葡萄采摘的果穗振动耦合仿真和末端执行器设计及试验
发布时间：2021-08-03 10:10
在成串果实的机器人采摘中,快速作业可能引起悬挂果穗的振荡进而导致果粒的脱落。因此,为实现机器人串果高速采摘作业中引起的“减振低脱”目标,本文以葡萄为研究对象,首先对现有末端执行器进行了优化设计,并通过夹剪试验证明了优化的效果可满足要求;同时提出了一种面向穗轴激励输入的果穗仿真模型。最终,在两者研究的基础上,进一步建立了末端执行器与刚柔耦合串果模型的联合动力学仿真,并基于不同偏差程度对激励速率与脱落率关系进行了探究。主要研究工作如下:（1）葡萄果穗物理特性及力学特性研究。首先提出了“挠性杆-黏弹铰链-刚性杆-质量球”复合果穗模型,进而由试验确定了多级梗间铰链弹性系数与阻尼系数、果粒尺寸与质量的正态分布规律,获得了主穗轴的抗弯特性,并对柄-果连接强度进行了统计。（2）末端执行器设计及试验。基于葡萄主穗轴作业对象,对现有末端执行器进行夹剪受力分析,发现现有机构存在夹剪力不足的问题。进而从传动结构、指端夹剪机构进行了优化设计;并利用ADAMS软件进行了机构的运动学、动力学仿真分析,证明了优化后机构的合理有效性;最终,通过对优化前、后的执行器进行夹剪对比试验,进一步证明了优化机构效果良好,满足高...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 果梗夹剪研究现状
1.2.2 梗-果振动模型研究现状
1.3 存在问题
1.4 本文主要研究内容
1.5 技术路线
第二章 葡萄果穗物理特性及梗-果力学特性研究
2.1 果穗梗-果系统结构
2.2 果穗物理特性研究
2.2.1 穗轴特性统计
2.2.2 果粒物理特性统计
2.3 主穗轴力学特性研究
2.3.1 主穗轴抗弯特性试验
2.3.2 主穗轴压缩特性试验
2.3.3 主穗轴剪切特性试验
2.4 连接关节力学特性研究
2.4.1 梗间铰链力学特性试验
2.4.2 柄-果法向结合力特性试验
2.4.3 柄-果切向结合力特性试验
2.5 本章小结
第三章 末端执行器设计及试验
3.1 现有末端执行器概述
3.1.1 工作原理
3.1.2 夹剪一体指端结构
3.1.3 样机加工
3.1.4 驱动部件
3.2 末端执行器机构优化设计
3.2.1 夹剪效果分析
3.2.2 传动机构优化
3.2.3 指端夹剪机构优化
3.3 基于ADAMS的优化机构仿真分析
3.3.1 优化后机构导入及仿真参数设置
3.3.2 激励设定
3.3.3 运动学仿真
3.3.4 动力学仿真
3.4 优化效果对比分析实验
3.4.1 优化后执行器整体结构
3.4.2 夹剪采摘试验
3.5 本章小结
第四章 串果果穗刚柔耦合振动模型建立与分析
4.1 果穗复合力学模型提出
4.2 果穗振动仿真模型建立
4.2.1 梗系统实体建模
4.2.2 果粒及梗间力学特性添加
4.2.3 分阶段振动仿真模型
4.2.4 模型合理性验证
4.3 果穗振动仿真分析
4.3.1 不同阶段的差异
4.3.2 激励特性对果穗振动的影响
4.4 基于振动仿真的果粒脱落影响分析
4.4.1 果粒脱落机理
4.4.2 不同阶段的差异
4.4.3 激励特性对果粒脱落的影响
4.5 本章小结
第五章 末端执行器、果穗联合建模及偏差采摘仿真分析
5.1 主穗轴夹剪耦合有限元模型建立
5.1.1 夹剪耦合模型的构建方式
5.1.2 ANSYS中粘弹参数的Prony级数转换方法
5.1.3 ANSYS中模型建立与参数设置
5.1.4 基于ADAMS的夹-剪耦合
5.2 联合仿真模型建立与合理性验证
5.2.1 模型设置
5.2.2 仿真运行
5.2.3 采摘试验
5.2.4 对比验证
5.3 偏差激励分析
5.4 基于偏差程度的采摘仿真试验
5.4.1 整体偏差程度划分
5.4.2 采摘仿真试验
5.4.3 结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论和展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果
附录
本文编号：3319433
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 果梗夹剪研究现状
1.2.2 梗-果振动模型研究现状
1.3 存在问题
1.4 本文主要研究内容
1.5 技术路线
第二章 葡萄果穗物理特性及梗-果力学特性研究
2.1 果穗梗-果系统结构
2.2 果穗物理特性研究
2.2.1 穗轴特性统计
2.2.2 果粒物理特性统计
2.3 主穗轴力学特性研究
2.3.1 主穗轴抗弯特性试验
2.3.2 主穗轴压缩特性试验
2.3.3 主穗轴剪切特性试验
2.4 连接关节力学特性研究
2.4.1 梗间铰链力学特性试验
2.4.2 柄-果法向结合力特性试验
2.4.3 柄-果切向结合力特性试验
2.5 本章小结
第三章 末端执行器设计及试验
3.1 现有末端执行器概述
3.1.1 工作原理
3.1.2 夹剪一体指端结构
3.1.3 样机加工
3.1.4 驱动部件
3.2 末端执行器机构优化设计
3.2.1 夹剪效果分析
3.2.2 传动机构优化
3.2.3 指端夹剪机构优化
3.3 基于ADAMS的优化机构仿真分析
3.3.1 优化后机构导入及仿真参数设置
3.3.2 激励设定
3.3.3 运动学仿真
3.3.4 动力学仿真
3.4 优化效果对比分析实验
3.4.1 优化后执行器整体结构
3.4.2 夹剪采摘试验
3.5 本章小结
第四章 串果果穗刚柔耦合振动模型建立与分析
4.1 果穗复合力学模型提出
4.2 果穗振动仿真模型建立
4.2.1 梗系统实体建模
4.2.2 果粒及梗间力学特性添加
4.2.3 分阶段振动仿真模型
4.2.4 模型合理性验证
4.3 果穗振动仿真分析
4.3.1 不同阶段的差异
4.3.2 激励特性对果穗振动的影响
4.4 基于振动仿真的果粒脱落影响分析
4.4.1 果粒脱落机理
4.4.2 不同阶段的差异
4.4.3 激励特性对果粒脱落的影响
4.5 本章小结
第五章 末端执行器、果穗联合建模及偏差采摘仿真分析
5.1 主穗轴夹剪耦合有限元模型建立
5.1.1 夹剪耦合模型的构建方式
5.1.2 ANSYS中粘弹参数的Prony级数转换方法
5.1.3 ANSYS中模型建立与参数设置
5.1.4 基于ADAMS的夹-剪耦合
5.2 联合仿真模型建立与合理性验证
5.2.1 模型设置
5.2.2 仿真运行
5.2.3 采摘试验
5.2.4 对比验证
5.3 偏差激励分析
5.4 基于偏差程度的采摘仿真试验
5.4.1 整体偏差程度划分
5.4.2 采摘仿真试验
5.4.3 结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论和展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果
附录
本文编号：3319433
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