基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机设计与试验

为改善蓝莓机器采摘果品质量,设计了基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机。设计样机中关键零部件,包括驱动元件计算与选择、传动系统减速比分配、凸轮运动曲线计算,采用“反转法”推导凸轮廓形曲线,利用“角分线法”设计采摘系统末端执行装置。在ADAMS中建立采摘机模型,搭建仿真环境对采摘机进行动力学分析,研究凸轮设计参数、各杆件长度、驱动元件转速对采摘传动装置的影响。在种植园进行蓝莓采摘试验,计算得到槽型凸轮采摘机的采摘效率为4.6 kg/min、未成熟果实脱落率为3.2%、成熟果实采净率为83%、果实损坏率为3.1%,对比分析得出:槽型凸轮采摘机的采果质量优于牵引式采摘机,采摘效率是人工采摘效率的13倍。     

高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验

为提高我国蓝莓果实采摘效率,设计了一种高丛蓝莓采摘机。分析了采摘机设计要求与工作原理,估算了蓝莓树枝采摘频率和采摘惯性力。按照确定的设计要求,采用给定行程速比法设计了铰链四杆机构,运用图解法设计了双摇杆机构,并加工制造了采摘系统。为评价采摘系统果实采摘质量和机采与人采效率比,进行了蓝莓采摘试验。试验结果表明,机器采摘效率为829 g/min,是人工采摘效率的12.67倍;采摘果实破损率为8.3%,采净率为96.9%,未成熟果实脱落率为9.7%,该采摘机采摘蓝莓果实的质量和效率较高。     

适用于山地手持式电动蓝莓采摘机的研制

为解决我国山地蓝莓较难实现机械化采摘的问题,通过机械结构设计、电机控制策略设计,研制一款适用于山地的手持式纯电动蓝莓采摘机。该机采用振动原理,通过锂电池(14.8V·10Ah)为整机供电,总质量5.1kg,总长1850mm,有着体积小、质量轻以及制造成本低等特点,可轻便携带上山进行手持采摘。以贵州省黔东南苗族侗族自治州麻江县"灿烂"蓝莓为试验对象,分析振幅和振频对采摘结果的影响,进行人工、机械采摘对比试验。试验结果表明:频率设置在3～10Hz、振幅固定在±15°时,采摘效果最好,平均采摘效率为86.65%,平均采摘未熟果率为9.83%、平均采摘未采净果实率为1.48%,平均机采人采效率比为5.44,果实破损率为0%,树枝破损率为0%。     

便携式山核桃高空拍打采摘机设计与试验

为了解决我国山核桃高空采摘困难、提高采摘效率、降低采摘成本,根据山核桃果实与树枝分离力试验结果,设计了便携式山核桃仿人工高空拍打采摘装置。阐述了采摘机关键部件设计过程,并对采打机构进行了数学建模与计算,应用ADAMS对采打机构进行仿真,确定了拍打机构的机构与工作参数,为采摘机设计提供了依据。山核桃采摘试验结果表明:果实采净率具有显著性影响(P=0.05),果实采净率随拍打频率的增大而增大,频率在13.33 Hz时达到最大值,采净率为90.3%;对枝芽损伤较小,但拍打频率越大,对枝芽损伤越明显,建议拍打频率采用10~13.33 Hz,此时平均采净率达到85.1%~90.3%,且对枝芽没有破坏性损伤。     

振动式蓝莓采摘机液压系统的设计与仿真——基于AMESim

为了实现国内蓝莓产业发展,自主研发了GYL062型牵引振动式蓝莓采摘机。介绍了该蓝莓采摘机的结构和工作原理,设计了蓝莓采摘机的液压系统原理图。同时,选择调整采摘高度的升降液压缸为研究对象,分析了双作用单活塞杆的运动速度与缸内液体压力的变化规律,并应用AMESim软件对升降系统液压回路进行了建模与仿真。仿真结果表明:所设计的升降系统回路满足要求,为蓝莓采摘机及其液压系统的改进和优化设计提供了理论依据。     

高酸苹果振动式采摘机设计与试验

为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。     

轨道平移式果蔬采摘机器人的作业质量测试方法研究

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了作业质量测试。结果表明：产品的采摘效率为8个/min,果实采摘尺寸范围为30mm～92mm,最大抓握输出力2.3kg,抓取成功率72.9%,果实破损率为0%,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,产品的图像识别系统参数需进一步优化,以提高机器人作业质量。     

红花丝采摘头端面凸轮机构的设计与试验

针对目前红花丝人工采收强度大、效率低及机械化程度不高等问题,以课题组研究的梳齿式红花丝采摘头为研究对象,根据红花丝物料特性统计分析,结合采摘头结构,设计了采摘头端面凸轮机构。根据工作原理进行红花丝采摘头台架试验,借助高速摄像观测从动件运动,验证端面凸轮轮廓曲线理论分析的正确性。以红花丝采摘成功率为响应指标,以端面凸轮安装角、采摘头转速及采摘头安装高度为影响因素,分析各因素对采摘成功率的影响,优化获得红花丝采摘头试验台的最优值。结果表明:当采摘头安装高度960mm、端面凸轮初始安装角-6.8°、采摘头速度48.40r/min时,采摘成功率为65%。研究结果对红花丝采摘机的研发具有重要的参考价值。     

