猕猴桃采摘机械手设计及仿真研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a734266739
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国是世界上猕猴桃种植面积最大的国家,已超过其他各国种植面积的总和。大量的种植面积需要大量的劳动力,为减轻人力负担,提高采摘效率,实行机械化采摘尤为重要。目前,国内外农业生产日益呈现机械化、规模化,而猕猴桃的机械化采摘技术较为落后,针对目前猕猴桃机械采摘现状及存在的问题,设计了一种猕猴桃采摘机械手。机械手末端执行器为欠驱动双关节四指结构,该手指具有结构简单、灵活的特点。在采摘猕猴桃果实时,手指能适应不同尺寸大小的猕猴桃,与猕猴桃表面贴合紧密,包裹性强,能实现对猕猴桃的有效采摘。设计时着重考虑结构的可行性以及实用性。通过实际采集猕猴桃物理数据,为设计机械手提供真实数据支撑。查阅大量文献资料,分析比较国内外学者设计的机械手机构,创新性的提出了仿生机械手指的结构,抓取范围大,采摘效率高,能有效避免采摘时对果实造成的损伤,并根据人工采摘方式,在手指包络抓取果实后,选择了旋转加拉扯的方式实现对果实的成功采摘。分析机械手指结构,画出受力简图,对其进行运动学以及力学研究。最后对设计的末端执行器进行三维建模并进行仿真分析。研究的主要内容和成果如下:(1)依托实际,采集猕猴桃果实物理尺寸,通过实验测定出猕猴桃与尼龙PA610平板的静摩擦系数为0.35~0.47,确定了手指对果实最小夹持力应大于1.3N。保证猕猴桃不损伤的最大夹持力6.4N。(2)通过分析目前已有对果蔬机器人末端执行器结构的设计,总结出结构优缺点,提出双关节四指欠驱动式结构设计方案,模仿手指对果实进行抓取,自适应能力强,可以较好的避免由于猕猴桃不规则外形引起的抓取效果差的问题。确定了果实采摘方式为旋转加拉扯。(3)根据设计目标提出设计要求,根据设计要求设计了末端执行器各部分形状与尺寸,并进行强度与刚度验算,均满足要求;并对手指抓取过程进行了运动分析与受力分析,得出了杆件间的角速度关系与角位移关系,另外还得出果实与杆件间所受力的关系。(4)通过solidworks软件对所设计的末端执行器机构进行三维建模,并借助solidworks motion插件对猕猴桃抓取过程进行仿真分析,得出抓取杆件的角速度、角位移随时间变化关系曲线图,以及杆件对猕猴桃果实接触力随时间变化关系。机构对果实最大夹持力为6N。通过ANSYS软件对杆件与果实接触力与变形情况进行有限元分析,能保证猕猴桃的无损采摘。
其他文献
农业信息化是通信技术不断发展的必然结果,但相较于发达国家,我国的农业信息化普及率仍然较低,通过提升信息化水平来增加产能对我国的农业发展有不可替代的作用。当前农业环境监测领域,通常的监测手段往往采用人工携带测量装置到现场采集数据,记录并整理。这种传统的监测手段不但效率低,而且也造成了严重的人力资源浪费。本文围绕农业环境监测发展情况,设计了一款基于LoRa的农场环境监测系统,本文的主要工作如下:(1)
学位
为解决目前智能化果蔬计价设备较少的问题,本文将机器视觉与卷积神经网络技术应用于果蔬识别检测中,并以梨、西红柿和马铃薯3类果蔬为研究对象,对多类果蔬进行识别检测技术研究。建立了一种轻量级的果蔬识别网络模型,并通过自行构建的果蔬数据集来训练得到果蔬识别检测推理模型。进而研究与设计出一种基于机器视觉的智能果蔬计价装置,然后将训练好的果蔬识别模型移植部署到该装置上,并进行了测试。主要的研究内容和结论如下:
学位
