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                    一種四自由度連桿式機械臂的采摘機械手的設計

                    添加時間:2020/06/05 來源:哈爾濱商業大學 作者:趙春光
                    本文以蘋果為采摘對象,進行了蘋果采摘機械手的結構設計,提出了一種具有四自由度連桿式機械臂的采摘機械手,開發了一種剪切式的末端執行機構結構形式,并通過理論分析確定了最佳結構方案。
                    以下為本篇論文正文:

                    摘要

                      我國是世界上最大的果蔬生產和消費國,果蔬產量穩居世界第一。而果蔬采摘是生產鏈中最為耗時、費力的一個環節。目前,國內多數果蔬采摘采用人工采摘,采摘費用約占成本的50%一70%.實現果蔬的機械化采摘,對于解決水果產業的勞動力不足、生產成本高、生產效率低等問題以及提高果蔬的市場競爭力等方面均有重要的意義。

                      本文以蘋果為采摘對象,進行了蘋果采摘機械手的結構設計,提出了一種具有四自由度連桿式機械臂的采摘機械手,開發了一種剪切式的末端執行機構結構形式,并通過理論分析確定了最佳結構方案。從仿真分析結果看,本文設計的蘋果采摘機械手具有良好的采摘性能。具體研究內容如下:

                     。1)對國內蘋果種植地的環境特點進行了分析,確定了蘋果園果樹種植間距、行距等數據,并對蘋果在果樹上的分布特點與規律進行了分析,確定了果樹上蘋果的分布區域;確定了采摘對象的物理性能參數;為采摘機械手總體方案的設汁提供基礎數據與依據。

                     。2)根據蘋果種植地的環境特點,結合機械手采摘蘋果的實際Tfl---要求,合理選擇了采摘機械手的驅動方式,確定了采摘機械手的自由度、末端執行機構的形式和采摘機械臂的結構方式,完成了蘋果采摘機械手的總體設計方案,為采摘機械:乒的結構設計奠定了基礎。

                     。3)依據蘋果采摘機械手的總體設計方案,結合蘋果的物理特性對采摘機械手末端執行機構進行了具體的結構設計;根據采摘機械手末端執行機構的結構和剪切動作要求,對采摘機械手機械臂進行了結構設計;最后,根據機械臂的結構,對機械臂動力部分進行了設計,最終完成了采摘機械手的全部結構設計。

                     。4)利用圖譜分析和運動學分析對采摘機械手機械臂尺寸的正確性和機械手運行的穩定性進行了檢驗。分析結果表明:采摘機械手的工作空間能夠完整的覆蓋蘋果在果樹上的分布空間,機械臂的尺寸設計是正確的;機械手末端執行機構、機械臂的相關運動學曲線光滑,采摘機械手運行穩定,結構設計合理。

                     。5)對機械臂承垣結構進行了有限元分析,根據分析結果和機械手的采摘精度要求對機械臂承重結構進行了優化,減小了機械手的最大位移量;對機械手剪切機構進行了分析,研究了刀刃角度與剪切力和刀具變形量之間的關系,綜合考慮果梗硬度、刀具壽命等因素,最終確定了刀具角度。

                      本文依據采摘機械手的作業環境和采摘對象的物理特性,設計了一種新型的具有連桿式機械臂和剪切式末端執行機構的蘋果采摘機械手,其采摘過程中不會對果實產生物理損傷,采摘有效范圍廣。該機械手有效提高了蘋果的采摘質量和采摘效率,降低了蘋果采摘的勞動強度和采摘成本,提升了蘋果的市場競爭力。本文設計所運用的方法可以為其他果蔬采摘機械設備的開發與研究提供借鑒。

                      關鍵詞:采摘機械手;機械臂;末端執行機構;運動學分析;靜力學分析

                    蘋果采摘機械手

                    Abstract

                      China is the largest producer and consumer of fruits and vegetables in the world,and theoutput of fruits and vegetables ranks first in the world steadily.Fruit and vegetable harvestingis the most time-consuming and laborious link in the production chain.At present,most fruitsand vegetables in China are picked manually,and the cost of picking accounts for 50%-70%ofthe cost.Mechanized harvesting of fruits and vegetables is of great significance to solve theproblems of insufficient labor force,high production cost,low production efficiency andimprove the market competitiveness of fruits and vegetables.