蓝莓采摘实验台的设计与试验研究

为了研究蓝莓植株采摘振动特性、研制出参数合理的蓝莓采摘机,设计了一种蓝莓采摘实验台,采摘装置、行走装置、龙门框架、导轨和基架组成。同时,研究了实验台设计参数对蓝莓植株振动响应的影响,对比分析可知:蓝莓植株的振动输出响应与指排拍打频率、指排拍打幅度成正比,与采摘机行走速度成反比。进行了蓝莓采摘试验研究,结果表明:满足采摘条件的最佳拍打频率为2r/s左右,采摘机的最佳行走速度为1m/s左右,指排的最佳拍打角度为60°左右。该研究可为蓝莓采摘机的设计及蓝莓的振动特性研究提供参考。     

轨道平移式果蔬采摘机器人作业质量测试方法

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了设施温室大果番茄采收试验,结果表明,采摘效率8个/min,果实采摘尺寸范围30～92 mm,最大抓握输出力22.5 N,抓取成功率72.9%,果实破损率0,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,机器人的图像识别系统参数需进一步优化,以提高作业质量。      

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%。     

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题,设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理,完成了关键部件的结构设计,计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力,对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析,建立力学方程并求解。结果表明,夹持油茶枝时最大压力为2826N,振动对树枝产生的径向力约为57.5N、法向力约为78.2N,夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性,对横梁架进行了静力学分析,经计算其弯曲变形为0.0005mm,远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验,结果表明,最佳作业参数组合为：采摘装置的采摘时间10s、电机输出频率35Hz、采摘头的振幅5cm及采摘爪的夹持位置（夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离）10~20cm,此时油茶果采净率为95.2%,花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验,对枝条的损伤基本符合采摘要求。     

梳排振动式荔枝采摘机的设计与试验

为提高荔枝的机械化采摘效率,设计了一种梳排振动式荔枝采摘机。利用EDEM软件对采摘机采摘部件建立仿真模型,选取不同梳摆频率(10、20、30Hz)进行仿真试验研究,结果表明:在梳摆频率为30Hz时,荔枝果实的平均压缩力峰值达到了89.62N,采摘机的适宜梳摆频率应小于30Hz。通过试验分析梳打频率、梳棒间距和梳棒重合度对荔枝采摘效率和破损率的影响,测得最优参数组合(梳摆频率为19Hz,梳棒间距为100mm,梳棒重合度为60%)条件下的采摘效率为1.94kg/min,破损率为3.14%。对比分析振动采摘和手工采摘的采后品质发现:机械采摘和人工采摘两种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在10天的贮藏期内无显著性差异,说明振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。本研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

基于双视觉系统的柑橘辅助采摘器设计

为减轻柑橘采摘过程中劳动强度大、效率低及传统采摘器易损伤果实从而影响果实保鲜及品相等问题,设计了一种可高效、安全、精准地实现快速采摘柑橘果实的采摘器。采摘器通过光学视觉、机械视觉双视觉辅助定位系统,对果实进行精准定位,由漏斗式捕捉口对果实进行捕获,由双圆盘滑切锯片将果梗切断,果实落入缓冲管道中。试验结果表明:柑橘采摘器可以有效提高采摘效率,减轻果农的采摘劳动强度。     

基于ADAMS的油茶果采摘机械臂试验设计及优化

针对目前我国油茶采摘主要以人工为主,劳动强度大、采摘效率低等问题,设计了一种适合园艺化栽培的履带式油茶果采摘机,并在Adams软件中对机械臂进行试验设计和优化仿真。试验数据表明:油茶果采摘机工作区间与各机械臂的长度和液压缸安装距离呈线性相关,最佳组合处的机械臂长度总和减小25.67%,可为油茶果采摘机的机械臂设计提供参考。     

水果采摘机器人控制系统研究——基于英语语音识别技术

在人机交互模式中,语言沟通是最便捷、最直接的交流方式之一,语音识别技术在现代机器人上得到广泛应用,现已推广到农业机器上。采摘机器人作为现代比较新型的农业机械,语音识别的应用增加了机器人的实用性。为此,设计出基于英语语音识别的水果采摘机器人控制系统,利用TMS320VC5416DSK板为平台,实现了水果采摘机器人的英语语音识别。英语语音识别主要包括前处理、特征提取及特征匹配等。在安静环境下提取了不同英语语音数据,并采用MATLAB对语音特征参数进行了仿真语音识别实验,结果表明:本设计的识别率可以达到90%以上,具有较强的鲁棒性。水果采摘机器人采用4个自由度的机械臂和英语语音识别模块等硬件电路,实现了英语控制机采摘器人完成采摘作业。     

水平摘锭式采棉机采摘机构运动特性研究与试验

为探究速比系数对采棉机采摘特性的影响,本文建立采摘头采摘机构的运动模型,得出摘锭末端点运动轨迹方程,并结合新疆机采棉种植模式分析了摘锭运动轨迹对棉花采摘质量的影响。利用SolidWorks软件建立采摘机构三维模型,导入Adams软件对采摘机构进行运动学仿真分析,仿真结果为:当速比系数1.15<λ<1.3时,采摘机构形成的运动轨迹较好,有利于采棉机采摘。使用棉花采摘性能试验台进行采摘试验验证,试验结果表明,当速比系数1.15<λ<1.3时,棉花采净率均大于93%,撞落棉损失率均小于2.5%,采摘质量均满足棉花收获技术要求,试验结果验证理论分析和运动仿真的正确性,可为采棉机速度匹配和采摘机理提供理论依据。