基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机设计与试验

为改善机械采摘蓝莓的果品质量,设计了基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机。样机关键零部件设计包括驱动元件计算与选择、传动系统减速比分配、凸轮运动曲线计算等,采用"反转法"推导凸轮廓形曲线,利用"角分线法"设计采摘系统末端执行装置。在ADAMS中建立采摘机模型,搭建仿真环境对采摘机进行动力学分析,研究凸轮设计参数、各杆件长度、驱动元件转速对采摘传动装置的影响。在种植园进行蓝莓采摘试验,得到槽型凸轮采摘机采摘效率4.6 kg/min、未成熟果实脱落率3.2%、成熟果实采净率83%、果实损坏率3.1%,对比分析得出:槽型凸轮采摘机的采果质量优于牵引式采摘机,采摘效率是人工采摘效率的13倍。     

适用于山地手持式电动蓝莓采摘机的研制

为解决我国山地蓝莓较难实现机械化采摘的问题,通过机械结构设计、电机控制策略设计,研制一款适用于山地的手持式纯电动蓝莓采摘机。该机采用振动原理,通过锂电池(14.8V·10Ah)为整机供电,总质量5.1kg,总长1850mm,有着体积小、质量轻以及制造成本低等特点,可轻便携带上山进行手持采摘。以贵州省黔东南苗族侗族自治州麻江县"灿烂"蓝莓为试验对象,分析振幅和振频对采摘结果的影响,进行人工、机械采摘对比试验。试验结果表明:频率设置在3～10Hz、振幅固定在±15°时,采摘效果最好,平均采摘效率为86.65%,平均采摘未熟果率为9.83%、平均采摘未采净果实率为1.48%,平均机采人采效率比为5.44,果实破损率为0%,树枝破损率为0%。     

便携式山核桃高空拍打采摘机设计与试验

为了解决我国山核桃高空采摘困难、提高采摘效率、降低采摘成本,根据山核桃果实与树枝分离力试验结果,设计了便携式山核桃仿人工高空拍打采摘装置。阐述了采摘机关键部件设计过程,并对采打机构进行了数学建模与计算,应用ADAMS对采打机构进行仿真,确定了拍打机构的机构与工作参数,为采摘机设计提供了依据。山核桃采摘试验结果表明:果实采净率具有显著性影响(P=0.05),果实采净率随拍打频率的增大而增大,频率在13.33 Hz时达到最大值,采净率为90.3%;对枝芽损伤较小,但拍打频率越大,对枝芽损伤越明显,建议拍打频率采用10~13.33 Hz,此时平均采净率达到85.1%~90.3%,且对枝芽没有破坏性损伤。     

基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机设计与试验

为改善蓝莓机器采摘果品质量,设计了基于槽型凸轮传动的蓝莓采摘机。设计样机中关键零部件,包括驱动元件计算与选择、传动系统减速比分配、凸轮运动曲线计算,采用“反转法”推导凸轮廓形曲线,利用“角分线法”设计采摘系统末端执行装置。在ADAMS中建立采摘机模型,搭建仿真环境对采摘机进行动力学分析,研究凸轮设计参数、各杆件长度、驱动元件转速对采摘传动装置的影响。在种植园进行蓝莓采摘试验,计算得到槽型凸轮采摘机的采摘效率为4.6 kg/min、未成熟果实脱落率为3.2%、成熟果实采净率为83%、果实损坏率为3.1%,对比分析得出:槽型凸轮采摘机的采果质量优于牵引式采摘机,采摘效率是人工采摘效率的13倍。     

梳排振动式荔枝采摘机的设计与试验

为提高荔枝的机械化采摘效率,设计了一种梳排振动式荔枝采摘机。利用EDEM软件对采摘机采摘部件建立仿真模型,选取不同梳摆频率(10、20、30Hz)进行仿真试验研究,结果表明:在梳摆频率为30Hz时,荔枝果实的平均压缩力峰值达到了89.62N,采摘机的适宜梳摆频率应小于30Hz。通过试验分析梳打频率、梳棒间距和梳棒重合度对荔枝采摘效率和破损率的影响,测得最优参数组合(梳摆频率为19Hz,梳棒间距为100mm,梳棒重合度为60%)条件下的采摘效率为1.94kg/min,破损率为3.14%。对比分析振动采摘和手工采摘的采后品质发现:机械采摘和人工采摘两种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在10天的贮藏期内无显著性差异,说明振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。本研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