                      In this paper,the structure design of apple harvesting manipulator is carried out.A kind ofharvesting manipulator with Four-Degree-of-Freedom connecting rod manipulator is proposed,and a structure form of shearing end·effector is developed.The optimum structure scheme isdetermined by theoretical analysis.The simulation results show that the apple pickingmanipulator designed in this paper has good picking performance.Specific research contentsare as follows:

                     。1)The environmental characteristics of Apple plantations in China were analyzed,theplanting spacing and rOW spacing of apple orchards were determined.the distributioncharacteristics and rules of apples on fruit trees were analyzed,the distribution area of appleson fruit trees was determined,and the physical performance parameters of picking objects weredetermined,which provided basic data and basis for the design of the overall scheme ofpicking manipulator.

                     。2)According tO the environmental characteristics of Apple plantation and the actualworking requirements of apple harvesting manipulator,the driving mode of the harvestingmanipulator was reasonably selected,the degree of freedom of the harvesting manipulator,theform of the end-effector and the structure mode of the harvesting manipulator were determined,and the overall design scheme of the apple harvesting manipulator was completed,which laid afoundation for the structural design of the harvesting manipulator

                     。3)According to the overall design scheme of the apple picking manipulator and thephysical characteristics of apple,the structure design of the end·effector of the pickingmanipulator is carried out in detail;according to the structure and shearing action requirementsof the end-effector of the picking manipulator,the structure design of the end-effector of thepicking manipulator is carried out;finally,according to the structure of the manipulator,thedynamic part of the manipulator is set up.Finally,the structure design of the pickingmanipulator is completed.

                     。4)The correctness of the size of the picking manipulator arm and the stability of themanipulator operation were tested by atlas analysis and kinematics analysis.The results showthat the working space of the picking manipulator can completely cover the distribution spaceof apples on fruit trees,and the size design of the manipulator is correct.The kinematics curvesof the end-effector and the manipulator are smooth,the picking manipulator runs stably and thestructure design is reasonable.

                     。5)Finite element analysis of the load-bearing structure of the manipulator is carried out,and the load-bearing structure of the manipulator is optimized according to the analysis resultsand the requirements of picking accuracy of the manipulator.The maximum displacement ofthe manipulator after optimization.The shearing mechanism of the manipulator is analyzed,and the relationship between the cutting edge angle and the shearing force and the deformationof the tool is studied.Finally,the optimal tool angle is determined.

                      According to the working environment of the picking manipulator and the physicalcharacteristics of the picking object,a new type of apple picking manipulator with connectingrod manipulator and shearing end-effector was designed in this paper.The manipulatoreffectively improves the quality and efficiency of apple picking,reduces the labor intensity andcost of apple picking,and improves the market competitiveness of apple.The method used inthis paper can provide reference for the development and research of other fruit and vegetableharvesting machinery and equipment

                      Key words,picking manipulator;manipulator;end-effector;kinematics analysis;staticsanalysis

                    目錄

                      1緒論

                      1.1課題背景

                      進入21世紀,隨著農業設施的大量推廣以及農業技術的逐步提升,所以對農業機械的自動化普及有了更高的要求,設計可以替代人工進行的農業生產活動的機器手臂勢在必行,F在很多發展中國家已把農業機械化的普及提升到了國家的戰略層面【·].一些發達國家,例如以美國、日本等,對農業的機械化投入了很多的資金用于研發,己生產出噴灑、采摘、除草等農業生產領域的機器人。只能適應特定的場景的機械設備一般只具有某些特定的功能,且通用性比較差【2】。所以,研究具有通用性比較高以及制造成本低的農業機械設備是該領域急需解決的問題,這樣才能把農業機械化更快的推廣。

                      現代農業機械設備的使用,極大的提高了生產效率,促進勞動力資源能夠合理的分配。同時,促使農業生產環境得到了改善【3】。因為蘋果采摘環境比較復雜、植物果實容易劃傷、果實的分布較隨機等特點。所以采摘機械手需要靈活、輕便、可調高度的特點。機械手臂雖然外觀比較簡單,但是其是機械設計以及仿生學等很多種學科的有機的結合體。隨著科學技術的迅速發展,機械技術的發展日漸成熟,機械手臂被廣泛的用在工業,國防和農業等與人們生活息息相關的領域,所以發展前景特別好【41.

                      目前,采摘機器人在世界各國都有不同程度的發展,研制出很多實用的機械手,并廣泛的應用于育苗和收獲等農業生產中。因為蘋果收獲是一項耗時的農業生產,這需要大量的勞動力。但是由于工業化的快速發展占據了農業勞動力的大部分,再加上人口老齡化的加速,導致從事第一產業生產的人越來越少,單純依靠人類手工生產已經不能滿足當前農業發展的趨勢【51.隨著機械制造設備以及設計技術的快速發展、采摘機器人己在農業領域中逐漸得到廣泛的應用,并且促使現代的農業生產向機械化、自動化方向發展【6].

