發(fā)布時間：2020-04-02 11:55

【摘要】：茶產(chǎn)業(yè)是我國一大重要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)。目前,對于大宗茶的采摘已經(jīng)普遍實現(xiàn)機械化,但機采的無差別一刀切方式缺乏選擇性,對于嫩度要求高、采摘要求嚴格的名優(yōu)茶則無法適用,因此,目前的名優(yōu)茶采摘仍然主要依靠人工完成。此外,在近幾年已有的少量名優(yōu)茶采摘機器人研究中,未見有針對機械臂前端執(zhí)行機構的細致研究。從已有相關研究來看,采摘機械臂的前端執(zhí)行機構基本未經(jīng)詳細設計,一般是以兩枚接近刀片的爪指夾斷茶葉嫩芽葉柄,這種方式類似掐采,與傳統(tǒng)人工采茶的提采式工藝要求相悖;名優(yōu)茶采摘機械的每一次作業(yè)中,機械臂需要運動多次以到達不同采摘點,所以需要對采摘路徑進行規(guī)劃以提高機構運行效率,這方面目前也鮮有研究。綜上,本文首先以四川省雅安市名山區(qū)廣泛種植的名山131為研究對象,進行了以下幾點工作:(1)對名山131一芽一葉和一芽兩葉的葉柄長度分布范圍進行了測量統(tǒng)計;(2)進行了嫩芽葉柄的力學特性試驗,研究了其抗拉能力以及不同接觸面大小下的抗壓能力;(3)又研究了幾種不同材料對嫩芽葉柄的靜摩擦系數(shù);(4)圍繞(1)(2)(3)中研究所得數(shù)據(jù)展開了有關夾持裝置設計的實驗,為提采式夾持裝置的設計提供了依據(jù)。隨后,本文圍繞該提采式夾持裝置,展開了裝置的爪指設計實驗,通過建立爪指尺寸與采摘力的數(shù)學模型,借助MATLAB軟件進行了優(yōu)化設計,并通過ADAMS動力學仿真驗證了優(yōu)化結果的正確性。再者,設計了符合采摘需求的十字型直角坐標機械臂,建立虛擬樣機并使用Pro/E軟件分析機構質(zhì)量屬性以確定機械臂y軸的合理安裝位置;使用ADAMS柔性體模塊對y軸導軌進行了仿真實驗以驗證其設計合理性。最后,對控制系統(tǒng)的電氣元件進行了選型并制定了控制系統(tǒng)的構成與方案,繪制了電路圖,結合工程實際需要對系統(tǒng)中的機械臂路徑規(guī)劃提出了兩種尋優(yōu)策略并在MATLAB軟件中對策略的有效性及實用性進行了考察,確定了適合于設備需求的尋優(yōu)策略。
【圖文】：

圖1-1(a) (b) (c)為龍門式常見結構，而圖 1-1(d) (e) (f)為壁掛式常見結構。相比較而言，龍門式機械臂一般用于行程較大的工作，負載能力也較強，為了提高機構的穩(wěn)定性在一個方向上配置兩個滑軌；而壁掛式結構則在行程較短負載較小時適用，結構更為輕便緊湊[14,15]。從驅(qū)動機構來看，直角坐標機械臂又主要分為同步帶式、滾珠絲桿式及齒輪齒條式[15]。它們的特性比較如表 1-1 所示。

圖 1-2 日本的番茄采摘機器人 圖 1-3 美國的柑橘采摘機器人Fig.1-2 Japanese tomato picking robot Fig.1-3 American tangerine picking robot國內(nèi)對于農(nóng)業(yè)采摘機器人的研究起步于20世紀90年代，相對發(fā)達國家起步較距較大，，但是通過相關研究工作者的不懈努力，仍然取得了一定進展。2001 年，東北林業(yè)大學的陸懷民[22]研制出了林木球果采摘機器人。該機器人由度機械臂、單片機控制系統(tǒng)和移動平臺組成。采摘時，機器人停在距目標樹木
【學位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S225.99

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