蓝莓采摘实验台的设计与试验研究

为了研究蓝莓植株采摘振动特性、研制出参数合理的蓝莓采摘机,设计了一种蓝莓采摘实验台,采摘装置、行走装置、龙门框架、导轨和基架组成。同时,研究了实验台设计参数对蓝莓植株振动响应的影响,对比分析可知:蓝莓植株的振动输出响应与指排拍打频率、指排拍打幅度成正比,与采摘机行走速度成反比。进行了蓝莓采摘试验研究,结果表明:满足采摘条件的最佳拍打频率为2r/s左右,采摘机的最佳行走速度为1m/s左右,指排的最佳拍打角度为60°左右。该研究可为蓝莓采摘机的设计及蓝莓的振动特性研究提供参考。     

基于机器视觉的草莓自动采摘机的设计

针对我国大面积高垄种植草莓存在的采摘效率低、损伤率高等问题,设计开发了一种基于机器视觉的草莓自动采摘机。该机基于机器视觉识别成熟草莓位置和精准定位,采用步进电机带动同步带运动,让末端执行器执行采摘动作的机构,可一次完成采摘、传送及收集等作业。该采摘机主要由采摘系统、传输系统和收集系统组成。试验结果表明:该机在试验环境下对草莓的采摘速度为403.4颗/h,无损伤采摘成功率可达90%。     

振动式蓝莓采摘机液压系统的设计与仿真——基于AMESim

为了实现国内蓝莓产业发展,自主研发了GYL062型牵引振动式蓝莓采摘机。介绍了该蓝莓采摘机的结构和工作原理,设计了蓝莓采摘机的液压系统原理图。同时,选择调整采摘高度的升降液压缸为研究对象,分析了双作用单活塞杆的运动速度与缸内液体压力的变化规律,并应用AMESim软件对升降系统液压回路进行了建模与仿真。仿真结果表明:所设计的升降系统回路满足要求,为蓝莓采摘机及其液压系统的改进和优化设计提供了理论依据。     

番茄果实串采摘末端执行器设计与运动仿真

为解决单果采摘效率低、果实易损伤等问题,设计了用于番茄果实串采摘的具有夹持与切割功能的末端执行器系统。夹持系统采用平行夹爪气缸结构,切割机构采用钢丝软轴带动圆形锯片的切割方式,并对末端执行器进行了静力学和运动学的分析与仿真。试验结果表明:末端执行器采摘时,夹持果梗动作需要0.5s,切割果梗动作约需7s,切割机构回到初始位置需5.5s,完成番茄果实串采摘动作共需13s,夹持机构行程12mm,切割机构行程40mm,末端执行器能够符合番茄果实串采摘要求。     

一种智能采摘机器人的电控系统设计研究

为进一步提升我国农业采摘的作业效率及实现采摘装备的深度智能化,针对通用型采摘机器人的电控系统展开研究。以采摘机器人的作业原理及核心部件组成为设计基础,搭建电控系统输入参数与机构组件执行之间的数学模型,进行电控系统的软件功能优化与硬件配置实现。同时,展开基于电控系统设计优化的采摘机器人整机作业试验,结果表明：采摘机器人的系统动作响应迅速,系统响应率与采摘成功率分别可达98.53%及96.40%,结构协调度良好,实现了综合采摘效率相对提升5.69%的设计目标,且各采摘机构及装置运行稳定,具有较强的实践与推广价值。     

基于VR技术的采摘机器人采摘环境仿真研究

为了提高采摘机器人采摘果实的准确率,提升机器人的作业效率,将VR虚拟现实技术引入到了采摘机器人的设计上,提出了基于小波神经网络的机器人PID控制器优化算法,并通过对采摘虚拟环境的创建和机器人的虚拟建模,验证机器人的作业性能.以黄瓜真实生长环境为研究对象,创建了采摘机器人的作业环境,并对采摘机器人的采摘准确率进行了对比,...     

