振动式林果采摘机虚拟样机设计及动力学仿真
发布时间：2022-12-25 11:10
本文以油茶果为例调查了林果的生长环境及采摘特性,研究分析了振动采摘机工作原理及工作能耗,针对南方地区的林果采收作业环境提出了振动式林果采摘机的设计要求。根据设计要求完成了适合油茶果采收的振动式林果采摘机整机结构设计,并对关键部件如行走机构、执行机构、振动机构等进行了分析探讨。应用Pro/E软件建立振动式林果采摘机各主要零部件（底盘、采摘臂、采摘头）的三维实体模型,并根据采摘机机械系统各工作机构零部件的相对位置关系,完成模型的虚拟装配,得到振动式林果采摘机的虚拟装配模型。然后将Pro/E软件建立的虚拟样机模型导入到ADAMS软件中,根据设计的物理样机的选材编辑动力学模型的物理属性。最后通过分析各构件在作业中的实际运动情况,添加相应的运动副、驱动、工作载荷等。完成上述操作后,通过模型的正确性验证,最终得到振动式林果采摘机的动力学仿真模型。通过变量求导方法,推导出了采摘臂的拉格朗日动力学方程。首先根据D-H坐标法,建立振动式林果采摘机采摘臂关节参考坐标系；然后分析采摘臂各杆件的位置,得到位置变换矩阵；最后计算采摘臂各杆件及关节的动能和势能,得到采摘臂动力学方程。应用机械系统动力学仿真软件AD...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 研究目的和意义
1.3 振动式林果采摘技术国内外研究现状
1.3.1 振动式林果采摘机国外研究现状
1.3.2 振动式林果采摘机国内研究现状
1.3.3 我国振动式林果采摘机存在的主要问题和发展方向
1.4 本课题研究主要内容及项目来源
1.4.1 课题研究主要内容
1.4.2 项目来源
2 振动式林果采摘机总体结构设计
2.1 振动式林果采摘机工作特性分析
2.1.1 工作原理
2.1.2 振动需要的能量分析
2.2 油茶果树种植区地形特点及油茶果树植株物理特性
2.2.1 油茶果树树冠部分形态结构
2.2.2 油茶果树根部形态结构
2.3 振动式林果采摘机设计技术要求
2.4 振动式林果采摘机总体结构设计
2.4.1 振动式林果采摘机运动分析
2.4.2 振动式林果采摘机典型工况分析
2.4.3 振动式林果采摘机整体结构
2.5 振动式林果采摘机关键部件设计
2.5.1 底盘设计
2.5.2 采摘臂设计
2.5.3 激振机构设计
2.5.4 夹持机构设计
2.5.5 接载装置设计
2.6 本章小结
3 振动式林果采摘机虚拟样机建立
3.1 虚拟样机技术的应用
3.1.1 虚拟样机技术简介
3.1.2 虚拟样机技术特点
3.1.3 虚拟样机技术在林业上的应用
3.2 采摘机的三维建模
3.2.1 基于采摘机特征的零件设计
3.2.2 采摘机的虚拟装配设计
3.3 振动式林果采摘机虚拟样机采摘臂动力学模型
3.3.1 ADAMS软件简介
3.3.2 模型导入
3.3.3 编辑动力学模型物理属性
3.3.4 添加运动副
3.3.5 施加驱动
3.3.6 施加摩擦力及工作载荷
3.3.7 模型校验
3.4 本章小结
4 振动式林果采摘机采摘臂刚体动力学分析及仿真
4.1 振动式林果采摘机采摘臂多刚体动力学分析
4.1.1 拉格朗日方程
4.1.2 连杆的动能
4.1.3 采摘臂的势能
4.1.4 动力学方程
4.2 振动式林果采摘机运动位置分析
4.2.1 D-H建模
4.2.2 采摘臂齐次变换矩阵
4.3 振动式林果采摘臂刚体动力学方程建立
4.3.1 等效化惯量计算
4.3.2 采摘臂动力学方程惯量矩阵计算
4.3.3 向心加速度系数与哥氏加速度系数计算
4.3.4 重力项计算
4.3.5 采摘臂刚体动力学方程
4.4 采摘臂刚体动力学仿真及结果分析
4.4.1 工况一采摘头定位过程动力学分析
4.4.2 工况二振动采收过程动力学分析
4.4.3 仿真值检验
4.5 本章小结
5 振动式林果采摘臂刚柔耦合动力学分析与仿真
5.1 多柔体动力学分析
5.2 柔体动力模型建立
5.3 采摘臂的刚柔混合动力学仿真
5.3.1 工况一采摘头定位过程刚柔耦合动力学分析
5.3.2 工况二振动采收过程动力学分析
5.4 采摘臂的刚柔混合动力学仿真与刚体动力学比较
5.5 本章小结
