吸附式柑橘无损采摘末端执行器设计与仿真分析

1

作者 王利锋 张益维 +2 位作者 罗强 牛坡 秦雪静 《中国工程机械学报》 北大核心 2024年第1期73-77,82,共6页

为实现柑橘采摘的机械化、智能化,对柑橘的几何特性和力学特性进行了试验研究,得出了末端执行器的设计要求。设计了一款吸附式柑橘无损采摘末端执行器,主要由剪切机构、吸附机构和传输框3部分组成。建立末端执行器的三维模型,并对其进... 为实现柑橘采摘的机械化、智能化,对柑橘的几何特性和力学特性进行了试验研究,得出了末端执行器的设计要求。设计了一款吸附式柑橘无损采摘末端执行器,主要由剪切机构、吸附机构和传输框3部分组成。建立末端执行器的三维模型,并对其进行了运动学仿真和有限元仿真分析,保证了机构设计和材料选择的合理性。利用3D打印技术制造了末端执行器样机,并进行了实验验证。实验结果表明:末端执行器样机结构设计合理,吸附机构的吸力适中,可以很好完成吸附动作,且剪切机构动作迅速,可以顺利完成果、梗分离,对柑橘果实未造成拉扯、挤压损失,为后续智能柑橘采摘机器人的整体装配试验提供了条件,具有较好的参考与应用价值。 展开更多

关键词 吸附式 柑橘 无损采摘 末端执行器 仿真分析

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褐菇无损采摘柔性手爪设计与试验 被引量：26

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作者 卢伟 王鹏 +1 位作者 王玲 DENG Yiming 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期28-36,共9页

针对娇嫩褐菇自动化无损采摘易损的问题,首先分析了褐菇的生物学特性和力学特性,分别给出拔断和扭断采摘方式抓持力的约束方程,并优选出扭断式采摘方法;通过ANSYS对柔性手指夹持褐菇进行静力学分析,给出柔性手指指节数、褐菇直径及气压... 针对娇嫩褐菇自动化无损采摘易损的问题,首先分析了褐菇的生物学特性和力学特性,分别给出拔断和扭断采摘方式抓持力的约束方程,并优选出扭断式采摘方法;通过ANSYS对柔性手指夹持褐菇进行静力学分析,给出柔性手指指节数、褐菇直径及气压与抓持力之间的函数关系,建立评价函数,通过遗传算法优选出3指4指节的柔性手爪结构,以及18.65 kPa的最优抓持控制气压;基于此设计3指4指节的柔性手爪,并进行褐菇采摘试验,结果表明,与刚性手爪相比,柔性手爪抓持力减小,为(2.4±0.3)N;刚性手爪采摘褐菇的抓握处切面5 mm深度内均有损伤,且表面抓痕明显,而柔性手爪抓握处表面和内部均完好无损。说明所设计的3指4指节柔性手爪适于褐菇的自动化无损采摘。 展开更多

关键词 褐菇 无损采摘 柔性手爪

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基于MatLab的多目标猕猴桃无损采摘路径规划 被引量：6

3

作者 张莎莎 王周宇 +2 位作者 陈礼鹏 莫浩 崔永杰 《农机化研究》 北大核心 2019年第4期18-23,共6页

针对棚架式猕猴桃种植模式,为了解决多目标猕猴桃采摘中可能损伤的问题,设计了一种猕猴桃采摘顺序的方法。该算法首先在XOY平面上求解所有目标猕猴桃的中心点,以该中心点为圆心,然后求解各目标猕猴桃XOY平面上距离该中心点的距离,并以... 针对棚架式猕猴桃种植模式,为了解决多目标猕猴桃采摘中可能损伤的问题,设计了一种猕猴桃采摘顺序的方法。该算法首先在XOY平面上求解所有目标猕猴桃的中心点,以该中心点为圆心,然后求解各目标猕猴桃XOY平面上距离该中心点的距离,并以此为半径寻找同心圆。采摘的顺序采用由外圆不断向内采摘,避免机械臂采摘目标点的过程中不会因碰撞其他目标而造成损伤。同时,采用空间直线进行路径规划采摘,以提高采摘的效率。 展开更多

