目前獼猴桃的收獲方式主要是人工采摘為主,這種收獲方式需要投入大量的人力和物力,存在勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作耗時(shí)、成本高的問(wèn)題。獼猴桃采摘末端執(zhí)行器傳統(tǒng)的采摘方式是夾持果實(shí)進(jìn)行拉拽或旋轉(zhuǎn),該采摘方式對(duì)果實(shí)的損傷較大,存在損傷率高、采摘效率低的問(wèn)題。因此,研究獼猴桃果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器對(duì)于推進(jìn)獼猴桃機(jī)械化無(wú)損采摘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本文以陜西省秦嶺北麓自然條件下生長(zhǎng)的“海沃德”獼猴桃為研究對(duì)象,研制了一種基于果梗分離運(yùn)動(dòng)的獼猴桃采摘末端執(zhí)行器。本文的主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面:(1)獼猴桃果梗分離采摘方式的研究。進(jìn)行果實(shí)抗壓特性試驗(yàn)與損傷率檢測(cè),結(jié)果表明果實(shí)長(zhǎng)度、大徑和小徑方向抗壓強(qiáng)度從大到小依次為小徑大徑長(zhǎng)度,果實(shí)加載力大于15 N時(shí),果實(shí)損傷明顯增加,所以果實(shí)夾持力不宜大于15 N,果實(shí)損傷率與試驗(yàn)加載力呈線性關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果為果實(shí)損傷閥值力的確定提供依據(jù)。對(duì)夾持果實(shí)穩(wěn)定性和夾持果梗穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明果實(shí)不脫落需要1.04 N的夾持力,果梗夾持手指夾持果�？梢孕纬闪Φ姆忾],建立了獼猴桃果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘模型。進(jìn)行了果梗分離試驗(yàn),綜合考慮,最終選取從中點(diǎn)夾持果梗進(jìn)行分離的方式,該方式分離剪切力均值為2.16 N,分離移動(dòng)距離均值為36.45 mm。(2)采摘末端執(zhí)行器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘原理,提出了三種采摘方案,通過(guò)六項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比,選擇兩側(cè)夾持果實(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)分離果梗式作為最終方案。首先,對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì);后對(duì)果實(shí)夾持機(jī)構(gòu)和果梗分離運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),應(yīng)用SolidWorks軟件建立三維模型并進(jìn)行虛擬樣機(jī)裝配;最后,基于ANSYS Workbench18.1對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析,采用CATIA軟件中的DMU模塊對(duì)三維裝配體進(jìn)行了剛體動(dòng)力學(xué)分析,結(jié)果表明,該末端執(zhí)行器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘原理,無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉,各機(jī)構(gòu)布局合理。(3)采摘末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以STC89C52單片機(jī)作為控制器,融合對(duì)射式紅外開關(guān)傳感器、霍爾位置傳感器、薄膜壓力傳感器作為感知元件檢測(cè)果實(shí)信息,采用末端控制原理,設(shè)置步進(jìn)電機(jī)I帶動(dòng)V型夾持手指以8 mm/s的速度夾持果實(shí),壓力傳感器I設(shè)定閥值力2.08 N;步進(jìn)電機(jī)II帶動(dòng)果梗夾持手指以10 mm/s夾持果梗,壓力傳感器II設(shè)定閥值力2.16 N;步進(jìn)電機(jī)III帶動(dòng)機(jī)架II以12 mm/s的速度向前推進(jìn),達(dá)到預(yù)設(shè)的45 mm位置,完成果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘。由單片機(jī)收集傳感器數(shù)據(jù),通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率、方向信號(hào)和脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的有序控制。(4)采摘末端執(zhí)行器樣機(jī)試制與采摘試驗(yàn)。對(duì)末端執(zhí)行器機(jī)械部分進(jìn)行加工和裝配,將機(jī)械部分與控制系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行綜合調(diào)試,前期在校內(nèi)搭建獼猴桃仿真棚架進(jìn)行采摘試驗(yàn),共計(jì)采摘10個(gè)獼猴桃,采摘成功率為90%,單果平均采摘時(shí)間為15±0.7 s,后期在陜西省眉縣西北農(nóng)林科技大學(xué)獼猴桃試驗(yàn)站進(jìn)行果園采摘性能試驗(yàn),共采摘50個(gè)獼猴桃,果梗分離運(yùn)動(dòng)采摘成功率86%,單果平均采摘時(shí)間為17±0.5 s。對(duì)采摘完成的果實(shí)進(jìn)行冷藏,30天后進(jìn)行果實(shí)損傷檢測(cè),未受損果實(shí)46個(gè),受損傷4個(gè),損傷率為8%,損傷率較低。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S225.93
【部分圖文】：

圖 1-1 多果采摘模型(谷新運(yùn) 2018) 圖 1-2 獼猴桃采摘模式(張發(fā)年 2014)Fig.1-1 Multi-fruit picking model(谷新運(yùn) 2018)Fig.1-2 Kiwifruit picking pattern(張發(fā)年 2014)在蘋果采摘末端執(zhí)行器方向，馬履中等(2009)研制的蘋果采摘末端執(zhí)行器采用后，切斷果梗的方式。ZhaoDA(2011)研制的蘋果采摘末端執(zhí)行器采用兩個(gè)圓

圖 1-1 多果采摘模型(谷新運(yùn) 2018) 圖 1-2 獼猴桃采摘模式(張發(fā)年 2014)Fig.1-1 Multi-fruit picking model(谷新運(yùn) 2018)Fig.1-2 Kiwifruit picking pattern(張發(fā)年 2014)在蘋果采摘末端執(zhí)行器方向，馬履中等(2009)研制的蘋果采摘末端執(zhí)行器采用后，切斷果梗的方式。ZhaoDA(2011)研制的蘋果采摘末端執(zhí)行器采用兩個(gè)圓

圖 1-3 蘋果采摘模式(Li et al. 2016)Fig.1-3Apple picking patterns(Li et al. 2016)執(zhí)行器方向，張凱良(2011)對(duì)草莓這種易受損持果柄并剪切的草莓采摘末端執(zhí)行器。Ha究了一種吸盤吸附草莓，吸附果實(shí)穩(wěn)定后切
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本文編號(hào)：2867071