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。     

基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机设计与试验

为改善机械采摘蓝莓的果品质量,设计了基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机。样机关键零部件设计包括驱动元件计算与选择、传动系统减速比分配、凸轮运动曲线计算等,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,得到槽型凸轮采摘机采摘效率4.6 kg/min、未成熟果实脱落率3.2%、成熟果实采净率83%、果实损坏率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。     

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。     

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。     

振摇枸杞采收机设计与试验

目前我国枸杞采收仍然以人工采收为主,但人工采收存在效率低、成本高等问题。为此,根据枸杞挂果枝条的生长特性,分析了枸杞果实果柄机械分离的条件,建立了果实脱落的动力学模型,设计了一种振摇枸杞采收机,并通过求解模型得出影响果实脱落的3个参数:振摇频率、振幅和指排间距。利用ADAMS对简化后的模型进行动力学仿真分析,通过检测果实果柄惯性力的变化,确定了参数的取值范围。将采净率、采青率和损伤率作为采收效果评价指标,设置不同的参数进行正交试验,得出最佳参数组合为:振摇频率12 Hz、振幅40 mm和指排间距100 mm,在该条件下振摇枸杞采收机的采净率为93.52%,采青率为5.72%,损伤率为2.54%,满足对枸杞采收的质量要求,采收效率为485 g/min,是人工采摘效率的5.5倍。     

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。      

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。     

弹齿滚筒式辣椒采摘装置性能的试验研究

针对弹齿滚筒式辣椒采摘装置采净率低、破损率高、损失率严重的问题,设计试验台并进行采摘装置性能的试验研究。以运行速度、齿间距离、滚筒转速作为试验影响因素,以采净率、破损率、损失率为指标,对试验结果进行极差分析和方差分析。结果表明:当运行速度为3m/s、齿间距离为45mm、滚筒转速为150r/min时,采摘装置采净率可高达95.29%,破损率降低为2.89%,损失率减少到6.47%。同时,针对采净率建立回归方程,为采摘机理研究和分析提供了必要的参数依据。     

梳齿带自走式杭白菊收获机设计与试验

针对目前杭白菊机械采收漏采率高、破损率高、含杂率高,采收机械工作效率低、行走动力不足、通过性差、收集不便等问题,结合杭白菊的种植模式及采摘要求,设计了一款梳齿带自走式杭白菊收获机。该收获机主要由梳齿带采摘部件、毛刷组件、升降装置、行走装置、收集装置和液压系统组成,采用链传动带动梳齿排循环转动的方式,利用多排梳齿的梳刷作用实现对杭白菊的连续采收,可通过液压系统调节采摘部件的运转速度和工作高度。通过运动力学分析,确定了传送带、旋转梳齿排等关键部件的结构参数。基于此,搭建了试验样机,并以收获机行驶速度、采摘部件工作转速、梳齿与毛刷间的最小距离为试验因素,以杭白菊采摘率、损伤率和含杂率为试验指标,在田间进行了三因素三水平正交试验,获得了收获机最佳工作参数。当行驶速度为0.1m/s、采摘部件工作转速为60r/min、梳齿与毛刷间的最小距离为60mm时,采摘效果最好,采摘率为83.1%,破损率为15.8%,含杂率为17.9%。所设计的梳齿带自走式杭白菊收获机运行稳定,满足杭白菊采摘的农艺要求。     

影响辣椒机械化收获效果的因素分析

本文参照自走式辣椒收获机采收辣椒时实际作业状况,设计了两因素三水平的试验方案,分析采摘滚筒转速与作业行驶速度对辣椒果实破损率以及辣椒果实损失率的影响。试验表明采摘滚筒转速与采摘作业行驶速度是辣椒收获中辣椒果实破损率及损失率的主要影响因素,通过合理匹配作业行驶速度与采摘滚筒转速在破损率与损失率之间获取平衡以达到损失率最低的目的。     

