火龙果采摘机器人末端执行器设计与试验

摘要：

火龙果因其具有较高的营养价值,受到越来越多人的欢迎,随着产量上升和人力短缺的矛盾日益突出,亟需机器取代人的智能化采摘技术与装备.为此,设计了一种咬合式椭圆轨迹末端执行器,以期实现以火龙果叶棱为定位基准的快速剪切式采摘,同时实现保证采摘质量的情况下切口长度缩短到与人工剪切相当的目标.对火龙果外形参数进行测量确定末端执行器的尺寸.以不同的加载速度对火龙果进行单刀剪切试验得出剪切力约为 50 N,通过运动学仿真,得出末端执行器在咬合过程中位移、速度、加速度等参数变化曲线,并判断有无干涉等问题,叶棱剪切长度为 36.34～41.64 mm,保证机构设计的合理性.依据剪切机构受力分析,对动力源进行选型.通过视觉系统,结合压力薄膜传感器反馈压力信号,控制末端执行器对果实进行采摘.以气压值为因素,以单果采摘时间、采摘成功率、剪切叶棱长度为指标,构建末端执行器样机试验平台,并进行了 80 次试验.根据实验结果,选取 0.5 MPa为最佳气压值,此时采摘成功率为 90%,单果采摘时间平均为 0.46 s,剪切叶棱长度平均为 36.69 mm.与已有的圆形轨迹末端执行器采摘结果进行了对比分析,结果表明,相比圆形轨迹末端执行器剪切叶棱长度分别减少了46.47%,47.84%,48.70%和48.36%.果园实地采摘试验发现,0.5 MPa同样为最佳采摘气压值,此时采摘成功率为 85%,单果采摘时间为 0.43 s,剪切叶棱平均长度为 39.80 mm,验证了设计的合理性.

关键词：采摘机器人、末端执行器、椭圆轨迹、运动学仿真、火龙果

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分类号：S776(森林工程、林业机械)

资助基金：江苏省现代农机装备与技术推广项目;江苏省重点研发计划项目;江苏省重点研发计划面上项目;江苏省农业科技自主创新项目;南京林业大学自制实验教学仪器项目

在线出版日期：2023-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：144-150