【摘要】：我國是世界最大的果蔬生產(chǎn)和消費(fèi)國,果蔬產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一。而果蔬采摘是生產(chǎn)鏈中最為耗時、費(fèi)力的一個環(huán)節(jié)。目前,國內(nèi)多數(shù)果蔬采摘采用人工采摘,采摘費(fèi)用約占成本的50%—70%。實(shí)現(xiàn)果蔬的機(jī)械化采摘,對于解決水果產(chǎn)業(yè)的勞動力不足、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低等問題以及提高果蔬的市場競爭力等方面均有重要的意義。本文以蘋果為采摘對象,進(jìn)行了蘋果采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計,提出了一種具有四自由度連桿式機(jī)械臂的采摘機(jī)械手,開發(fā)了一種剪切式的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式,并通過理論分析確定了最佳結(jié)構(gòu)方案。從仿真分析結(jié)果看,本文設(shè)計的蘋果采摘機(jī)械手具有良好的采摘性能。具體研究內(nèi)容如下:(1)對國內(nèi)蘋果種植地的環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行了分析,確定了蘋果園果樹種植間距、行距等數(shù)據(jù),并對蘋果在果樹上的分布特點(diǎn)與規(guī)律進(jìn)行了分析,確定了果樹上蘋果的分布區(qū)域;確定了采摘對象的物理性能參數(shù);為采摘機(jī)械手總體方案的設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與依據(jù)。(2)根據(jù)蘋果種植地的環(huán)境特點(diǎn),結(jié)合機(jī)械手采摘蘋果的實(shí)際工作要求,合理選擇了采摘機(jī)械手的驅(qū)動方式,確定了采摘機(jī)械手的自由度、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式和采摘機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)方式,完成了蘋果采摘機(jī)械手的總體設(shè)計方案,為采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。(3)依椐蘋果采摘機(jī)械手的總體設(shè)計方案,結(jié)合蘋果的物理特性對采摘機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計:根據(jù)采摘機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和剪切動作要求,對采摘機(jī)械手機(jī)械臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計;最后,根據(jù)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu),對機(jī)械臂動力部分進(jìn)行了設(shè)計,最終完成了采摘機(jī)械手的全部結(jié)構(gòu)設(shè)計。(4)利用圖譜分析和運(yùn)動學(xué)分析對采摘機(jī)械手機(jī)械臂尺寸的正確性和機(jī)械手運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗(yàn)。分析結(jié)果表明:采摘機(jī)械手的工作空間能夠完整的覆蓋蘋果蔬在果樹上的分布空間,機(jī)械臂的尺寸設(shè)計足正確的:機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂的相關(guān)運(yùn)動學(xué)曲線光滑,采摘機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。(5)對機(jī)械臂承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析,根據(jù)分析結(jié)果和機(jī)械手的采摘精度要求對機(jī)械臂承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,減小了機(jī)械手的最大位移量;對機(jī)械手剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析,研究了刀刃角度與剪切力和刀具變形量之間的關(guān)系,綜合考慮果梗硬度、刀具壽命等因素,最終確定了刀具角度。本文依據(jù)采摘機(jī)械手的作業(yè)環(huán)境和采摘對象的物理特性,設(shè)計一種新型的具有連桿式機(jī)械臂和剪切式末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的蘋果采摘機(jī)械手,其采摘過程中不會對果實(shí)產(chǎn)生物理損傷,采摘有效范圍廣。該機(jī)械手有效提高了蘋果的采摘質(zhì)量和采摘效率,降低了蘋果采摘的勞動強(qiáng)度和采摘成本,提升了蘋果的市場競爭力。本文設(shè)計所運(yùn)用的方法可以為其他果蔬采摘機(jī)械設(shè)備的開發(fā)與研究提供借鑒。
【圖文】：

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本文編號：2610156