关键词 多目标猕猴桃 无损采摘 空间直线轨迹规划 MATLAB

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面向无损采摘的腔室化气动柔性驱动器研制 被引量：2

4

作者 李健 闫杰 +1 位作者 黄美珍 王扬威 《森林工程》 北大核心 2022年第4期98-105,共8页

为实现对易损果蔬的无损采摘及提高采摘效率,该研究在捕蝇草叶片的启发下,以硅胶作为本体材料,采用气体驱动,提出腔室化设计思路,设计并制作气动柔性驱动器。通过有限元仿真和实验验证方法探究驱动器的可行性和可靠性,验证驱动器在稳定... 为实现对易损果蔬的无损采摘及提高采摘效率,该研究在捕蝇草叶片的启发下,以硅胶作为本体材料,采用气体驱动,提出腔室化设计思路,设计并制作气动柔性驱动器。通过有限元仿真和实验验证方法探究驱动器的可行性和可靠性,验证驱动器在稳定抓取和无损采摘领域的应用,实现驱动器对于不同形状物体的稳定抓取和对草莓和花生柿子易损果蔬的采摘。研究表明,腔室化设计的气动柔性驱动器能够在0.3 kPa的气压激励和3 L/min的流速下,3 s内完成2个维度的弯曲变形,可以实现对目标物的包裹或者半包裹式抓取,能够完成对于不同形状大小的物体自适应抓取和对采摘目标的无损采摘。此研究表明研制的软体机械手和驱动器可以在一定程度上解放劳动力、提高生产效率以及保证果蔬品质。 展开更多

关键词 无损采摘 腔室化设计 气体驱动 柔性驱动器 自适应抓取

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水果无损采摘机械手工作空间分析及参数确定 被引量：7

5

作者 刘燕德 王观田 +1 位作者 王均刚 舒盛荣 《农机化研究》 北大核心 2019年第4期12-17,共6页

水果采摘机器人在我国起步晚、发展缓慢,没有系统的方法用以设计采摘机械手,特别是机械手参数确定方法不成熟,造成工作空间浪费、影响机械性能等问题。为此,提出了一种蒙特卡洛法结合控制变量确定摆动关节范围的设计方法,利用D-H参数法... 水果采摘机器人在我国起步晚、发展缓慢,没有系统的方法用以设计采摘机械手,特别是机械手参数确定方法不成熟,造成工作空间浪费、影响机械性能等问题。为此,提出了一种蒙特卡洛法结合控制变量确定摆动关节范围的设计方法,利用D-H参数法对机械手臂进行正运动学分析,在MatLab平台下用蒙特卡洛法计算机械手的工作空间,并结合控制变量法,求出不同参数下的工作空间范围,根据相对较合理的工作空间范围,确定机械手臂的合理参数。以水果无损采摘机械手为例,根据具体设计要求,确定了手臂长度,利用蒙特卡洛法确定了摆动关节的转角范围,并验证参数的正确性。结果表明:该方法可以迅速有效地确定摆角范围,解决了以往摆动关节转角范围靠设计经验确定而存在的空间浪费的问题。 展开更多

