番木瓜采摘末端执行器的设计与试验研究
发布时间：2021-12-02 05:47
番木瓜在我国有“岭南佳果”的美誉,是有着广阔发展前景的热带特色水果。目前,国内外收获番木瓜采用机械方式的还很少,由于采摘作业的复杂性,采摘的自动化程度仍然比较低,采收主要还是以人工为主。因此,基于对番木瓜的外形特征和生物力学性质的研究基础上,通过摘取方式基础试验确定采摘机构方案,设计并制作了一种欠驱动番木瓜机械采摘末端执行器,并进行了摘取性能试验研究,主要研究工作如下:1)选定岭南和台农2号两个品种的番木瓜为研究对象,基于逆向工程技术,利用Sense 3D扫描仪、Sense软件和Geomagic Studio软件重建番木瓜曲面模型,运用Pro/E软件对番木瓜进行了外形特征参数提取。2)对两个品种及不同成熟度条件下的番木瓜整果进行力学特性的试验研究,得到同一加载速率下整果的压缩力、刚度及弹性模量与变形量的变化关系;不同加载速率下整果压缩力与变形量关系。对比不同橡胶材料与番木瓜表面在干燥和潮湿环境下的摩擦系数并选定乒乓球拍胶皮。3)从获取和分离果实的角度以及人工摘取方式分析,确定扭断摘取方式。设计制作扭断摘取装置进行试验,将得到夹持力、扭矩和扭断角度等参数进行数据整合,利用SPSS软件,采...
【文章来源】： 华南农业大学广东省
【文章页数】：81 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究目的和意义
1.2 国内外果蔬采摘机械末端执行器的研究现状
1.2.1 刚性夹持类末端执行器研究简述
1.2.2 柔性夹持类末端执行器研究简述
1.2.3 欠驱动采摘末端执行器研究简述
1.3 研究意义和内容
2 番木瓜三维重构与特征参数提取
2.1 番木瓜的点云数据采集和预处理
2.1.1 材料与方法
2.1.2 点云数据预处理
2.2 番木瓜模型曲面重建
2.2.1 曲面重建方法
2.2.2 点阶段处理
2.2.3 多边形阶段处理
2.2.4 形状阶段处理
2.2.5 曲面偏差分析
2.3 番木瓜特征参数提取和分析
2.3.1 特征参数提取目的
2.3.2 特征参数提取方法
2.3.3 特征参数提取结果分析
2.4 本章小结
3 番木瓜果实摘取力学特性试验研究
3.1 番木瓜整果压缩试验
3.1.1 试验材料、设备及方法
3.1.2 试验结果与分析
3.2 番木瓜抓取接触材料选取试验
3.2.1 试验目的
3.2.2 试验材料设备与方法
3.2.3 试验结果分析
3.3 本章小结
4 番木瓜摘取方式与参数试验研究
4.1 摘取动作方式分析
4.2 摘取试验装置设计与制作
4.3 试验方法
4.4 摘取试验结果分析
4.4.1 番木瓜品种和成熟度分别对夹持力和扭矩的影响因素分析
4.4.2 番木瓜质量对夹持力的影响因素分析
4.4.3 番木瓜果柄对扭矩和扭转角度的影响
4.4.4 番木瓜抓取夹持力和扭矩数值范围确定
4.5 本章小结
5 番木瓜采摘末端执行器的设计研究
5.1 番木瓜摘取末端执行器总体方案设计
5.1.1 基于欠驱动原理的方案设计
5.1.2 驱动部分设计
5.1.3 机构主要尺寸参数设计
5.2 番木瓜采摘末端执行机构结构设计
5.2.1 材料选取
5.2.2 指部机构
5.2.3 手掌机构和连接组件
5.2.4 支座组件和驱动机构
5.2.5 整体结构及工作原理分析
5.3 番木瓜采摘末端执行机构控制系统设计
5.3.1 控制系统的功能需求分析
5.3.2 控制原件选取
5.3.3 控制系统电路板的设计
5.3.4 控制系统工作原理
5.4 本章小结
6 番木瓜采摘末端执行器的制作与试验研究
6.1 基于 3D打印技术的番木瓜采摘末端执行器的制作
6.1.1 原型制作方法
6.1.2 利用 3D打印技术进行模型制作
6.1.3 末端执行机构零部件制作与装配
6.2 末端执行器的田间摘取试验
6.2.1 试验目的和装置
6.2.2 试验方法
6.2.3 试验结果与分析
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向摘取的番木瓜三维重构与特征参数提取 [J]. 张炳超,夏娟,李志伟,张敬业,夏红梅. 农机化研究. 2016(12)
[2]基于Geomagic Design软件的导种管三维逆向工程设计 [J]. 刘立晶,杨慧. 农业工程学报. 2015(11)
[3]机器手采摘苹果抓取损伤机理有限元分析及验证 [J]. 姬伟,李俊乐,杨俊,丁世宏,赵德安. 农业工程学报. 2015(05)
[4]鸵鸟足底非规则曲面形貌数学模型构建 [J]. 张锐,杨明明,潘润铎,刘海宝,曾桂银,李建桥. 农业工程学报. 2015(S1)
[5]果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析 [J]. 李国利,姬长英,翟力欣. 中国农机化学报. 2014(05)
[6]基于逆向工程的D型打结器重构与运动仿真 [J]. 陈龙健,李诚,张安琪,李海涛,韩鲁佳. 农业机械学报. 2014(12)
[7]基于点云数据的猪体曲面三维重建与应用 [J]. 刘同海,滕光辉,张盛南,李卓,郭鹏. 农业机械学报. 2014(06)
[8]国人脑解剖结构的磁共振三维重建初探 [J]. 颜志平,陈志伟,苏素联,罗万能. 航空航天医学杂志. 2014(04)
