智能采茶机机械结构及控制系统设计

发布时间：2020-04-02 11:55

【摘要】：茶产业是我国一大重要经济产业。目前,对于大宗茶的采摘已经普遍实现机械化,但机采的无差别一刀切方式缺乏选择性,对于嫩度要求高、采摘要求严格的名优茶则无法适用,因此,目前的名优茶采摘仍然主要依靠人工完成。此外,在近几年已有的少量名优茶采摘机器人研究中,未见有针对机械臂前端执行机构的细致研究。从已有相关研究来看,采摘机械臂的前端执行机构基本未经详细设计,一般是以两枚接近刀片的爪指夹断茶叶嫩芽叶柄,这种方式类似掐采,与传统人工采茶的提采式工艺要求相悖;名优茶采摘机械的每一次作业中,机械臂需要运动多次以到达不同采摘点,所以需要对采摘路径进行规划以提高机构运行效率,这方面目前也鲜有研究。综上,本文首先以四川省雅安市名山区广泛种植的名山131为研究对象,进行了以下几点工作:(1)对名山131一芽一叶和一芽两叶的叶柄长度分布范围进行了测量统计;(2)进行了嫩芽叶柄的力学特性试验,研究了其抗拉能力以及不同接触面大小下的抗压能力;(3)又研究了几种不同材料对嫩芽叶柄的静摩擦系数;(4)围绕(1)(2)(3)中研究所得数据展开了有关夹持装置设计的实验,为提采式夹持装置的设计提供了依据。随后,本文围绕该提采式夹持装置,展开了装置的爪指设计实验,通过建立爪指尺寸与采摘力的数学模型,借助MATLAB软件进行了优化设计,并通过ADAMS动力学仿真验证了优化结果的正确性。再者,设计了符合采摘需求的十字型直角坐标机械臂,建立虚拟样机并使用Pro/E软件分析机构质量属性以确定机械臂y轴的合理安装位置;使用ADAMS柔性体模块对y轴导轨进行了仿真实验以验证其设计合理性。最后,对控制系统的电气元件进行了选型并制定了控制系统的构成与方案,绘制了电路图,结合工程实际需要对系统中的机械臂路径规划提出了两种寻优策略并在MATLAB软件中对策略的有效性及实用性进行了考察,确定了适合于设备需求的寻优策略。
【图文】：

图1-1(a) (b) (c)为龙门式常见结构，而图 1-1(d) (e) (f)为壁挂式常见结构。相比较而言，龙门式机械臂一般用于行程较大的工作，负载能力也较强，为了提高机构的稳定性在一个方向上配置两个滑轨；而壁挂式结构则在行程较短负载较小时适用，结构更为轻便紧凑[14,15]。从驱动机构来看，直角坐标机械臂又主要分为同步带式、滚珠丝杆式及齿轮齿条式[15]。它们的特性比较如表 1-1 所示。

图 1-2 日本的番茄采摘机器人 图 1-3 美国的柑橘采摘机器人Fig.1-2 Japanese tomato picking robot Fig.1-3 American tangerine picking robot国内对于农业采摘机器人的研究起步于20世纪90年代，相对发达国家起步较距较大，，但是通过相关研究工作者的不懈努力，仍然取得了一定进展。2001 年，东北林业大学的陆怀民[22]研制出了林木球果采摘机器人。该机器人由度机械臂、单片机控制系统和移动平台组成。采摘时，机器人停在距目标树木
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225.99

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6 谢宇s

本文编号：2611920