                      在國內蘋果采摘機器人存在著很多弊端,例如果實的識別率低、定位精度不高、果實的損傷率較大、果實平均采摘周期較長等一系列問題,因此我國果蔬采摘機器人尚不能商業化,果蔬采摘機器人仍處于初級發展階段【引。在采摘機器人中,機器人的機械手在采摘中起著不可代替的作月J.本課題基于蘋果采摘實踐,探索了'種新型的蘋果采摘機械手。

                      1.2采摘機械手的研究現狀

                      |j}掎,已經研發出來的采摘機械手被分為兩大類,第一類是自主行走式機器人,這類機械裝置的主要特點是可以自助行走,行走的過程中可以進行相應的工作【8】。第一類機器人以自助行走系統為基礎上進而研制成功的,其主要用在自動插秧、自動播種、自動施肥等農業生產方面;第二類為非自主行走式機器人,主要以水果、苗木等分布比較分散、質量比較輕的個體為操作目標,這些機器人主要有擠奶機器人、禾苗嫁接機器人、果蔬采摘機器人等。

                      上述這些機器人還會受到季節性自然氣候條件而導致使用效率較低,從而使農業生產成本間接地增加了。因此目前急需一種靈活耐用效率高效農業采摘機器人。

                      1.2.1國外研究現狀

                      美國學者Schertz和BrownN是首次把機械手應用于果蔬采摘。

                      三Ij今,日本人口老齡化的問題日益嚴峻,導致日本農業勞動力也嚴重不足,而松下則研發了番茄采摘機器人,且預計在19年中旬開始試銷【lo】。該采摘機器人采用高清晰度攝像機采集果實圖像并對果實位置進行精確定位,采摘時這種機器人只會拉拽番茄果梗部分而不傷害嬌嫩的果實。如圖1.1.

                      強班牙某研究所根據人機相互協作的思想研發了一款柑橘采摘設備…】,如圖1.2所示。它的組成部分包括計算機及其周邊設備、一個機械手、光學視覺系統等部分,它的功能足把是否成熟,可不可以采摘通過柑橘的顏色、形狀和大小判斷出它的工作效率特別高,平均內分鐘可以摘50個,I而人工每分鐘只能摘10個。其次,通過裝有光學視覺系統的機械F的柑橘采摘設備,并對采摘下來的柑橘根據其大小進行相應的分類。

                      美國佛羅里達大學進行了橙子采摘機械手的研究,如圖1.3所示【12】。該采摘設備是采用兩個相對獨立,有不同功能同時又能相互配合無間的機械手,第一個機械手負責尋找和發現各個甜橙的位置,并計算最有效率的采摘路徑,將信息和數據傳至第二個機械手,第二個機械手負責在不損壞甜橙樹的情況下得到果實。

                      英國奧克杜公司研制了柔軟手臂機械手,如圖1.4所示【131.這種機械手由一種新型柔性可折疊材料組成。它的工作原理是通過調節材料內部的氣壓變化來抓經過視覺系統識別的東西。該工具能夠有效的替代大量的人工勞動,節約人力資源和降低農產用工成本?諝獾膲毫ψ鳛樵"柔軟"機械手手臂的唯一控制組件,可以通過內部氣壓的變化調節機械手的大拇指及其它指關節、掌心和各段手臂來不斷適應目標物體的形狀,從而實現抓取目標物體又不對其造成損傷。不過}1前其各項工作僅在實驗條件下能夠完成。

                      此外,山本一郎等日本閨螢:農,lk{Of究中心的技術人研制了蘋果采摘機器人【Hl.該機器人由履帶式行走裝置、極一怪標機械于、指狀末端執行器和機器視覺傳達系統組成。動力部分采用液壓驅動,采摘裝置卜力'配有果實收集裝置,縮短J,非采摘作業時問,提高J,收獲速度。成功率為43%,采摘速度為55s/個。該機械手的缺點是無法繞過枝葉樹干等遮擋蘋果的障礙物摘取蘋果。

