【摘要】：我國是世界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%—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,為采摘機械手的結構設計奠定了基礎。(3)依椐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蔬在果樹上的分布空間,機械臂的尺寸設計足正確的:機械手末端執行機構、機械臂的相關運動學曲線光滑,采摘機械運行穩定,結構設計合理。(5)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,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。
【圖文】：

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本文編號：2610156