关键词 水果无损采摘机械手 工作空间 摆动关节 D-H参数法

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三爪气动无损采摘机械手设计 被引量：4

6

作者 李秉旭 《林业机械与木工设备》 2021年第10期44-49,共6页

在农业生产作业中,人工采摘成本日益提高,而机器人采摘造成的果实损伤率又较高,因此对采摘机器人末端执行器便提出了无损采摘这一要求。针对果实中占比较高的球形及类球形果实,本设计将采摘机械手能够最终完成吸附果实、拉直果梗、夹持... 在农业生产作业中,人工采摘成本日益提高,而机器人采摘造成的果实损伤率又较高,因此对采摘机器人末端执行器便提出了无损采摘这一要求。针对果实中占比较高的球形及类球形果实,本设计将采摘机械手能够最终完成吸附果实、拉直果梗、夹持果实、扭断果梗的一体化采摘与卸果动作为设计目标,对机械手的末端执行器展开了设计。分析国内外采摘机器人的研究内容,完成了三爪采摘机械手结构的设计,使其具有夹持稳定、通用性强的特点。分析材料性能,结合工作情况,对本设计的主要零部件进行设计计算,完成选型工作。考虑机械手的动作要求,完成了对无损采摘气动系统的设计。根据果实采摘过程的控制流程,运用压力传感器,使机械手形成力的闭环反馈,实现无损采摘这一要求。设计使用西门子公司的S7-200系列PLC,利用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9软件编写程序,对控制系统完成了设计。 展开更多

关键词 采摘机械手 气动 PLC 无损采摘 力的闭环反馈

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枸杞激光采摘试验研究

7

作者 王敏帅 雷国伟 +2 位作者 支远 黄宏纬 郑凯 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第9期1-5,共5页

在智慧农业的发展进程中,鲜果的无人采摘技术一直是制约其进步的关键因素。针对这一问题,基于激光切割技术的原理,以新鲜果蔬等的枝茎为研究对象,采用不同型号的激光器,并设置不同的工作模式对枸杞果梗进行精确切割。通过对比分析不同... 在智慧农业的发展进程中,鲜果的无人采摘技术一直是制约其进步的关键因素。针对这一问题,基于激光切割技术的原理,以新鲜果蔬等的枝茎为研究对象,采用不同型号的激光器,并设置不同的工作模式对枸杞果梗进行精确切割。通过对比分析不同激光器对果梗切割效果的试验数据,对激光器在切割不同种类和成熟度的果梗时的性能进行综合评估。研究发现使用二氧化碳激光器进行鲜果切割具有最高的切割效率,使用24 W的二氧化碳激光器对直径约3 mm的新鲜树枝梗进行切割时,可以在15 ms内完成切割;对于直径1.5 mm的标准成熟枸杞果梗,可以在10 ms内完成切割,这对于需要快速处理大量果蔬采摘的农业工作人员来说至关重要。综合试验结果,建议使用30 W的二氧化碳激光器进行果梗切割,在确保切割效率的同时,还能确保枸杞等作物的外观完整性。 展开更多

关键词 枸杞 无损采摘 果梗 固体激光器 二氧化碳激光器 激光切割

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樱桃番茄串采摘运动仿真和末端执行器设计

8

作者 冯生 张秀花 +3 位作者 张明 李江涛 朱欣悦 黄征 《农机化研究》 北大核心 2025年第9期115-121,共7页

我国樱桃番茄采摘主要以人工为主,成本高,效率低,且易出现掉果、破损等问题。为此,设计了一种夹持式串收末端执行器,以实现樱桃番茄的无损机械采摘。首先对樱桃番茄进行了物理力学特性测量,提出了“挠性杆-铰链-刚性杆-链接点-球杆体”... 我国樱桃番茄采摘主要以人工为主,成本高,效率低,且易出现掉果、破损等问题。为此,设计了一种夹持式串收末端执行器,以实现樱桃番茄的无损机械采摘。首先对樱桃番茄进行了物理力学特性测量,提出了“挠性杆-铰链-刚性杆-链接点-球杆体”力学模型,并对其进行柔性化处理及仿真,通过将仿真结果与真实试验中的番茄串摆动曲线进行对比,确认了番茄串运动仿真的合理性;随后对番茄串在采摘过程及夹持移动过程进行碰撞仿真,得出在碰撞面上覆盖橡胶层可较好地减少掉粒现象,且果粒间碰撞力和果柄膨大节处所受拉力是影响番茄串损伤和掉粒的主要内在因素;进一步对末端执行器夹持番茄串的过程进行运动仿真分析,得到末端执行器夹持番茄串向右、向前、向后、向上、向下运动时,番茄串不会受到损伤或掉落的最大加速度分别为8、8、6、8、8 m/s^(2);最后,进行样机采摘试验,试验结果表明该末端执行器可有效减少番茄串在运动中的损伤,提高采摘效率。 展开更多