                      1.2.2國內研究現狀

                      果蔬采摘機械手在國內的研究進展和國外還有不小差距。

                      江蘇大學趙德安團隊研制的蘋果采摘相關設備,主要由移動車輛載體和五自由度的機械手這兩部分組成,如圖1.505].械手通過每個關節的驅動裝置來驅動。此開鏈連桿式關節型機械手,機械手固定在履帶式行走機構上,其機械臂為的結構為PRRRP結構,采摘蘋果的機械臂上安裝有末端操作器。因為該機械手被用于未知、不確定以及非結構性的環境中,機械手的采摘對象也是隨機分布的,因此安裝了很多形式的傳感器用來適應比較復雜的環境。采摘機械手使用多種傳感器。其中,視覺傳感器主要是為了實現末端操作器與采摘對象之間的相對距離,采摘對象是否可摘、形狀以及尺寸等相關的任務;位置傳感器主要包括裝在大臂、小臂旋轉關節處、腰部等部位的8個霍爾傳感器,這樣才能實現對旋轉關節的旋轉的緊缺角度和直動關節的精確的直行距離:而避障類型的傳感器主要由安裝在小臂上、左、右3個不同方向的5個開關和機械手臂的后端的力敏電阻,這樣可以實現其在工作過程中能更好的躲避障礙物。

                      華南農業大學的學者研制的荔枝采摘的機械手【|6】,如圖1.6所示,其優點是呵應用立體的視覺對需要采摘的蘋果進行定位,獲取機械臂的視野范內的水果作為目標,然后通過數學規劃為基礎,采摘路徑可以實現自主規劃,移動其末端的夾指進行對蘋果的采摘。機械臂摘果時非常有條理,首先使用夾指把果枝進行固定,再對果枝進行切割!荆﹞}】

                      為機械手臂通用性較強,所以可對不同的水果進行采摘,包括紅棗、蘋果、橘r等。{:61據研究者統汁,機械于每小時采摘的荔枝的重量比人工采摘的兩倍都多。如果作業地點都是水泥路的前提下,機械手以GAV作為載具可以進行自由的移動,但是如果在坑坑洼洼的糶吲馳,只能通過手推車才能實現機械手采摘工作。

                      錢少I糾、楊慶華等學者開發j,一款采摘黃瓜的機械手【·7】,如圖1.7所示,其通過多種傳感器札j巨配合功能,可以對采摘對象是否成熟進行判斷,同時可以判斷出采摘對象的位置,實現機械手末端執行器智能化操作以及在非結構環境下的實現自身導航、對視野進行快速搜索、對視野內果子成熟度進行判定以及實現對末端執行器的相應控制。其末端執行器主要由兩個彎曲的關節組裝而成,執行器分別分布在底板的2側,為了使黃瓜的表皮不受劃傷,所以需要在彎曲關節處與黃瓜的表層相接觸處粘貼的地方貼了一層硅膠用來避免采摘時對黃瓜的損傷。其缺點是,該末端執行器有時會抓取失敗的原因是:抓持部位與果柄部位離得太近,機械臂抖動幅度較大,從而使黃瓜從機械臂上掉落。

                      高建忠設計丫蘋果采摘機械手,其主要由壓力傳感器、紅外位置開關、夾持手指、步進電機等組成[1 81.采摘成功率接近九成,但是采摘的效率特別低。

                      馬履中等設汁了一款蘋果采摘的術端執行設備由切割裝置、傳感控制系統、夾持機構和氣動系統等4部分組成,其完成抓取蘋果以及放下蘋果的動作,經過實驗測得采摘一個果一Jt的時間人約為23s,耗時較長,每天采摘490kg,是人工的25倍左右,并且,采摘果子時對主干的損害較小,采摘果子的品質較好【191.

                      丁7J11軍等學者設汁出一款外觀形似球形的果實采摘機械手的末端執行器【20l.其主要由弧形/J、電機、具有伸縮功能的氣缸和陰指開合機構等部分組成。肩動電機,弧形/J對果柄進行切割,執行器移動到收集裝置的f』方、放下水果即完成塒水果的采摘。

                      趙斃等人研制出采摘番茄的末端執行器【211.其的組成包括力傳cr,j 15器、聚焦的透鏡、夾持的于指和真窄的吸盤。采摘番茄時,吸盤向前移動,吸盤后拉使得番茄從中分離開;并通過力的傳感器控制機械手的抓持力,最后通過激光束摘取番茄。E海一所大學研制的高地隙的跨壟作業4自由度的采摘機械手,通過使用兩個CCD照相機獲取草莓的外觀輪廓,分析出草莓的重心位置,使用兩個手指相互配合來抓取草驀的果柄,使果實的損傷得到避免【22】。