6 结论及展望
6.1 主要研究工作
6.2 研究展望
参考文献
附录 攻读学位期间的主要学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动式果品收获技术机理分析及研究进展[J]. 陈度,杜小强,王书茂,张勤. 农业工程学报. 2011(08)
[2]我国甘蔗收获机虚拟样机技术研究现状与展望[J]. 庞昌乐,区颖刚. 农机化研究. 2011(07)
[3]我国油茶研究与产业化现状综述[J]. 李志刚,于卫平,李健. 农业科技通讯. 2011(06)
[4]柑橘采摘机器人结构设计及运动学算法[J]. 卢伟,宋爱国,蔡健荣,孙海波,陈晓颖. 东南大学学报(自然科学版). 2011(01)
[5]基于Pro/E和ADAMS的防坠安全器动力学仿真[J]. 田海兰,王东方,苏小平. 机械设计与制造. 2010(10)
[6]湖南油茶产业化现状与发展对策[J]. 黎先胜,黄光文. 中国林业经济. 2010(05)
[7]基于虚拟样机技术的玉米收获机拨禾轮运动仿真分析[J]. 云善良,张士新. 农业装备与车辆工程. 2010(08)
[8]机械振动式林果采收机的设计与试验研究[J]. 汤智辉,孟祥金,沈从举,贾首星,周艳,郑炫,秦朝民. 农机化研究. 2010(08)
[9]果园管理机械发展现状与趋势分析[J]. 宋树民,湛小梅,庞有伦. 现代农业装备. 2010(07)
[10]基于区域适应性的特色林果业发展探讨[J]. 李金叶,袁强,蒋慧. 新疆农业科学. 2010(04)
博士论文
[1]番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D]. 刘继展.江苏大学 2010
硕士论文
[1]油茶果采摘机执行机构设计及工作空间优化[D]. 左二兵.中南林业科技大学 2012
[2]基于ADAMS的焊接机器人动力学仿真研究[D]. 陈鲁刚.江南大学 2012
[3]蔬菜钵苗移栽机关键部件的参数优化、数字化设计及研制[D]. 王俊军.浙江理工大学 2010
[4]林用履带机器人虚拟样机研究[D]. 赵青.中南林业科技大学 2009
[5]基于虚拟样机技术的锻造操作机动力学仿真研究[D]. 张计磊.东北大学 2008
[6]串联多关节机械臂设计与分析[D]. 郭炬.华中科技大学 2008
[7]40t卧卷夹钳虚拟样机与动力学仿真[D]. 何丽君.武汉科技大学 2008
[8]小型甘蔗收获机传动系统的动力学建模及仿真研究[D]. 宁际恒.广西大学 2007
[9]并联机器人设计若干关键问题的VP解决方法研究[D]. 王辉.湖南大学 2005
本文编号：3726498
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 研究目的和意义
1.3 振动式林果采摘技术国内外研究现状
1.3.1 振动式林果采摘机国外研究现状
1.3.2 振动式林果采摘机国内研究现状
1.3.3 我国振动式林果采摘机存在的主要问题和发展方向
1.4 本课题研究主要内容及项目来源
1.4.1 课题研究主要内容
1.4.2 项目来源
2 振动式林果采摘机总体结构设计
2.1 振动式林果采摘机工作特性分析
2.1.1 工作原理
2.1.2 振动需要的能量分析
2.2 油茶果树种植区地形特点及油茶果树植株物理特性
2.2.1 油茶果树树冠部分形态结构
2.2.2 油茶果树根部形态结构
2.3 振动式林果采摘机设计技术要求
2.4 振动式林果采摘机总体结构设计
2.4.1 振动式林果采摘机运动分析
2.4.2 振动式林果采摘机典型工况分析
2.4.3 振动式林果采摘机整体结构
2.5 振动式林果采摘机关键部件设计
2.5.1 底盘设计
2.5.2 采摘臂设计
2.5.3 激振机构设计
2.5.4 夹持机构设计
2.5.5 接载装置设计
2.6 本章小结
3 振动式林果采摘机虚拟样机建立
3.1 虚拟样机技术的应用
3.1.1 虚拟样机技术简介
3.1.2 虚拟样机技术特点
3.1.3 虚拟样机技术在林业上的应用
3.2 采摘机的三维建模
3.2.1 基于采摘机特征的零件设计
3.2.2 采摘机的虚拟装配设计
3.3 振动式林果采摘机虚拟样机采摘臂动力学模型