齿带式花生秧果捡拾装置的设计与试验

为了提高花生捡拾收获机捡拾装置的秧果捡拾效率,在现有研究基础上,对捡拾装置的捡拾幅宽、捡拾齿、捡拾输送辊筒等零部件进行设计和分析,重点设计了带有活动间隙角的捡拾齿,阐述了其结构及工作过程,并对捡拾齿捡拾花生秧果时进行受力分析和运动轨迹分析.同时,以捡拾装置捡拾齿间距、捡拾带速度、捡拾齿活动间隙角度为影响因素,以秧果捡拾...     

玉米收获机激振摘穗装置设计与试验

针对当前玉米果穗收获存在损伤大、效率低的问题,在原来激振摘穗技术研究的基础上,从激振辊夹持果柄实现激振波有效传递入手,结合激振摘穗实现果-茎分离的条件,开发了基于椭圆截面的新型摘穗装置,确定了该型摘穗辊结构参数的设计方法;根据激振摘穗过程中产生的激振波波形确定了椭圆激振辊的布局和结构参数,建立了椭圆激振摘穗试验台;通过正交试验确定了影响摘穗质量（果穗啃伤率、落粒率和茎秆折断率）的主次因素依次为激振辊长短径之比、激振辊基圆直径、摘穗辊转速;确定了较优组合,即当激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时,果穗啃伤率为0.38%,落粒率为0.12%,茎秆折断率为0.49%,均低于国家玉米收获机械技术标准要求。在较优参数组合下进行了试验验证,结果表明激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时,果穗啃伤率为0.39%,落粒率为0.12%,茎秆折断率为0.48%,与前期试验结果基本保持一致。     

液压驱动式油茶果采摘机设计与试验

为提高电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器的采摘效率,设计了一种液压驱动式油茶果采摘机。通过分析油茶果与胶辊相互作用力的影响因素,确定了采摘机的主要工作参数。仿真分析了不同工作参数对油茶果与胶辊相互作用力的影响规律,并以上下组胶辊间距、旋转架转速、胶辊直径为影响因素,以油茶果采摘率和花苞损伤率为评价指标,在江西省林科院和江西农业大学分别进行了室外、室内采摘试验。结果表明,影响采摘率的因素由大到小依次是上下组胶辊间距、旋转架转速和胶辊直径;影响花苞损伤率的因素由大到小依次是胶辊直径、上下组胶辊间距和旋转架转速。结合室内、室外试验,运用综合评分法得出油茶果采摘率较高且花苞损伤率较小的最佳参数组合为:上下组胶辊间距15 mm、旋转架转速55 r/min、胶辊直径30 mm。与电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器相比,液压驱动式油茶果采摘机旋转架转速提高了83. 33%,采摘效率明显提高,其平均采摘效率为210个/min。     

基于改进YOLOv5m的采摘机器人苹果采摘方式实时识别

为准确识别果树上的不同苹果目标,并区分不同枝干遮挡情形下的果实,从而为机械手主动调整位姿以避开枝干对苹果的遮挡进行果实采摘提供视觉引导,提出了一种基于改进YOLOv5m面向采摘机器人的苹果采摘方式实时识别方法。首先,改进设计了BottleneckCSP-B特征提取模块并替换原YOLOv5m骨干网络中的BottleneckCSP模块,实现了原模块对图像深层特征提取能力的增强与骨干网络的轻量化改进;然后,将SE模块嵌入到所改进设计的骨干网络中,以更好地提取不同苹果目标的特征;进而改进了原YOLOv5m架构中输入中等尺寸目标检测层的特征图的跨接融合方式,提升了果实的识别精度;最后,改进了网络的初始锚框尺寸,避免了对图像里较远种植行苹果的识别。结果表明,所提出的改进模型可实现对图像中可直接采摘、迂回采摘（苹果上、下、左、右侧采摘）和不可采摘果实的识别,识别召回率、准确率、mAP和F1值分别为85.9%、81.0%、80.7%和83.4%。单幅图像的平均识别时间为0.025s。对比了所提出的改进算法与原YOLOv5m、YOLOv3和EfficientDet-D0算法在测试集上对6类苹果采摘方式的识别效果,结果表明,所提出的算法比其他3种算法识别的mAP分别高出了5.4、22、20.6个百分点。改进模型的体积为原始YOLOv5m模型体积的89.59%。该方法可为机器人的采摘手主动避开枝干对果实的遮挡,以不同位姿采摘苹果提供技术支撑,可降低苹果的采摘损失。     