关键词 樱桃番茄串 无损采摘 运动仿真 力学特性 末端执行器

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番茄采摘小车设计

9

作者 兰思远 樊宇航 +2 位作者 王俊林 杨坤 马兆许 《河北农机》 2025年第1期1-3,共3页

番茄采摘小车是一种智能化农业设备。其利用图像识别系统区分成熟与未成熟番茄,准确锁定目标。其机械臂能够灵活移动和抓取,模拟人手采摘动作,确保在不损伤番茄的前提下实现高效采摘。本设计采用STM32F103RCT6作为主控芯片,并结合机器... 番茄采摘小车是一种智能化农业设备。其利用图像识别系统区分成熟与未成熟番茄,准确锁定目标。其机械臂能够灵活移动和抓取,模拟人手采摘动作,确保在不损伤番茄的前提下实现高效采摘。本设计采用STM32F103RCT6作为主控芯片,并结合机器视觉技术,使用OPENMV对番茄的成熟度与大小进行识别,将成熟番茄的坐标信号返回给单片机,采摘小车将根据此坐标信号,利用PID算法驱动小车到达番茄旁。该机器人针对采摘番茄生长高度可能较高,以及易被抓破的特点,设计了一种具有特殊抓手的六自由度机械臂,同时机械臂的末端处理器使用柔性材料制作,以实现对番茄的无损采摘。这种机器人可大大节省人力,提高番茄采摘的速度和质量,推动番茄种植产业朝着自动化方向发展。 展开更多

关键词 采摘效率 视觉技术 机械臂 无损采摘

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柑橘采摘软体末端执行器的设计与试验 被引量：4

10

作者 黎梦婷 陈霖 +3 位作者 王键 谭云峰 胡森 唐座亮 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期122-131,共10页

为实现柑橘的无损采摘,本文设计了1款采摘软体末端执行器。基于Yeoh本构模型建立软体手指弯曲变形力学模型;借助有限元仿真进行中心组合设计试验,最终取最优组合参数为:气囊高度为7 mm、限制层厚度为3.5 mm、气室厚度为3 mm;通过MATLAB... 为实现柑橘的无损采摘,本文设计了1款采摘软体末端执行器。基于Yeoh本构模型建立软体手指弯曲变形力学模型;借助有限元仿真进行中心组合设计试验,最终取最优组合参数为:气囊高度为7 mm、限制层厚度为3.5 mm、气室厚度为3 mm;通过MATLAB拟合ANSYS有限元仿真结果,进行了力学模型修正;制作软体手指进行弯曲试验,验证了力学模型与有限元仿真可靠性;通过ANSYS有限元仿真得到软体手指充气压强为0.035~0.07 MPa,软体机械手即满足刚度要求又不损伤柑橘。搭建试验平台,得出最大气压下最大挤压力为18.13 N,试验证明采摘软体末端执行器无损夹持柑橘成功率为96.67%,平均采摘1个柑橘需要耗时3.54 s。 展开更多

关键词 有限元仿真 气动驱动 无损采摘 采摘末端执行器 软体机械手

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猕猴桃采摘机器人末端执行器设计与试验 被引量：85

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作者 傅隆生 张发年 +3 位作者 槐岛芳德 李桢 王滨 崔永杰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期1-8,共8页

