旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化.pdf

農(nóng)機化研究 Journal of Agricultural Mechanization Research ISSN 1003 188X CN 23 1233 S 農(nóng)機化研究 網(wǎng)絡首發(fā)論文 題目 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 作者 才勝 鄧芝超 宗福樂 張世發(fā) 收稿日期 2024 01 28 網(wǎng)絡首發(fā)日期 2025 01 23 引用格式 才勝 鄧芝超 宗福樂 張世發(fā) 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參 數(shù)優(yōu)化 J OL 農(nóng)機化研究 網(wǎng)絡首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定 且通過同行評議 主編終審同意刊用的稿件 排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網(wǎng)絡呈現(xiàn)版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網(wǎng)絡首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合 出 版管理條例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關規(guī)定 學術研究成果具有創(chuàng)新性 科學性和先進性 符合編 輯部對刊文的錄用要求 不存在學術不端行為及其他侵權行為 稿件內(nèi)容應基本符合國家有關書刊編輯 出版的技術標準 正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語言文字 符號 數(shù)字 外文字母 法定計量單位及地圖標注等 為確保錄用定稿網(wǎng)絡首發(fā)的嚴肅性 錄用定稿一經(jīng)發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機構名稱和學術內(nèi)容 只可基于編輯規(guī)范進行少量文字的修改 出版確認 紙質期刊編輯部通過與 中國學術期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國 學術期刊 網(wǎng)絡版 出版?zhèn)鞑テ脚_上創(chuàng)辦與紙質期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因為 中國學術期刊 網(wǎng)絡版 是國家新聞出 版廣電總局批準的網(wǎng)絡連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網(wǎng)絡版上網(wǎng)絡首 發(fā)論文視為正式出版 農(nóng)機化研究 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 才 勝 鄧芝超 宗福樂 張世發(fā) 中國農(nóng)業(yè)大學工學院 北京 摘 要 針對藍莓采收機械存在的熟果采凈率低 生果脫落率高等問題 以旋轉振動式藍莓采摘機為研究對象 分析藍莓 果實受到振動時的運動形式和受力情況 構建了 果實 掛果側枝 動力學模型 并對采摘裝置整體結構及其運動過程進行 分析 利用達朗貝爾原理建立采摘裝置激振器的理論模型 分析其運動規(guī)律 基于以上工作內(nèi)容 建立采摘裝置和植株剛 柔耦合動力學模型 以偏心塊角速度 振動角度和采摘裝置移動速度為影響因素 分析采摘裝置作用于藍莓植株時 藍莓 果實受到的振動采摘力 并進行單因素仿真分析 明確了各因素對果實受力的影響規(guī)律 確定了各因素取值范圍 最后 基于單因素仿真分析結果 進行三因素三水平的正交仿真分析 通過極差分析法得到各因素對果實受力影響的主次順序 依次為振動角度 偏心塊角速度和采摘裝置的移動速度 能夠實現(xiàn)較高果實采凈率和降低對植株損傷率的采摘參數(shù)組合 為偏心塊角速度 振動角度 采摘裝置移動速度 關鍵詞 藍莓收獲機 采摘裝置 理論模型 仿真分析 中圖分類號 文獻標識碼 文章編號 引 言 