葡萄采摘的果穗振動(dòng)耦合仿真和末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)及試驗(yàn).pdf

1、在成串果實(shí)的機(jī)器人采摘中，快速作業(yè)可能引起懸掛果穗的振蕩進(jìn)而導(dǎo)致果粒的脫落。因此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人串果高速采摘作業(yè)中引起的“減振低脫”目標(biāo)，本文以葡萄為研究對(duì)象，首先對(duì)現(xiàn)有末端執(zhí)行器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)夾剪試驗(yàn)證明了優(yōu)化的效果可滿足要求；同時(shí)提出了一種面向穗軸激勵(lì)輸入的果穗仿真模型。最終，在兩者研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立了末端執(zhí)行器與剛?cè)狁詈洗Ｐ偷穆?lián)合動(dòng)力學(xué)仿真，并基于不同偏差程度對(duì)激勵(lì)速率與脫落率關(guān)系進(jìn)行了探究。主要研究工作如下：

2、r>　?。?）葡萄果穗物理特性及力學(xué)特性研究。首先提出了“撓性桿-黏彈鉸鏈-剛性桿-質(zhì)量球”復(fù)合果穗模型，進(jìn)而由試驗(yàn)確定了多級(jí)梗間鉸鏈彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)、果粒尺寸與質(zhì)量的正態(tài)分布規(guī)律，獲得了主穗軸的抗彎特性，并對(duì)柄-果連接強(qiáng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。
　?。?）末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)?；谄咸阎魉胼S作業(yè)對(duì)象，對(duì)現(xiàn)有末端執(zhí)行器進(jìn)行夾剪受力分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)存在夾剪力不足的問(wèn)題。進(jìn)而從傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、指端夾剪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；并利用ADAMS軟件進(jìn)行了

3、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真分析，證明了優(yōu)化后機(jī)構(gòu)的合理有效性；最終，通過(guò)對(duì)優(yōu)化前、后的執(zhí)行器進(jìn)行夾剪對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)一步證明了優(yōu)化機(jī)構(gòu)效果良好，滿足高速作業(yè)要求。
　?。?）串果果穗剛?cè)狁詈险駝?dòng)模型建立與分析。由果穗物理特性及力學(xué)特性研究、激光3D掃描技術(shù)、基于正態(tài)分布特征的多個(gè)果粒與梗間鉸鏈的隨機(jī)化添加，構(gòu)建得到具備組元個(gè)體差異性的剛?cè)狁詈瞎胝駝?dòng)仿真模型。并利用高速攝影機(jī)觀測(cè)到不同階段仿真與實(shí)測(cè)的果穗各果粒擺角均值、標(biāo)準(zhǔn)差相差均在2

4、％和6.6%以?xún)?nèi)，證明模型合理有效。
　?。?）末端執(zhí)行器、復(fù)合果穗聯(lián)合建模與偏差采摘分析。為探究取果階段夾、剪激勵(lì)對(duì)果穗振動(dòng)和脫落影響的規(guī)律，進(jìn)行剪切與夾持主穗軸截段耦合，以此建立了夾-剪復(fù)合剛?cè)峁胝駝?dòng)模型，并實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器機(jī)電系統(tǒng)與果穗生物對(duì)象聯(lián)合仿真建模?；谠撀?lián)合仿真模型，首先進(jìn)行了偏差激勵(lì)分析，最終進(jìn)行了不同偏差程度下的仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明：采摘過(guò)程中偏差對(duì)振動(dòng)脫落存在顯著影響，因此得到通過(guò)降低偏差程度來(lái)減少振動(dòng)脫落是