柑橘采摘软体末端执行器的设计与试验

为实现柑橘的无损采摘,本文设计了1款采摘软体末端执行器。基于Yeoh本构模型建立软体手指弯曲变形力学模型;借助有限元仿真进行中心组合设计试验,最终取最优组合参数为：气囊高度为7 mm、限制层厚度为3.5 mm、气室厚度为3 mm;通过MATLAB拟合ANSYS有限元仿真结果,进行了力学模型修正;制作软体手指进行弯曲试验,验证了力学模型与有限元仿真可靠性;通过ANSYS有限元仿真得到软体手指充气压强为0.035～0.07 MPa,软体机械手即满足刚度要求又不损伤柑橘。搭建试验平台,得出最大气压下最大挤压力为18.13 N,试验证明采摘软体末端执行器无损夹持柑橘成功率为96.67%,平均采摘1个柑橘需要耗时3.54 s。     

马铃薯整茎压缩力学特性研究

【目的】分析马铃薯的整茎压缩力学特性,降低收获作业时收获机具对马铃薯的机械损伤。【方法】在5种不同加载速率(15,25,35,45,55mm/min)和3个不同加载方向(x向:马铃薯块茎的脐部与顶点连线方向;y向:块茎径向截面的短轴方向;z向:块茎径向截面的长轴方向)下,对2种含水率56.8%左右且在甘肃种植面积较广的马铃薯(新大坪和陇薯3号)进行整茎压缩试验,测定马铃薯的压缩破裂力和变形量,并对其进行显著性和差异性比较。【结果】显著性分析表明:加载方向对破裂力影响显著,加载速率对破裂力影响极显著,品种对马铃薯压缩变形量影响显著;差异性分析显示:加载方向对破裂力影响不显著,但z向加载对马铃薯压缩变形量影响较大;15,25和35mm/min的加载速率对破裂力均有显著影响,当加载速率为45和55mm/min时,二者对破裂力影响的显著性表现一致;品种的差异性对压缩变形量有显著影响。【结论】马铃薯整茎压缩试验结果为甘肃产马铃薯的收获、贮藏、运输及加工装备的设计研究提供了必要的力学参数。     

摇杆式桑叶采摘机采摘装置的有限元分析

旨在运用有限元分析软件建立摇杆式桑叶采摘机采摘装置的三维模型,从不同材料、刀具支撑杆的不同长度、刀具支撑杆的不同横截面形状等3个方面对采摘装置进行有限元分析,获取最危险工况下采摘装置受力的应力云图。结果表明,采摘装置选用普通碳钢材料的挠度值小于铝合金材料;刀具支撑杆的挠度值、应力值皆与刀具支撑杆长度间存在正相关关系;当圆形截面刀具支撑杆横截面面积与矩形截面刀具支撑杆横截面面积相同,且2种刀具支撑杆的长度也相同时,圆形横截面刀具支撑杆的挠度值与应力值皆小于矩形横截面刀具支撑杆。结合实际的生产条件,最终确定采摘装置材料选用普通碳钢,刀具支撑杆横截面形状采用圆形结构,刀具支撑杆长度定为325 mm,以期为今后制作桑叶采摘机物理样机提供理论依据。     

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。     

荔枝整果压缩力学特性试验

为减少机械损伤,水果采摘机械的设计与控制需充分考虑水果整体力学特性。对荔枝整果进行压缩试验,分析研究荔枝在压缩载荷下的变形规律和重复加载时其刚度的变化,根据Hertz接触理论求得整体荔枝压缩时弹性模量与变形量的关系曲线,通过对试验曲线的拟合求得荔枝刚度与变形的二次关系式。试验范围内得到的荔枝果壳破裂力为30～40N,其受载时趋于稳定的刚度值为6.3954×103N/m。该研究为采摘机械的设计、减少采摘损伤控制最小的载荷提供了参考依据。     

