面向林果振動(dòng)采收的電子果實(shí)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、中國(guó)是世界林果種植大國(guó)，種類(lèi)繁多、產(chǎn)量巨大。但是新鮮林果在鮮果市場(chǎng)中的供應(yīng)方式主要以人工采摘為主。雖然在果品采收過(guò)程中可以利用機(jī)械裝置代替手工勞動(dòng)，但是不穩(wěn)定的采收效率和高比例的果實(shí)損傷始終阻礙著采收設(shè)備的發(fā)展。為改善現(xiàn)有收獲設(shè)備的采收性能以及驗(yàn)證經(jīng)典動(dòng)力學(xué)采收模型，本學(xué)位論文開(kāi)發(fā)了一種扁球型傳感器記錄林果在振動(dòng)采收過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息，綜合評(píng)判林果所受沖擊情況，并對(duì)比理論分析結(jié)果找到差異。本文主要的工作和研究成果如下:
　　1.分析了

2、“電子果實(shí)”動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)的基本原理，在已有果樹(shù)動(dòng)力學(xué)模型的研究基礎(chǔ)上建立了無(wú)柄果實(shí)的“果實(shí)-樹(shù)體”振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程，建立拉格朗日振動(dòng)微分方程并求解得到果實(shí)的單擺模型運(yùn)動(dòng)方程。研究果實(shí)與樹(shù)體的分離條件可知:當(dāng)在較小果實(shí)的情況下可忽略自身重力和切向慣性力作用，法向慣性力為影響果實(shí)脫落的主要參數(shù)，即法向慣性力大子果實(shí)-樹(shù)體結(jié)合力。得到果實(shí)脫落的實(shí)際條件，這不僅從理論角度分析了果實(shí)脫落的影響因素也為電子果實(shí)對(duì)模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù)。

3、　　2.設(shè)計(jì)了電子果實(shí)各部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。硬件部分主要采用Atmega-328p MCU、1GSD存儲(chǔ)模塊、7.4V電源模塊、ADXL345加速度檢測(cè)單元和3.3V穩(wěn)壓電路組成;控制系統(tǒng)的主要功能包括:I/O口阻態(tài)控制、傳感器初始化設(shè)置、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ);基于Matlab的上位機(jī)分析軟件能夠加載數(shù)據(jù)信息，采用Fourier算法處理采集信號(hào)，并輸出振動(dòng)波形。
　　3.完成了電子果實(shí)的檢測(cè)精度校核實(shí)驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可知:電子果實(shí)的

4、X軸檢測(cè)誤差范圍在5.6％-6.4％之間，Y軸檢測(cè)誤差范圍在4.4％-4.9％之間，Z軸檢測(cè)誤差范圍在3.3％-3.6％之間可以滿足農(nóng)業(yè)使用要求。對(duì)已建立的果實(shí)-樹(shù)體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)4組驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子果實(shí)在慣性力的作用下擺幅為25.5mm，分離力為11.32N，理論模型計(jì)算值為17.25N，比果實(shí)-果柄結(jié)合力大，證明果實(shí)脫落過(guò)程中法向慣性力起主要作用。根據(jù)電子果實(shí)采集的運(yùn)動(dòng)加速度計(jì)算得到分離力為11.4N，所以根據(jù)理論模

5、型計(jì)算的分離慣性力值可以滿足實(shí)際果實(shí)脫落條件。進(jìn)行了電子果實(shí)野外試驗(yàn)，通過(guò)四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知:電子果實(shí)在采收過(guò)程中可分為采摘階段和下落階段兩大部分。采摘階段的平均沖擊最大值和平均沖擊均值分別為215g和123g，下落階段所產(chǎn)生的最大沖擊平均值和平均沖擊均值分別155g和76g。研究四組沖擊數(shù)據(jù)的機(jī)械沖擊分布模式不難發(fā)現(xiàn)超過(guò)190g的沖擊個(gè)數(shù)約占總比例的6％，150g-190g范圍內(nèi)的平均沖擊個(gè)數(shù)約占總比例的18％，100g到150g范圍內(nèi)