双弹指毛豆采摘装置的设计与试验

针对我国毛豆采摘收获机的发展现状,为提高毛豆采摘装置的采摘效率,减少采摘时的破荚损失、落荚损失和漏采损失,设计了一款双弹指毛豆采摘装置。分析了采摘装置的工作原理,对采摘装置关键零部件进行设计,并利用ADAMS软件仿真模拟采摘时弹指的运动过程,得到弹指末端的位移和速度曲线。仿真结果表明:其运动规律符合弹指采摘要求。制造试验装置进行试验,测得毛豆脱荚时植株摘净率≥98%,落荚率≤1%,破损率≤0.6%,含杂率≤1%。仿真与试验均表明:该装置具有较高的采摘效率,验证了装置的可行性,为今后毛豆采摘装置的设计提供了参考。     

钙果梳刷采摘仿真分析与试验

钙果成熟期,挂果枝条倒伏率达80%以上,机械化采收困难。为解决枝条倒伏问题,提出梳刷式钙果田间采收方案,梳刷采摘装置主要包括梳刷部件与运动机构两部分。梳刷部件贴近地面,将倒伏枝条扶起,并将枝条喂入梳齿间隙。梳齿间隙宽度介于果实直径与枝条直径之间,果实随部件上升,同时与枝条分离。设计了梳刷部件采收过程所需的机械机构,并对机构进行动力学仿真及有限元分析,完成机构强度校核。试验表明:梳齿间隙设定为10 mm,可以使梳刷部件同时满足枝条喂入和果实分离;试验样机采收率为80.6%;梳刷部件采摘率＞95%,破损率＜1%;采收装置的采摘率与梳刷部件运动轨迹相关。      

手持冲击梳刷式油茶果采摘装置设计与试验

针对丘陵山地油茶果人工采摘效率低、大型机械采收难且花苞损伤大等问题,设计了一种手持冲击梳刷式油茶果采摘装置,通过冲击指的碰撞作用和指间梳刷作用采摘油茶果,可有效降低花苞损伤率。以采摘装置质量最小化为目标,利用Ansys Workbench拓扑优化模块进行轻量化设计,机架减轻近30.59%;建立“冲击指-油茶果”碰撞模型和“主枝-细枝-茶果”三摆动力学模型,明确影响油茶果采摘效果的主要因素为油茶果的质量和压入变形量、冲击指质量和转速、枝条长度和质量;进而以冲击指转速和指间夹角、装置梳刷次数为试验因素,以采摘速率、采净率和花苞损伤率为评价指标,开展油茶果采摘试验并采用响应面分析法处理试验数据。结果表明,冲击指转速对采摘效果的影响最为显著,且当冲击指转速为409.8 r/min、指间夹角为4.1°、装置梳刷4.5次时,装置的采摘性能最佳;此时,油茶果采摘速率为43.67 kg/h、采净率为86.42%,花苞损伤率低于8.89%,满足高油茶果采净率和低花苞损伤率的工作要求。     

丘陵果园自然环境下柑橘采摘机器人设计与试验

智慧果园是未来果园行业发展的趋势,智能化果实采摘是发展智慧果园的关键问题。为实现智能化果实采摘,本文搭建了一种适用于丘陵果园矮化栽培模式下的柑橘采摘机器人系统。针对丘陵果园垄间地面凹凸不平,存在地形倾斜角0°~20°,设计了一种自适应调平平台保持机械臂基座水平;通过视觉系统获取多幅点云图像建立果树的三维点云模型,获取果实位置信息;为避免采摘时造成果实损伤,结合柑橘类水果的采摘特点,设计了一种剪切夹持一体化的末端执行器完成柑橘采摘。针对果园自然环境的主要扰动因素（风和光照）进行分级,设置10组对比试验,结果表明：在低光照或正常光照条件下,平均果实定位准确率为82.5%,末端执行器夹取成功率为87.5%,平均采摘时间最短为12.3s/个;高光照条件下平均果实定位准确率为72%,末端执行器夹取成功率为80%,平均采摘时间最短为12.5s/个。     