猕猴桃糖度及硬度是衡量猕猴桃内部品质的重要指标,猕猴桃货架期也是影响猕猴桃品质的重要因素,因传统的品质检测手段耗时且有损抽样检测,快速无损检测猕猴桃内部品质和货架期对于其品质分级、储藏销售具有重大意义。对此,本文开展了基于高光谱成像技术的猕猴桃内部品质无损检测和货架期判别方法研究。在猕猴桃糖度无损检测中,以四川省雅安市“红阳”猕猴桃为研究对象,分别采用3种有效光谱数据的预处理方法分析对预测模型精度
学位
由于传统农用轮式丘陵山地机械传动形式、驱动方式及本身结构的特点,使得其在沟壑、田埂、侧坡和陡坡等恶劣环境下作业时,车轮与地面之间接触性能较差,无法适应各种复杂路面,易导致农用机械的通过性和稳定性降低。因此,本文提出了一种新型农用六轮仿形底盘结构方案,具体研究内容如下:(1)结合林用机械底盘和轮式机器人移动平台的结构优点,提出了一种新型农用六轮仿形底盘结构,明确仿形底盘设计要求,完成底盘行走系统和转
学位
化肥是提高粮食产量的重要手段之一,精量排肥装置是提高化肥利用率的关键部件,也是实现水稻、油菜等农作物绿色高效生产的有效途径。因此,本研究通过设计颗粒化肥气送式集中排肥器,利用高速摄像、视频处理和EDEM仿真分析等手段优化排肥器结构参数;并采用台架和田间试验研究该集排器的排肥性能。主要研究结论包括:(1)以水稻和油菜种植常用的三宁、住商、中化颗粒复合肥为试验材料,开展了颗粒化肥的物料特性研究。结果表
学位
马铃薯是世界上四大粮食作物之一,其中外部特征和重量是影响马铃薯经济效益的重要因素,且马铃薯外部特征在一定程度上是其等级划分的重要指标。本文基于机器视觉的马铃薯外部特征检测与分级研究。主要结论如下:(1)为了对收获后的马铃薯能够进行无损、高效、自动化的外部特征检测分类及重量分级,本文以甘肃古浪马铃薯为试验对象,获取了6500张图像样本和203个正常薯重量数据样本。采用图像数据增强和数据扩增的方法对原
学位
牛肉营养丰富,冷鲜牛肉深受消费者喜爱。但冷鲜牛肉易发生腐败变质,货架期短成为制约其发展的瓶颈。因此,开发新的保鲜方法成为研究热点。研究通过纳米沉淀法制备肉桂精油纳米胶囊,并将其与乳酸链球菌素(Nisin)联用制备海藻酸钠复合可食膜用于冷鲜牛肉保鲜,评估该膜在冷鲜牛肉保藏期间对其理化、感官品质的影响,并通过正交试验对可食膜制备工艺进行优化,旨在延长冷鲜牛肉货架期。主要研究内容如下:(1)确定3种精油
学位
水稻是我国重要的粮食作物,常年种植面积约3×10~7hm~2,水稻机械化种植包括机插和机直播2种方式,在水稻种植过程中采用机械精量穴直播的方式可省工省力,提高生产效率和水稻产量、减小劳动强度。为满足水稻机械化直播的需要,提高水稻精量穴直播的排种性能,本文应用正压气流充种、携种和投种的原理,设计了一种水稻气压滚筒式集中排种器。基于杂交稻物料特性参数和精量穴播的农艺要求,提出了一种气流孔均布于“碗状”
学位
随着新世纪科学技术的快速进步,人们的生活方式变得越来越智能化。根据我国水果业的发展特点和趋势,目前仍然存在一些很重要的问题需要解决,需要不断接受新的挑战。其中,自动化采摘最大的难题就是对水果的识别和空间定位问题,目前,国内外对水果识别定位的研究存在精度低,速度慢等问题。为处理以上问题,本文把双目视觉技术和卷积神经网络技术应用于水果采摘中,并以果园里成熟的柑橘作为研究目标,对果树上柑橘的识别和定位方
学位
四川是我国小麦的主要产区之一,其中占比达到40%的是稻茬麦。在川西平原的稻茬麦机械化播种推广中,现有机具适应性不佳,需要根据当地环境特点,设计适用的播种机。本文以成都市大邑县为试点开展研究,着手解决该地区稻茬麦播种质量差的问题。在认真分析国内外稻茬麦播种机研究现状的基础上,设计了一种电驱动稻茬麦免耕播种机,主要内容如下:(1)提出改进点。结合文献综述与实地考察,了解了川西平原稻茬麦种植条件,包括农
学位