进行了棚架式栽培模式自然生长条件下簇生猕猴桃无损采摘机器人末端执行器的研究。基于果实与果柄的分离特性,提出面向机器人的果实采摘方法和简化几何模型,进行了果实与果柄分离试验的可行性验证;基于果实采摘方法设计了从底部接近、... 进行了棚架式栽培模式自然生长条件下簇生猕猴桃无损采摘机器人末端执行器的研究。基于果实与果柄的分离特性,提出面向机器人的果实采摘方法和简化几何模型,进行了果实与果柄分离试验的可行性验证;基于果实采摘方法设计了从底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取、向上运动分离果实的末端执行器,并试制样机,进行了现场评价试验。结果表明,采摘模型能够实现果实与果柄的分离,末端执行器解决了毗邻果实分离问题,能够实现单个果实稳定抓取、无损采摘和采后抓持,成功率达到96.0%,平均单果耗时22 s。 展开更多

关键词 猕猴桃 采摘机器人 无损采摘 末端执行器

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脐橙采摘机器人末端执行器设计与试验 被引量：52

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作者 徐丽明 刘旭东 +6 位作者 张凯良 邢洁洁 袁全春 陈俊威 段壮壮 马帅 于畅畅 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期53-61,共9页

针对脐橙无损采摘的需求,基于欠驱动原理设计了一种双V型手指脐橙采摘机器人末端执行器,主要由吸附机构、夹持机构和旋切机构3部分组成,吸附机构可以实现果实与果簇快速分离,夹持机构能够对果实进行无损稳定夹持,旋切机构可以将果实与... 针对脐橙无损采摘的需求,基于欠驱动原理设计了一种双V型手指脐橙采摘机器人末端执行器,主要由吸附机构、夹持机构和旋切机构3部分组成,吸附机构可以实现果实与果簇快速分离,夹持机构能够对果实进行无损稳定夹持,旋切机构可以将果实与果梗快速分离。建立脐橙数学模型并分析了手指工作空间。依据夹持机构的受力分析,并对关键部件进行了选型。结合电阻式薄膜压力传感器设计了手指的力反馈系统,使夹持机构达到稳定无损采摘要求。搭建末端执行器实体样机,以步进电机转速为因素,以单果采摘时间、采摘成功率和损伤率为指标,进行了105次采摘试验,根据试验结果,选取250 r/min作为最佳步进电机转速,此时单果采摘时间为1.76 s,采摘成功率为94.28%,损伤率为0。该文研究的脐橙采摘末端执行器采摘速度高、控制难度低、与机械臂集成度高,可为脐橙采摘机器人的整体研发提供参考。 展开更多

关键词 机器人 设计 控制 脐橙 无损采摘 末端执行器

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脐橙采摘机器人末端执行器设计与试验 被引量：4

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作者 胡利军 《现代农机》 2022年第4期74-77,共4页

基于脐橙无损采摘的最新需求,利用前驱动原理创新性提出一种新型双V手指脐橙采摘机器人末端执行器。该新型机器人末端执行器主要由三部分构成,分别为吸附机构、夹持机构与旋切机构。从技术原理、主要构成及实践应用三部分为出发点,在构... 基于脐橙无损采摘的最新需求,利用前驱动原理创新性提出一种新型双V手指脐橙采摘机器人末端执行器。该新型机器人末端执行器主要由三部分构成,分别为吸附机构、夹持机构与旋切机构。从技术原理、主要构成及实践应用三部分为出发点,在构建末端执行器后进行实验应用,通过30次采摘试验验证其应用效果。试验结果显示,该采摘机器人的末端执行器具有显著的应用优势,采摘过程中速度较快、控制过程较为简单,具有较高的机械臂集成度,因此在脐橙无损采摘中得以深入研究并加以推广。 展开更多