香蕉差压预冷冷却均匀度试验与分析

为研究香蕉预冷时的冷却均匀度,搭建差压式香蕉预冷试验平台,以批量香蕉为试验物料,研究香蕉差压预冷冷却均匀度。通过Matlab软件的曲面拟合功能对预冷室中纵截面、中横截面的空气温度分布特性,以及中纵截面、中横截面香蕉果肉温度分布特性进行分析;再通过计算中纵截面、中横截面的香蕉果肉温度冷却均匀度,研究香蕉的预冷均匀性。研究显示,中纵截面香蕉果肉温度分布规律与预冷室中纵截面的空气温度分布规律相似,中横截面香蕉果肉温度分布规律与中横截面空气温度分布相似;中纵截面空气温度分布以及该截面的香蕉果肉温度分布均由前往后逐渐升高;中横截面空气温度分布及该截面香蕉果肉温度分布较为均匀,上层果肉温度高于下层果肉温度;中纵截面香蕉果肉温度冷却均匀度为滓=0.12,中横截面为滓=0.07。研究结果表明香蕉差压预冷冷却均匀性好,差压预冷适用于香蕉储运前的预冷。     

基于机械损伤的宽皮柑橘贮藏期间力学特性研究

对宽皮柑橘(Citrus reticulata)贮藏期间力学特性变化进行了研究,定期对柑橘进行压缩试验,并测定贮藏期间柑橘果实的质量、硬度、弹性模量、破坏极限力和总变形破坏能。结果表明,随着贮藏时间的延长,柑橘果实的质量损失逐渐增大;硬度呈减小趋势,但贮藏7 d与贮藏10 d差异不显著;弹性模量、破坏极限力和总变形破坏能均先增大后减小,在贮藏7 d时达到最大值,贮藏1 d与贮藏4 d差异均不显著,贮藏10 d与贮藏1 d均有显著差异。各力学指标相关性分析表明,贮藏时间与质量损失呈高度正相关,与果实硬度和弹性模量呈高度负相关,与破坏极限力和总变形破坏能不相关。     

杀菌剂防治柚子柑橘黑斑病田间试验初报

柑橘黑斑病菌(Guignarida citricarpa)是欧盟和美国禁止进境的植物检疫性有害生物.近年,柑橘黑斑病成为阻碍我国柑橘出口欧盟的瓶颈,广东梅州名优鲜果--蜜柚出几基地黑斑病也遇到类似情况.为解决在柚子果实采摘前控制和减少柑橘黑斑病对果实的侵染,选择10种杀菌剂在柚子果实上进行柑橘黑斑病田间防控试验.试验结果可以初步确定嘧菌酯、甲基硫菌灵、苯嘧甲环唑等内吸性、具备对病原菌新型作用机制的杀菌剂能够在田间对柑橘黑斑病起到较好的防控效果.     

收割期甜玉米底部茎秆机械物理特性参数试验

以超甜玉米"金银99"为例.对甜玉米果穗采摘后第7天茎秆底部切割区的相关机械物理特性参数进行了试验研究.获得甜玉米底部茎秆最大抗剪强度平均值为2.39MPa,最大剪切破坏力平均值为715N,最大剪切破坏力的大小与茎秆直径密切相关,满足对数变化规律;甜玉米底部茎秆最大抗压强度平均值为5.1MPa.最大压缩破坏力平均值为1623N,最大压缩破坏力的大小与茎秆直径密切相关,满足4次多项式变化规律.研究表明.受含水率和机械物理特性的影响,需对收获期甜玉米茎秆切割器进行专门的研究与分析.     

薄壁容器器体应力分析

薄壁园筒纵截面上的应力计算方法,一般取筒体上相距为L的两个横截面以及通过轴线的纵截面,把这三个截面截出的部份取为自由体,考虑它的平衡,先求出内力,再求应力。本文应用代表一点的“单元体”上扩大受力状况,直接分析纵截面上的应力,计算简单而不需截取任何部份。并由此推导出具有对称轴的一般迥转体薄壁容器的计算式。