發(fā)布時間：2020-06-03 05:01

【摘要】：近年來,由于國家政策的提倡,我國貴州、四川、陜西等地開始大力發(fā)展獼猴桃產(chǎn)業(yè)。截至2016年底,我國獼猴桃產(chǎn)量已到237萬噸。為了促進(jìn)我國由獼猴桃產(chǎn)業(yè)大國向產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國進(jìn)行轉(zhuǎn)變,加速獼猴桃產(chǎn)業(yè)的成熟化進(jìn)程,獼猴桃智能采摘一體化裝備必將得到相關(guān)鼓勵。獼猴桃在收獲初硬度較高,具有后熟特點(diǎn)。其柔軟易破損的特殊物理特性,致使對于采摘所獲獼猴桃果實(shí)的裝箱收集與儲存,具有較高要求和標(biāo)準(zhǔn)。獼猴桃采摘機(jī)器人采后的裝箱過程中對獼猴桃果實(shí)形成堆壓碰傷、觸碰擦傷等損毀傷害,會影響獼猴桃果實(shí)的品質(zhì)與風(fēng)味。本文針對獼猴桃采摘機(jī)器人果實(shí)采后易損、箱內(nèi)堆積等問題,為實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘機(jī)器人的果實(shí)采摘裝箱并行工作,進(jìn)行如下幾個方面研究:(1)獼猴桃物理特性和跌落損傷規(guī)律研究。測量了獼猴桃物理形態(tài)參數(shù)和力學(xué)特性,包括重量、長、寬、厚,其直徑參數(shù)大致分布[40,75]mm區(qū)間內(nèi)。并得出了各表面硬度以及果實(shí)外果肉與內(nèi)果囊兩者在彈性狀態(tài)下的彈性模量,分別為0.53MPa和15.06Mpa。使用控制變量法,進(jìn)行了獼猴桃在傳送帶上的滑動位移試驗(yàn)。研究不同傳輸帶速下,傳送帶坡度角與獼猴桃相對滑動位移關(guān)系。通過正交試驗(yàn)研究果實(shí)跌落損傷規(guī)律,得出了影響獼猴桃跌落損傷因素的顯著性排序?yàn)楣麑?shí)跌落高度、跌落時獼猴桃面接觸面以及接觸材料。(2)獼猴桃采摘機(jī)器人自動搬運(yùn)裝箱裝置總體方案的確定。通過對人工搬運(yùn)裝箱作業(yè)分析,針對獼猴桃采摘機(jī)器人自動搬運(yùn)裝箱裝置的果實(shí)低損化、均勻化裝箱,提出傳送帶式搬運(yùn)裝箱方案和旋轉(zhuǎn)分離式搬運(yùn)裝箱方案。選擇了旋轉(zhuǎn)分離式搬運(yùn)裝箱方案,對其中的主要組成機(jī)構(gòu)如均勻化旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)和果箱升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析和方案選取,完成了獼猴桃采摘機(jī)器人自動搬運(yùn)裝箱裝置的總體方案。即通過傳送帶實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸,均勻化旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)和果箱升降機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)果實(shí)的均勻裝箱以及箱內(nèi)跌落距離控制。(3)獼猴桃采摘機(jī)器人自動搬運(yùn)裝箱裝置的關(guān)鍵部件和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)合對象物特點(diǎn),對裝置中的關(guān)鍵部件如傳送皮帶、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向筒和分離圓盤、緩沖軌道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),建立果實(shí)模型后利用了Adam view對均勻化旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)緩沖軌道的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。為實(shí)現(xiàn)獼猴桃果實(shí)的均勻無損搬運(yùn)裝箱,對控制硬件進(jìn)行選型,包括5個傳感器、3個步進(jìn)電機(jī)以及控制用單片機(jī)。設(shè)計(jì)了控制電路原理圖和控制流程,使用Keil uVision2軟件對C語言程序進(jìn)行編寫和編譯,計(jì)算得果箱單次的下降所需脈沖為44800個。(4)樣機(jī)制造及驗(yàn)證試驗(yàn)。通過正交試驗(yàn)得出了該裝置工作較優(yōu)組合為:跌落高度200mm,旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向筒轉(zhuǎn)速為0.4rad/s,傳送帶線速度為0.1m/s,在此條件下工作,果實(shí)損傷率為1.75%。連續(xù)工作下裝箱效率為每小時3913個,同時通過與單波紋管裝箱的對比試驗(yàn)可得,試驗(yàn)組中四組果箱內(nèi)的表層果實(shí)在Z軸方向上坐標(biāo)組內(nèi)方差為476.187、431.077、389.098、489.078和459.31,對照組組內(nèi)方差為1682.71,表明試驗(yàn)組的果箱表層果實(shí)在豎直方向上分布更加集中,即裝箱更加均勻化。
【圖文】：