[9]一种通用柔性末端执行器设计和分析 [J]. 李伟,路敦民,刘逸思,李宁. 机械设计. 2014(04)
[10]2012年全球主要水果生产变化简析(二) [J]. 雷世梅,张放. 中国果业信息. 2014(03)
硕士论文
[1]一种绳驱式欠驱动三指灵巧手的研究[D]. 何艳涛.哈尔滨工业大学 2014
[2]欠驱动苹果采摘末端执行器研究和设计[D]. 彭磊.南京农业大学 2010
[3]一种多用途采摘机器人末端执行器的设计与研究[D]. 居洪玲.南京农业大学 2010
本文编号：3527852
【文章来源】： 华南农业大学广东省
【文章页数】：81 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究目的和意义
1.2 国内外果蔬采摘机械末端执行器的研究现状
1.2.1 刚性夹持类末端执行器研究简述
1.2.2 柔性夹持类末端执行器研究简述
1.2.3 欠驱动采摘末端执行器研究简述
1.3 研究意义和内容
2 番木瓜三维重构与特征参数提取
2.1 番木瓜的点云数据采集和预处理
2.1.1 材料与方法
2.1.2 点云数据预处理
2.2 番木瓜模型曲面重建
2.2.1 曲面重建方法
2.2.2 点阶段处理
2.2.3 多边形阶段处理
2.2.4 形状阶段处理
2.2.5 曲面偏差分析
2.3 番木瓜特征参数提取和分析
2.3.1 特征参数提取目的
2.3.2 特征参数提取方法
2.3.3 特征参数提取结果分析
2.4 本章小结
3 番木瓜果实摘取力学特性试验研究
3.1 番木瓜整果压缩试验
3.1.1 试验材料、设备及方法
3.1.2 试验结果与分析
3.2 番木瓜抓取接触材料选取试验
3.2.1 试验目的
3.2.2 试验材料设备与方法
3.2.3 试验结果分析
3.3 本章小结
4 番木瓜摘取方式与参数试验研究
4.1 摘取动作方式分析
4.2 摘取试验装置设计与制作
4.3 试验方法
4.4 摘取试验结果分析
4.4.1 番木瓜品种和成熟度分别对夹持力和扭矩的影响因素分析
4.4.2 番木瓜质量对夹持力的影响因素分析
4.4.3 番木瓜果柄对扭矩和扭转角度的影响
4.4.4 番木瓜抓取夹持力和扭矩数值范围确定
4.5 本章小结
5 番木瓜采摘末端执行器的设计研究
5.1 番木瓜摘取末端执行器总体方案设计
5.1.1 基于欠驱动原理的方案设计
5.1.2 驱动部分设计
5.1.3 机构主要尺寸参数设计
5.2 番木瓜采摘末端执行机构结构设计
5.2.1 材料选取
5.2.2 指部机构
5.2.3 手掌机构和连接组件
5.2.4 支座组件和驱动机构
5.2.5 整体结构及工作原理分析
5.3 番木瓜采摘末端执行机构控制系统设计
5.3.1 控制系统的功能需求分析
5.3.2 控制原件选取
5.3.3 控制系统电路板的设计
5.3.4 控制系统工作原理
5.4 本章小结
6 番木瓜采摘末端执行器的制作与试验研究
6.1 基于 3D打印技术的番木瓜采摘末端执行器的制作
6.1.1 原型制作方法
6.1.2 利用 3D打印技术进行模型制作
6.1.3 末端执行机构零部件制作与装配
6.2 末端执行器的田间摘取试验
6.2.1 试验目的和装置
6.2.2 试验方法
6.2.3 试验结果与分析
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向摘取的番木瓜三维重构与特征参数提取 [J]. 张炳超,夏娟,李志伟,张敬业,夏红梅. 农机化研究. 2016(12)
[2]基于Geomagic Design软件的导种管三维逆向工程设计 [J]. 刘立晶,杨慧. 农业工程学报. 2015(11)
[3]机器手采摘苹果抓取损伤机理有限元分析及验证 [J]. 姬伟,李俊乐,杨俊,丁世宏,赵德安. 农业工程学报. 2015(05)
[4]鸵鸟足底非规则曲面形貌数学模型构建 [J]. 张锐,杨明明,潘润铎,刘海宝,曾桂银,李建桥. 农业工程学报. 2015(S1)
[5]果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析 [J]. 李国利,姬长英,翟力欣. 中国农机化学报. 2014(05)
[6]基于逆向工程的D型打结器重构与运动仿真 [J]. 陈龙健,李诚,张安琪,李海涛,韩鲁佳. 农业机械学报. 2014(12)
[7]基于点云数据的猪体曲面三维重建与应用 [J]. 刘同海,滕光辉,张盛南,李卓,郭鹏. 农业机械学报. 2014(06)
[8]国人脑解剖结构的磁共振三维重建初探 [J]. 颜志平,陈志伟,苏素联,罗万能. 航空航天医学杂志. 2014(04)
[9]一种通用柔性末端执行器设计和分析 [J]. 李伟,路敦民,刘逸思,李宁. 机械设计. 2014(04)
[10]2012年全球主要水果生产变化简析(二) [J]. 雷世梅,张放. 中国果业信息. 2014(03)
硕士论文
[1]一种绳驱式欠驱动三指灵巧手的研究[D]. 何艳涛.哈尔滨工业大学 2014
[2]欠驱动苹果采摘末端执行器研究和设计[D]. 彭磊.南京农业大学 2010
[3]一种多用途采摘机器人末端执行器的设计与研究[D]. 居洪玲.南京农业大学 2010
本文编号：3527852
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