本文關(guān)鍵詞：植物工廠生菜自動(dòng)化采收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

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【摘要】：近年來,植物工廠逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)環(huán)境調(diào)控、智能網(wǎng)絡(luò)控制及生產(chǎn)流程規(guī)范等,但自動(dòng)化生產(chǎn)程度不高,其在葉菜類采收自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的研究較少,傳統(tǒng)的葉菜采收機(jī)械和采收系統(tǒng)無法在植物工廠生菜采收作業(yè)中使用,存在機(jī)構(gòu)龐大和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。本研究以江蘇大學(xué)植物工廠背景,以生菜作為研究對(duì)象,對(duì)生菜的力學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試,研制一種適用于植物工廠的生菜自動(dòng)化采收系統(tǒng),包括輸送裝置、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā),同時(shí)對(duì)采收系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試及性能測(cè)試。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)生菜力學(xué)特性測(cè)試以營養(yǎng)液水培生菜作為研究對(duì)象,對(duì)其抗壓位移特性、莖部剪切力學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試,并分別測(cè)試硅膠、橡膠與PU聚氨酯這3種保護(hù)性材料和生菜葉片間的最大靜摩擦系數(shù)。結(jié)果表明,當(dāng)壓縮位置逐漸上移,生菜抗壓能力也會(huì)隨之增強(qiáng),在60mm、80mm和100mm處生菜的抗壓力峰值分別為19.851N、21.368N及34.143N;剪切力峰值與速率和角度都成負(fù)相關(guān),當(dāng)剪切速率為1mm/s、1.5 mm/s及2 mm/s時(shí),平均最大剪切力分別為20.253N、19.642N及18.776N,當(dāng)剪切角度為0°、5°及10°時(shí),平均最大剪切力分別為20.865N、20.143N及19.725N;當(dāng)加載速率增加時(shí),生菜莖部直徑對(duì)于剪切力峰值的影響越不明顯。硅膠、橡膠和PU聚氨酯與生菜葉片之間的最大靜摩擦系數(shù)分別為0.774、0.726和0.611,由此可知,硅膠最適合在生菜采收作業(yè)中作為保護(hù)材料。(2)采收系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)生菜自動(dòng)化采收系統(tǒng)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)及布局,對(duì)輸送裝置、壓板裝置、XYZ三坐標(biāo)直角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算,其中,設(shè)計(jì)2種不同的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu),分別為雙曲柄滑塊平移型機(jī)構(gòu)和齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)型機(jī)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作參數(shù)的確定。進(jìn)行系統(tǒng)控制方法的確定,選取PLC作為系統(tǒng)的控制方案,并根據(jù)采收作業(yè)的要求對(duì)本系統(tǒng)中使用的相關(guān)硬件(傳感器、PLC和工業(yè)觸摸屏)進(jìn)行合理選型。(3)采收系統(tǒng)性能試驗(yàn)對(duì)生菜自動(dòng)化采收系統(tǒng)分別進(jìn)行了移位精度試驗(yàn)、采收性能試驗(yàn)和振動(dòng)測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)采收作業(yè)可靠,XYZ實(shí)測(cè)位移量與9孔(3×3)栽培板上孔穴間隔及Z方向設(shè)定值沒有顯著性差別,隨著采收速率的增加,顯著性越明顯,即采收速率越小,定位精度越高,即滿足采收作業(yè)的精度要求,當(dāng)采收效率分別為135顆/h、180顆/h及270顆/h時(shí),X方向的位移差平均值依次為200.20、200.27和200.41;Y方向的位移差平均值依次為200.23、200.29和200.38;Z方向的位移差平均值依次為30.20、30.24和30.37;針對(duì)所設(shè)計(jì)的兩套不同末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)開展自動(dòng)采收性能試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在相同作業(yè)效率下,齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)型末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的采收成功率高于雙曲柄滑塊型末端執(zhí)行機(jī)構(gòu);當(dāng)作業(yè)效率為135、180、270顆/h時(shí),齒輪型嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的采收成功率分別為94.4%、91.6%、83.3%,通過試驗(yàn)結(jié)果可知:當(dāng)系統(tǒng)的采收作業(yè)效率提升時(shí),采收成功率隨之減小。針對(duì)于裝配齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)型末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的采收系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,由分析結(jié)果可知:當(dāng)系統(tǒng)采收效率增大至270顆/h時(shí),系統(tǒng)振動(dòng)顯著,工作穩(wěn)定性也隨之降低,導(dǎo)致采收成功率僅為83.3%,夾持器底板的某階固有頻率和系統(tǒng)電機(jī)的激振頻率相近,導(dǎo)致夾持器底板存在共振的可能。則在實(shí)際工作中,為平衡采收效率和采收成功率,采收工作效率應(yīng)介于135-180顆/h之間,不應(yīng)超過270顆/h。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S225.92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1278441