獼猴桃收獲裝置設(shè)計(jì)與加工.pdf

1、本課題的目的是設(shè)計(jì)和開發(fā)一種創(chuàng)新、實(shí)用和節(jié)能的方法，在成格狀的農(nóng)場(chǎng)上收獲獼猴桃。成格狀農(nóng)場(chǎng)種植日益增長(zhǎng)的環(huán)境提供了利用樹木結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)機(jī)器的機(jī)會(huì)。成格狀的獼猴桃農(nóng)場(chǎng)使水果在中間部分生長(zhǎng)，為移動(dòng)設(shè)備提供足夠的空間進(jìn)行操縱。待收獲的海沃德品種獼猴桃之間也有足夠的間距，使得適當(dāng)設(shè)計(jì)的設(shè)備可以獨(dú)立地接觸到水果。本文在理論和圖形上概述了這一優(yōu)勢(shì)，并提出了一種設(shè)計(jì)。在研究過程中設(shè)計(jì)出最有利的設(shè)計(jì)方案之前，首先對(duì)這些設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了探索，建立了與研究有關(guān)

2、的數(shù)學(xué)關(guān)系，構(gòu)建和分析了各種零件原型。該研究提出了半自動(dòng)收割機(jī)的完整設(shè)計(jì)，但是本文討論的是整個(gè)裝備中兩個(gè)主要部分:采摘部分和包裝部分。在制定該機(jī)構(gòu)時(shí)，得出以下重要結(jié)果。
　　1.最終設(shè)計(jì)確定之前，提出了各種設(shè)計(jì)。一些設(shè)計(jì)由于太復(fù)雜，整個(gè)裝置太重了，需要太多的動(dòng)力配合或不切實(shí)際而被拒絕。首先獼猴桃的物理特性進(jìn)行了研究，在以前的研究中概述了設(shè)計(jì)的一些重要參數(shù)，但在本研究中測(cè)量了其他必要的參數(shù)，如莖長(zhǎng)和莖直徑。最終開發(fā)了提供足夠切割扭矩

3、的輕型機(jī)電端部執(zhí)行器。該設(shè)計(jì)采用了一種利用線性電磁致動(dòng)剪刀切割水果莖稈的新穎方法，壓力傳感器觸發(fā)該運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力傳感器實(shí)際上“感覺到”水果在正確的位置時(shí)。確保設(shè)計(jì)可以徹底切斷獼猴桃的莖;需要建立數(shù)學(xué)關(guān)系以確定切割刀片的最小長(zhǎng)度，放置驅(qū)動(dòng)電磁閥的位置和切割位置。該設(shè)備是整體裝配設(shè)計(jì)的一部分。使用線性驅(qū)動(dòng)電磁閥驅(qū)動(dòng)的用于采摘水果的刀具概念似乎是非?？尚械?，因?yàn)樗褂妹黠@較少的功率，從而允許設(shè)備由電池供電，從而增加機(jī)器的移動(dòng)性。需要大約1.35

4、Nm的切割扭矩來切斷上收海沃德品種獼猴桃的莖;如果直拉下來，獼猴桃的脫離力平均為13.5N，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5N。該研究概述了從藤蔓切割果實(shí)的合適的激活壓力。這個(gè)激活壓力應(yīng)該小于10N，否則在機(jī)器有機(jī)會(huì)切斷莖之前，果實(shí)可能會(huì)從樹上脫落。該設(shè)備的設(shè)計(jì)是使用PTC Creo完成的，并且在軟件平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行了切割運(yùn)動(dòng)的模擬。切割部分3D模型打印出來了，并從中構(gòu)建原型?？梢赃M(jìn)行的深入研究包括調(diào)查動(dòng)量在果實(shí)切割中的作用以及葉片形狀的影響。
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5、.因?yàn)楂J猴桃表面成角度，用與之表面成十度的動(dòng)量使其滾動(dòng)。該角度似乎足以引起運(yùn)動(dòng);然而，這種運(yùn)動(dòng)高度依賴于獼猴桃與表面之間的摩擦系數(shù)。仿真中使用的摩擦系數(shù)為0.42（水果和鋁表面之間的靜摩擦），其速度大于0.25m/s，適合于開發(fā)每秒可以放置一個(gè)獼猴桃的機(jī)器。然而，如果從枝干中快速連續(xù)地切割出一些獼猴桃，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，因?yàn)樗鼈儠?huì)聚集在一起。構(gòu)建的原型也顯示了選擇打開獼猴桃落入的孔的方法的問題。
　　3.MATLAB，VREP A

6、PI集成:雖然這項(xiàng)研究并不側(cè)重于軟件界面，但虛擬機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(VREP)之間的MATLAB集成提供了從視覺傳感器和接近傳感器中觀察模擬傳感器輸出信息的能力，并能夠演示數(shù)據(jù)操縱可能。VREP提供了創(chuàng)建場(chǎng)景模擬水果排列方式、視覺傳感器范圍和接近傳感器范圍的能力。該軟件提供了一個(gè)改進(jìn)傳感器融合的機(jī)會(huì)，然后可以在MATLAB中開發(fā)。總的來說，這樣可以更清楚地了解機(jī)器在實(shí)踐中的運(yùn)行情況。本研究不研究傳感器信息的分析，而是說明傳感器如何集成在機(jī)器

7、框架內(nèi)。
　　4.電源和控制:原型中使用的電源是兩節(jié)，二節(jié)鋰離子電池;一個(gè)用于基部部分，一個(gè)用于每個(gè)末端執(zhí)行器。該電源足以在需要充電之前挑選至少3000個(gè)水果;這是根據(jù)原型中各部分的功耗計(jì)算的。從開發(fā)的原型開始，使用ARDUINO平臺(tái)實(shí)現(xiàn)并成功測(cè)試了控制莖干切割和引導(dǎo)獼猴桃放置的實(shí)際算法。該算法處理切割過程，并提供一些來自葉和枝藤的干擾抑制。這是因?yàn)橐獑?dòng)的電池閥需要來自兩個(gè)單獨(dú)的力傳感器的兩個(gè)輸入，這兩個(gè)力傳感器被調(diào)諧以接受目標(biāo)