縮特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明蘋果的破裂力、屈服力，以及變形量受加載速率小與加載壓頭的型式的影響很大。姜麗萍等(2007)使用 TA-XT2i 質(zhì)地分析儀對成茄進(jìn)行力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)，得到各組組番茄遭受穿刺而破裂時受到的破裂力，和番大的破壞強(qiáng)度，這些數(shù)據(jù)對西紅柿采摘末端執(zhí)行器具有指導(dǎo)意義。馮慧敏等(2015白蘿卜、土豆和蘋果三種常見果蔬分別進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，分別得到了 3 種果蔬試樣壞力、破壞極限和彈性模量值，最后的方差分析結(jié)果為顯示，測量中白蘿卜的特性值均顯著高于土豆、蘋果在測試中得到的參數(shù)值。此外，李智國等(2011)對多個品番茄果實(shí)進(jìn)行了質(zhì)量、靜摩擦系數(shù)、幾何學(xué)形態(tài)、密度和空隙率進(jìn)行了測定和描述計(jì)了質(zhì)量等主要物理尺寸的分布范圍。高永毅等(2005)利用有限元方法和 MATL件研究了葡萄壓縮時內(nèi)壓改變量、壓縮外力、壓縮變形量和皮的應(yīng)力之間的關(guān)系。，存在對葡萄和番茄的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行的多項(xiàng)試驗(yàn)研究，分別對葡萄和番茄果實(shí)整行壓縮試驗(yàn)，得到其力—位移曲線，得到不同硬度的果實(shí)在互相垂直方向上的壓的力學(xué)特性，并對果皮進(jìn)行了jk、縱向的拉伸試驗(yàn)，通過果皮的彈性模量—應(yīng)變表得葡萄與番茄組成的非線性定量表達(dá)式，，從而提出葡萄與番茄的表皮破裂強(qiáng)度可機(jī)械損傷的評價指標(biāo)(王榮等 2003; 王榮等 2004)。

縮特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明蘋果的破裂力、屈服力，以及變形量受加載速率小與加載壓頭的型式的影響很大。姜麗萍等(2007)使用 TA-XT2i 質(zhì)地分析儀對成茄進(jìn)行力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)，得到各組組番茄遭受穿刺而破裂時受到的破裂力，和番大的破壞強(qiáng)度，這些數(shù)據(jù)對西紅柿采摘末端執(zhí)行器具有指導(dǎo)意義。馮慧敏等(2015白蘿卜、土豆和蘋果三種常見果蔬分別進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，分別得到了 3 種果蔬試樣壞力、破壞極限和彈性模量值，最后的方差分析結(jié)果為顯示，測量中白蘿卜的特性值均顯著高于土豆、蘋果在測試中得到的參數(shù)值。此外，李智國等(2011)對多個品番茄果實(shí)進(jìn)行了質(zhì)量、靜摩擦系數(shù)、幾何學(xué)形態(tài)、密度和空隙率進(jìn)行了測定和描述計(jì)了質(zhì)量等主要物理尺寸的分布范圍。高永毅等(2005)利用有限元方法和 MATL件研究了葡萄壓縮時內(nèi)壓改變量、壓縮外力、壓縮變形量和皮的應(yīng)力之間的關(guān)系。，存在對葡萄和番茄的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行的多項(xiàng)試驗(yàn)研究，分別對葡萄和番茄果實(shí)整行壓縮試驗(yàn)，得到其力—位移曲線，得到不同硬度的果實(shí)在互相垂直方向上的壓的力學(xué)特性，并對果皮進(jìn)行了jk、縱向的拉伸試驗(yàn)，通過果皮的彈性模量—應(yīng)變表得葡萄與番茄組成的非線性定量表達(dá)式，從而提出葡萄與番茄的表皮破裂強(qiáng)度可機(jī)械損傷的評價指標(biāo)(王榮等 2003; 王榮等 2004)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S225

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