基于双摆模型的油茶果冠层振动参数优化与试验

为研究振动参数对油茶果采摘的影响,本文建立了油茶“果实-枝条”双摆动力学模型,通过求解动力学模型得出系统固有频率为0.42、7.18Hz;根据对油茶果实和花苞受力分析,得出油茶果实和花苞振动脱落所需的平均加速度分别为427.15、1.936m/s2;利用ADAMS动力学仿真软件对油茶果冠层振动采摘进行了仿真试验,利用Design-Expert 11.0.4软件对试验数据进行分析和优化并进行田间试验验证,理论优化结果为振动时间8.09s、振动频率8.15Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率为93.41%,油茶花苞损伤率为14.10%。田间试验结果表明,针对湘林210品种油茶树,当冠层振动时间8s、振动频率8Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率和花苞损伤率平均值分别为92.37%、14.38%,与理论优化值的差值分别为1.04、0.28个百分点。     

冬枣辅助采摘车的设计与试验

为了解决冬枣采摘过程中劳动力短缺、无机械化、采摘效率低等问题,设计了4DD-2型电驱动自走式冬枣辅助采摘车。该车有两个作业单元,并带有各自的除杂设备和冬枣周转箱,每个作业单元在作业过程中互不干扰。4DD-2型冬枣采摘车主要由车架、旋转支座、升降四杆机构、站立筒及配套液压等组成。对旋转支座使用Workbench进行静动力学分析,可知旋转支座满足设计要求;对升降四杆机构升降液压加力装置优化求解,获得了最优参数。试验结果表明:当采摘车以0. 04km/h的速度作业时,冬枣采摘量为184. 3kg/h,冬枣破损率低于2. 0%,采摘量是人工采摘的10倍,破损率仅为人工采摘的32%;冬枣辅助采摘车采摘状态与运输状态转换灵活,通过性能优良。     

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。     

采摘机械手伺服控制系统电气自动化设计——基于PLC控制器

为了解决农忙时节易破损果实采摘困难、批量采摘劳动量大的问题,对采摘机械手进行了改进,将PLC可编程控制器引入到了机械手的伺服控制系统中,从而可以快速、高效地对水果进行采摘,并可以实现定位、采摘和收取果实等一系列的自动化控制。为了验证电气伺服控制系统的可行性,对采摘机械手进行了性能测试,包括果实的采摘成功率和破损率。试验结果表明:采用PLC可编程控制器后,采摘机械手具有较高的采摘成功率,且破损率较低,可以满足高精度采摘的需求。     

梳齿往复式杭白菊采摘装置设计与试验

针对杭白菊采摘耗费人力、采摘效率低等问题,设计了一种小型实用的梳齿往复式杭白菊采摘装置。根据杭白菊的生长特性和采摘要求,利用SolidWorks软件进行采摘装置的结构建模,该采摘装置利用梳齿梳脱和辊刷清扫作用以及曲柄摇杆机构的急回特性实现杭白菊的采收作业。为了获得该装置的最佳工作参数,进行了田间试验。首先,通过单因素采摘试验,确定了梳齿往复频率、梳齿间距、梳齿工作深度为影响采摘效果的3个主要因素;然后,以梳齿往复频率、梳齿间距、梳齿工作深度为试验因素,以杭白菊采摘率、含杂率、破损率和落地损失率为评价指标,进行了正交试验,试验结果表明：在梳齿往复频率40r/min、梳齿间距6.5mm、梳齿工作深度200mm的参数组合下,采摘效果最佳,此时,杭白菊的采摘率为92.47%,含杂率为11.07%,破损率为1.48%,落地损失率为1.41%。所设计的梳齿往复式杭白菊采摘装置获得到了较好的采摘效果。