打瓜捡拾脱籽机捡拾辊的结构设计

介绍了打瓜捡拾脱籽机捡拾辊的工作原理以及结构设计,重点介绍了捡拾辊上的捡拾齿辊、扎瓜齿、取瓜装置、集拢器以及油缸的结构设计。机具通过法定部门检测,验证了结构设计的合理性,解决了打瓜收获机械化作业环节中的捡拾和喂入问题,为同类机具的设计提供了参考。     

林果机械振动采摘理论与装备研究进展

中国是林果起源地之一,采摘是林果产业生产中的重要环节。机械化采摘是实现代替人工作业进行林果快速收获的重要手段之一,是现代化农业发展驱动下的必然走向。机械振动采摘是目前应用最为广泛的技术,林果采摘机械的工作性能主要由振动效果决定。因此,本文通过对国内外各类林果机械振动采摘装备的研究分析,归纳出影响振动采摘的因素、果树三维重构与等效模型、果实振动脱落特性以及振动能量传递与耗散等4大关键机械振动采摘理论,并阐明了各理论目前存在的不足。在此基础上阐述了国内外林果机械化采摘装备的研究现状和进展,分析了林果机械式采摘机的适用范围、工作原理及分类,总结了典型振动式及接触式采摘机的机型和技术参数,指出了各机型应用作业产生的实际问题。结合林果产业应用场景和发展要求,分析了中国林果机械化采摘面临的主要问题,认为缺乏系统性理论研究、关键技术研究进展缓慢是制约林果机械化发展的关键,提出了未来林果机械化采摘的技术重点是高效、精准、低损收获,最终为实现林果自动化、智能化采摘的建议。     

穴盘苗移栽机自动取苗装置的设计

穴盘育苗是我国现代化育苗的主要方式,针对穴盘苗人工移栽或半自动移栽作业效率低、作业劳动强度大、作业质量差等问题,为全自动移栽机设计了一种运行稳定、高效的自动取苗装置,基于齿轮-凸轮-连杆复合机构实现符合农艺要求的取苗工作轨迹。建立了取苗装置的数学模型,推导了凸轮槽的理论廓线方程和实际轨迹方程。采用SolidWorks软件和Adams软件,构建了取苗装置的三维模型和虚拟样机模型,得到了仿真工作轨迹。制作了取苗装置的物理样机,并进行了样机试验,结果表明:实际工作轨迹与理论轨迹、仿真轨迹具有较好的一致性。     

手持式名优茶嫩梢采摘机械手设计与试验优化

针对名优茶机械化采摘难的问题,根据茶叶采摘农艺要求和手工采摘动作的分析,设计了一种手持式名优茶嫩梢采摘机械手,模拟人手指夹住茶叶并通过提拉进行采摘。通过采摘机械手的运动分析,得到了影响采摘效率的因素磁钢距离、主动手指角速度和主动手指转角的参数变动范围。采用Box-Behnken响应面分析方法,研究影响因素对采摘成功率的交互影响,以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为：主动手指角速度、磁钢距离、主动手指转角;运用Design-Expert 11.0软件的优化模块,以采摘成功率为优化目标对各因素进行优化,得到优化参数为：磁钢距离40.04 mm、主动手指转角153.0°、主动手指角速度3.38 rad/s。以优化后的参数进行采摘试验,结果表明采摘成功率为74.3%,3次采摘平均速度为25.2个/min,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。     

一种椰子抓取采摘机械手设计及其工作空间仿真分析

针对两种目前常用于椰子采摘的采摘方法—人工攀爬采摘和采摘机刀具切割采摘出现的劳动强度大、作业危险及效率低等问题设计了一种抓取采摘机械手。采摘机械手底座固定在椰子采摘机上,通过旋转功能组件实现采摘手抓的左右摆动,依靠气压升降、摆臂功能组件实现采摘手抓的升降和俯仰,利用机械手外手抓抓住果蒂,内手抓抓住椰子旋转采摘。为此,介绍了采摘机械手总体结构设计及工作原理,对其关键结构进行了建模,并进行了工作空间仿真分析。仿真结果表明:所设计的椰子采摘机械手工作点分布密集对称,满足工况需求,为进一步实际采摘实验提供了理论支撑。