关键词 脐橙 无损采摘 末端执行器 采摘机器人 设计 实验

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基于PLC控制的采摘装置自适应调控研究

14

作者 李素静 苑葵 《农机化研究》 北大核心 2020年第11期201-205,共5页

为了实现果蔬采摘的无损采摘和果蔬的准确识别,本文基于PLC技术设计了果蔬采摘装置的自适应调控系统。系统主要由信息采集模块、图像处理模块、运动控制模块、运动执行模块和PLC控制器组成。通过机械手进行设计,使其在抓取果蔬时的抓取... 为了实现果蔬采摘的无损采摘和果蔬的准确识别,本文基于PLC技术设计了果蔬采摘装置的自适应调控系统。系统主要由信息采集模块、图像处理模块、运动控制模块、运动执行模块和PLC控制器组成。通过机械手进行设计,使其在抓取果蔬时的抓取位置、位移和作用力具有自适应能力;对图像进行自适应均衡化处理,提高图像识别。试验数据表明:采摘装置可以对果蔬精准定位,保证果蔬的无损采摘。 展开更多

关键词 果蔬采摘装置 自适应调控系统 机械手 无损采摘 图像自适应均衡化处理

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荔枝采摘机械的研究现状与发展趋势 被引量：10

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作者 祝前峰 陆荣鑑 +1 位作者 鲁峻 李奉顺 《林业机械与木工设备》 2021年第8期11-19,共9页

针对目前单果类如苹果、柑橘等采摘机械研究较多,而对串形簇状果类如荔枝、龙眼等采摘机械研究较少的现状,开展了荔枝采摘机械的相关研究,探讨现有荔枝采摘机械的工作方式,分析荔枝采摘机械存在的不足与缺陷,结合不足与缺陷展望荔枝采... 针对目前单果类如苹果、柑橘等采摘机械研究较多,而对串形簇状果类如荔枝、龙眼等采摘机械研究较少的现状,开展了荔枝采摘机械的相关研究,探讨现有荔枝采摘机械的工作方式,分析荔枝采摘机械存在的不足与缺陷,结合不足与缺陷展望荔枝采摘机械的发展方向。荔枝采摘机械必将朝着小型化、自动化、智能化、高精度、高效率、低成本等方向发展,以满足我国荔枝高效、无损采摘的发展需求。 展开更多

关键词 采摘方式 采摘机器人 机器视觉 无损采摘 发展趋势

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猕猴桃采摘机器人设计及试验 被引量：1

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作者 王佳虹 王迪 +2 位作者 叶宏宝 朱国宏 晏毓 《浙江农业科学》 2023年第10期2418-2422,共5页

针对猕猴桃无损采摘的需求,基于机器视觉相关理论设计了一种主要由履带式底盘、采摘机械臂和末端执行机构这三部分组成的猕猴桃采摘机器人。根据猕猴桃采摘机械特性,设计无损采摘的末端执行机构;通过设计采摘机器人硬件控制系统和软件... 针对猕猴桃无损采摘的需求,基于机器视觉相关理论设计了一种主要由履带式底盘、采摘机械臂和末端执行机构这三部分组成的猕猴桃采摘机器人。根据猕猴桃采摘机械特性,设计无损采摘的末端执行机构;通过设计采摘机器人硬件控制系统和软件控制系统,实现猕猴桃准确识别和精准采摘,提高采摘机器人的作业效率。为验证采摘机器人的采摘性能,采用视觉识别和采摘实地试验进行验证。结果表明,视觉识别准确率可达97.7%,采摘成功率可达85%以上,平均采摘单颗猕猴桃时间为3.01 s,可以满足农业实际生产对采摘机器人的性能要求。 展开更多

关键词 机器人 猕猴桃 无损采摘 控制

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三爪机械手在脐橙果实采摘中的可行性分析 被引量：1

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作者 李秉旭 《林业机械与木工设备》 2022年第9期28-33,共6页

为验证三爪机械手对脐橙果实无损采摘的可行性,首先测量脐橙果实的物理参数,再利用TA.TOUCH质构仪测量脐橙最小损伤压力,并利用统计学分析测量结果的准确性,最后使用Solid Works和Ansys建立数学模型进行仿真分析抓取果实时的受力情况。

关键词 三爪机械手 无损采摘 正态性检验

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