3.3.1 ADAMS软件简介
3.3.2 模型导入
3.3.3 编辑动力学模型物理属性
3.3.4 添加运动副
3.3.5 施加驱动
3.3.6 施加摩擦力及工作载荷
3.3.7 模型校验
3.4 本章小结
4 振动式林果采摘机采摘臂刚体动力学分析及仿真
4.1 振动式林果采摘机采摘臂多刚体动力学分析
4.1.1 拉格朗日方程
4.1.2 连杆的动能
4.1.3 采摘臂的势能
4.1.4 动力学方程
4.2 振动式林果采摘机运动位置分析
4.2.1 D-H建模
4.2.2 采摘臂齐次变换矩阵
4.3 振动式林果采摘臂刚体动力学方程建立
4.3.1 等效化惯量计算
4.3.2 采摘臂动力学方程惯量矩阵计算
4.3.3 向心加速度系数与哥氏加速度系数计算
4.3.4 重力项计算
4.3.5 采摘臂刚体动力学方程
4.4 采摘臂刚体动力学仿真及结果分析
4.4.1 工况一采摘头定位过程动力学分析
4.4.2 工况二振动采收过程动力学分析
4.4.3 仿真值检验
4.5 本章小结
5 振动式林果采摘臂刚柔耦合动力学分析与仿真
5.1 多柔体动力学分析
5.2 柔体动力模型建立
5.3 采摘臂的刚柔混合动力学仿真
5.3.1 工况一采摘头定位过程刚柔耦合动力学分析
5.3.2 工况二振动采收过程动力学分析
5.4 采摘臂的刚柔混合动力学仿真与刚体动力学比较
5.5 本章小结
6 结论及展望
6.1 主要研究工作
6.2 研究展望
参考文献
附录 攻读学位期间的主要学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动式果品收获技术机理分析及研究进展[J]. 陈度,杜小强,王书茂,张勤. 农业工程学报. 2011(08)
[2]我国甘蔗收获机虚拟样机技术研究现状与展望[J]. 庞昌乐,区颖刚. 农机化研究. 2011(07)
[3]我国油茶研究与产业化现状综述[J]. 李志刚,于卫平,李健. 农业科技通讯. 2011(06)
[4]柑橘采摘机器人结构设计及运动学算法[J]. 卢伟,宋爱国,蔡健荣,孙海波,陈晓颖. 东南大学学报(自然科学版). 2011(01)
[5]基于Pro/E和ADAMS的防坠安全器动力学仿真[J]. 田海兰,王东方,苏小平. 机械设计与制造. 2010(10)
[6]湖南油茶产业化现状与发展对策[J]. 黎先胜,黄光文. 中国林业经济. 2010(05)
[7]基于虚拟样机技术的玉米收获机拨禾轮运动仿真分析[J]. 云善良,张士新. 农业装备与车辆工程. 2010(08)
[8]机械振动式林果采收机的设计与试验研究[J]. 汤智辉,孟祥金,沈从举,贾首星,周艳,郑炫,秦朝民. 农机化研究. 2010(08)
[9]果园管理机械发展现状与趋势分析[J]. 宋树民,湛小梅,庞有伦. 现代农业装备. 2010(07)
[10]基于区域适应性的特色林果业发展探讨[J]. 李金叶,袁强,蒋慧. 新疆农业科学. 2010(04)
博士论文
[1]番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D]. 刘继展.江苏大学 2010
硕士论文
[1]油茶果采摘机执行机构设计及工作空间优化[D]. 左二兵.中南林业科技大学 2012
[2]基于ADAMS的焊接机器人动力学仿真研究[D]. 陈鲁刚.江南大学 2012
[3]蔬菜钵苗移栽机关键部件的参数优化、数字化设计及研制[D]. 王俊军.浙江理工大学 2010
[4]林用履带机器人虚拟样机研究[D]. 赵青.中南林业科技大学 2009
[5]基于虚拟样机技术的锻造操作机动力学仿真研究[D]. 张计磊.东北大学 2008
[6]串联多关节机械臂设计与分析[D]. 郭炬.华中科技大学 2008
[7]40t卧卷夹钳虚拟样机与动力学仿真[D]. 何丽君.武汉科技大学 2008
[8]小型甘蔗收获机传动系统的动力学建模及仿真研究[D]. 宁际恒.广西大学 2007
[9]并联机器人设计若干关键问题的VP解决方法研究[D]. 王辉.湖南大学 2005
本文编号：3726498
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