                      鄭甲紅等人設計出一種采摘核桃機械手,其的組成部分主要包括液壓控制系統、液壓泵、搖振裝置、電機和小推車等,采摘裝置都安裝在手推車上,有利于設備的移動【z,-241.該設備的采摘效率特別高,每個果實的采摘時間大約為一分鐘,缺點是不能對振動機構的振幅和頻率進行調節。

                      梁棟等學者設計了一款液壓式椰果采摘機,動力來自于拖拉機,拖拉機再帶動液壓泵進行采摘工作【25.26】。

                      張燕等人研究了一款芒果的采摘機械手,其通過液壓傳動系統來傳遞運動進而實現相應的采摘工作。其工作的時候,底部的支腿先將采摘設備支,然后伸縮缸進行相應的伸縮,進而將執行機構移動到對應的位置,最后一部是推動液壓剪,把芒果的枝條剪短,從而完成采摘的工作[27-291.

                      上面的研究成果突破了一般采摘機械手在結構方面的技術屏障,也是對普通的機械手運行方式的挑戰,為機械手從設計到進入農田進行使用提供了非常強的理論與技術方面的支撐。我們國家在蘋果采摘機械手方面的研究還比較少,且對于蘋果采摘機械手的測試設備也不全,但是,蘋果的市場需求量在不斷增加。國外雖然研制出了采摘機械,但是也沒有解決真正的實際問題,也不與我國實際采摘環境相符合,并且從國外購買的采摘機械設備特別昂貴,這樣會使得蘋果的成本增加。所以購買外國的采摘機械手并不能在國內實現推廣,只有研制出效率比較高、成本較低以及采摘設備可以適應我國蘋果的采摘才至關重要。

                      1.3采摘機械手存在的問題

                     。1)蘋果的損傷率較大蘋果采摘時需要盡量減少外表皮的損傷、這樣才能保證蘋果的品質。雖然將傳感器安裝在末端執行器上可以用來感知"手"的抓取力度,但對果實造成抓傷在實際操作中仍然是不能避免。假如出現表皮損傷,蘋果容易腐爛,這樣會使得?#果減產,造成比較多的經濟損失。

                     。2)果實單次采摘時間較長、效率低采摘蘋果機械手的研究主要是為了減少蘋果的采摘時間,提高蘋果的采摘效率,最大限度地降低勞動強度,然而目前研制出來的許多機械手的采摘效率并沒有人工的采摘效率高,所以提高蘋果采摘機械臂的采摘效率迫在眉睫。

                     。3)結構復雜操作困難采摘機械手的生產成本居高不下、應用推廣難度頗高,采藉摘取目標具有差異性和多樣性,工作時間很短、具有季節性,使用主人大部分是農民,這就要求其安全可靠、操作簡便、不易損壞。

                      1.4研究的意義

                      在農業生產過程,使用采摘效率較高的機械及其關鍵,所以研制自動化程度高、作業性能好以及成本易于接受的采摘機械手才是將來農業發展的趨勢。采摘機械手有下面幾個意義:

                     。1)我國從古至今都是農業大國,從事農業生產的人口較多我國農業人口眾多,但是隨著工業化的快速發展,使得很多從事農業生產的勞動力轉移,再加之中國人口的老齡化,導致了從事農業生產的人越來越少,所以采摘機械手的研發勢在必行。

                     。2)隨著人們對農產品品質的要求越來越高,但是靠人工采摘蘋果并不能滿足人們對蘋果品質的要求,因為機械手的采摘能夠提高蘋果的采摘效率,也能夠極大的提高蘋果的品質需求,所以采摘機械手的研究有很好的發展前景。

                     。3)由于采摘機械手操作便捷,且比較輕便,只要操作一兩次就可以掌握操作技巧,這樣可以廣泛的應用于蘋果采摘,便于果農的使用,極大限度提高了生產效率,為蘋果采摘的機械打下了一定的基礎。

                      1.5研究的主要內容

                      針對目前采摘機械手所存在的諸多問題,本文將提出一種新型結構的蘋果采機械手,旨在為采摘類機械手增添一種結構類型,為現代農業發展做出一份自己的貢獻。研究內容有以下幾部分:

                     。1)對國內蘋果種植地的環境特點進行分析,確定蘋果園果樹種植間距、行距等數據,并對蘋果在果樹L的分布特點與規律進行分析,確定了果樹上蘋果的分布區域;確定了采摘對象的物理性能參數;為采摘機械手總體方案的設計提供基礎數據與依據。

