采后香蕉果实中分离到4个炭疽病菌菌株.通过观察这4个菌株的菌丝生长速率、孢子萌发、附着胞形成和致病性,发现4个菌株的菌丝生长速率无显著差异,但菌株X4的孢子萌发率、附着胞形成率和致病力明显高于其他3个菌株.采用传统的形态学鉴定方法,并结合ITS序列分析技术,鉴定菌株）“为芭蕉炭疽菌（Co...     

MaHSFA1和MaHSP70在热处理诱导香蕉抗冷性中的作用

【目的】探讨MaHSFA1和MaHSP70基因在热处理诱导香蕉抗冷性中的作用,为有效延长香蕉贮运期提供参考依据。【方法】从香蕉基因组数据库(http://banana-genome.cirad.fr/)中搜索到MaHSFA1和MaHSP70基因序列,分别设计特异引物,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测这2个基因在香蕉热处理和低温贮藏中的表达情况。【结果】MaHSFA1基因与其他物种的HSFA1基因同源性较低,仅在HSF DNA-bind区域的保守性很高;MaHSP70基因含有一个HSPA1-2,6-8-like NBD区域,且与其他物种的HSP70基因同源性很高。7℃冷藏诱导香蕉果实的MaHSFA1和MaHSP70基因表达量整体上呈下降趋势。经52℃热水处理诱导的MaHSFA1基因表达增强,且在热激处理后0.5 h有一个小高峰;在7℃低温贮藏过程中,经热处理后的MaHSFA1基因表达量在贮藏4.0 h时迅速升高至最大值,之后又迅速下降;MaHSP70基因表达量在热激处理后0.5 h迅速升高至最大值,约是对照处理(未经热激处理)的4倍,之后逐渐下降。在整个试验过程中除7℃贮藏120.0 h外,其他时段热激处理的MaHSFA1和MaHSP70基因表达量均高于对照处理。【结论】采后香蕉果实的抗冷性与MaHSFA1和MaHSP70基因表达增强密切相关,生产上可通过热处理提高香蕉果实的抗冷性,进而延长贮运期。     

水果采摘机器人智能移动平台的设计与试验

【目的】基于三自由度水果采摘机械臂,设计一种轮式智能移动平台。【方法】根据农田工作环境,设计了转向机构和防撞梁机构;借助ANSYS对车架在3种工况下的变形情况进行仿真分析;使用Simulink模块对车载电机进行了基于最大转矩电流比矢量控制(MPTA)以及ID=0模式下的仿真;使用VC++语言编写了运动控制程序,开发人机交互界面;在南京市江浦农场进行样机行走试验。【结果】弯扭工况下车架变形量最大为14.1 mm,应力值小于材料屈服极限;基于MPTA控制下的电机约0.8 ms达到稳定;该平台最大爬坡角度约为10°,1.5 m·s~(-1)行进时跟踪路径的横向偏差约为0.22 m。【结论】该移动平台结构合理,强度和刚度较高,运动精度高,符合实际工作要求。