                     。2)根據蘋果種植地的環境特點,結合機械手采摘蘋果的實際工作要求,合理選擇了采摘機械手的驅動方式,確定采摘機械手的自由度、末端執行機構的形式和采摘機械臂的結構方式,完成蘋果采摘機械手的總體設計方案,為采摘機械手的結構設計奠定了基礎。

                     。3)依據蘋果采摘機械手的總體設計方案,結合蘋果的物理特性對采摘機械手末端執行機構進行具體的結構設計;根據采摘機械手末端執行機構的結構和剪切動作要求,對采摘機械手機械臂進行結構設計;最后,根據機械臂的結構,對機械臂動力部分進行設計,最終完成了采摘機械手的全部結構設計。

                     。4)利用圖譜分析和運動學分析對采摘機械手機械臂尺寸的正確性和機械手運行的穩定性進行檢驗。

                     。5)對機械臂承重結構進行有限元分析,根據分析結果和機械手的采摘精度要求對機械臂承重結構進行優化;對機械手剪切機構進行分析,研究刀刃角度與剪切力和刀具變形量之間的關系,綜合考慮果梗硬度、刀具壽命等因素,最終確定刀具角度。

                      1.6本研究的技術路線圖

                      2蘋果采摘機械手的總體設計方案
                      2.1采摘機械手作業環境分析
                      2.2采摘對象物理特性分析
                      2.3采摘機械手驅動方式的選擇
                      2.4采摘機械手自由度的選擇
                      2.5采摘機械手末端執機構形式方案確定
                      2.6采摘機械手機械臂結構方式方案確定
                      2.7本章小結

                      3蘋果采摘機械手結構設計
                      3.1蘋果采摘機械手的整體結構設計
                      3.2機械手關鍵部件設計
                      3.2.1末端執行器設計
                      3.2.2機械臂設計
                      3.2.3機械手動力部分結構設計
                      3.3本章小結




                      4蘋果采摘機械手運動學分析
                      4.1采摘機械手工作空間分析
                      4.1.1運動學模型建立
                      4.1.2運動軌跡規劃
                      4.1.3運動模擬分析
                      4.2本章小結

                      5蘋果采摘機械手優化
                      5.1采摘機械手機械臂承重結構優化
                      5.1.1機械臂有限元分析方法
                      5.1.2承重結構優化
                      5.2采摘機械手末端執行機構剪切機構優化
                      5.2.1刀刃材料的確定
                      5.2.2剪切機構優化
                      5.3本章小結

                    結論

                      本文以蘋果為采摘對象,進行了蘋果采摘機械手的結構設計,提出了一種具有四自由度連桿式機械臂的采摘機械手,開發了一種剪切式的末端執行機構結構形式,并通過理論分析確定了最佳結構方案。從仿真分析結果看,本文設計的蘋果采摘機械手具有良好的采摘性能。

                      綜上所述,本篇文章完成了以下工作:

                      1、對蘋果的采摘作業環境等特性進行了研究,確定了采摘機械手的驅動方式、自由度、末端執行機構的形式和采摘機械臂的結構方式,完成了蘋果采摘機械手的總體設計方案,對機械手的各部件進行了設計。

                      2、利用圖譜分析和運動學分析對采摘機械手機械臂尺寸的正確性和機械手運行的穩定性進行了檢驗。分析結果表明:采摘機械手的工作空間能夠完整的覆蓋蘋果在果樹上的分布空問,機械臂的尺弋]'沒計是正確的;機械手末端執行機構、機械臂的相關運動學曲線光滑,采摘機械手運行穩定,結構設計合理。構建機械手模型,用Solidworks軟件的插件Motion對機械手進行了運動學分析。

                      3、對機械臂承重結構進行了有限元分析,根據分析結果和機械手的采摘精度要求對機械臂承重結構進行了優化;對機械手剪切機構進行了分析,研究了刀刃角度與剪切力和刀具變形量之間的關系,綜合考慮果梗硬度、刀具壽命等因素,最終確定了刀具角度。

                      本文依據采摘機械手的作業環境和采摘對象的物理特性,設計了一種新型的具有連桿式機械臂和剪切式末端執行機構的蘋果采摘機械手,其采摘過程中不會對果實產生物理損傷,采摘有效范圍廣。該機械手有效提高了蘋果的采摘質量和采摘效率,降低了蘋果采摘的勞動強度和采摘成本,提升了蘋果的市場競爭力。本文設計所運用的方法可以為其他果蔬采摘機械設備的開發與研究提供借鑒。

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                    致謝

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