中國已成為亞太地區(qū)藍莓主要生產(chǎn)國 其種植面 積和產(chǎn)量分別占全球的 和 藍莓果 實的采收時間集中且周期短 在國內(nèi)大部分地區(qū) 藍 莓主要依賴人工采收 不僅效率低 成本高且勞動強度 大 極大地制約了我國藍莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 因此 藍 莓機械化采收已成為藍莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢 根據(jù)采摘原理的差異 藍莓收獲機主要可分為機 械振動式收獲機 氣動式收獲機 和采收機器 人 其中 機械振動式藍莓收獲機的研究起步較 早 相關技術已相對成熟 此種方法具備迅速有效 地分離果實的特點 非常適合大規(guī)模的采摘作業(yè) 在振動采收理論方面 國內(nèi)外已展開大量的漿果采收 相關研究 為藍莓收獲機優(yōu)化設計提供了理論基 礎和技術儲備 針對藍莓采收機械存在的熟果采凈率低 生果脫 落率高和植株損傷嚴重等問題 以旋轉振動式藍莓采 摘機為研究對象 在考慮藍莓生物力學特性基礎上 對振 收稿日期 基金項目 國家重點研發(fā)計劃項目 作者簡介 才 勝 男 遼寧錦州人 副教授 碩士生導師 博士 動采收機理進行了理論分析 并建立了采摘裝置和植 株剛柔耦合動力學模型 通過分析采摘裝置施加于藍 莓植株的振動輸出響應和對果實所施加的振動力 確 定了偏心塊角速度 振動角度和移動速度在影響采摘 力方面的主次關系 并得出較優(yōu)工作參數(shù)組合 本文 旨在改善熟果采凈率 生果保持率且減少對植株造成 的損傷 以期為旋轉振動式藍莓采摘機設計與操作參 數(shù)調(diào)整提供依據(jù)和理論基礎 藍莓振動采摘機理研究 藍莓采摘機利用激振器驅動采摘桿運動 使植株 產(chǎn)生振動 并將部分能量傳遞到藍莓果實上 隨著果 枝的運動 果實受到加速度的作用 同時也承受慣性 力 當果實所受慣性力超過與果柄連接處的結合力 時 果實與果柄在離層處斷裂 果實脫落 藍莓果實 掛果側枝系統(tǒng)動力學模型 由于藍莓果實質量較輕且與果柄連接緊密 其相 對于側枝的扭轉運動范圍較小 因此扭轉運動對于果 實分離的影響可以忽略不計 藍莓振動收獲機采摘 桿周向旋轉拍打 產(chǎn)生的激振力施加在樹干上 使果 實的懸掛點在水平面內(nèi)振動 在采收裝置激振力的 作用下 樹枝主要呈水平往復運動 其穩(wěn)態(tài)響應是與 系統(tǒng)激勵同頻率的簡諧變化量 因此 系統(tǒng)穩(wěn)定后 方向上的位移可表示為 網(wǎng)絡首發(fā)時間 2025 01 23 09 02 58 網(wǎng)絡首發(fā)地址 農(nóng)機化研究 式中 為振動激勵處植株枝干在 軸方向上位 移的數(shù)值 單位 為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應時振幅的數(shù)值 單位 為偏心塊角速度的數(shù)值 單位 為時 間的數(shù)值 單位 為相位角的數(shù)值 單位 由于 存在阻尼 穩(wěn)態(tài)響應的相位比激勵滯后 角 為單 個偏心塊質量的數(shù)值 單位 為偏心塊質心半徑的 數(shù)值 單位 為樹干彈性系數(shù) 單位 為系 統(tǒng)總質量的數(shù)值 單位 為系統(tǒng)等效粘性阻尼系 數(shù)的數(shù)值 單位 將強迫振動 樹枝振動和果實振動簡化在同一平 面內(nèi) 從而使樹枝 果實和果柄的運動系統(tǒng)簡化為一 個運動的單擺系統(tǒng) 果實 掛果側枝運動模型如圖 所示 圖 果實 掛果側枝運動模型 以樹枝與果柄的結合點 建立相對坐標系 果實在該坐標系中的絕對坐標為 果實的動能 和勢能 分別為 式中 為分別果實在 和 方向初始位移的 數(shù)值 單位 為果柄長度的數(shù)值 單位 為果實 擺角的數(shù)值 單位 為果實質量的數(shù)值 單位 為重力加速度的數(shù)值 單位 假設果實不受外界其他作用影響 導入拉格朗日 方程 得果實的振動動力學方程為 由于藍莓果柄較短 果實在收獲過程中的振幅較 小 可令 并設 為果實 自由振動固有頻率 簡化后的果實振動方程為 由式 和式 聯(lián)合求解得 式中 為強迫振動時樹枝振幅的數(shù)值 單位 其中 為振幅傳遞比 為強迫振動時樹枝 振動頻率的數(shù)值 單位 其中 為振動 頻率傳遞比 藍莓果實 果柄分離條件 在振動采摘過程中 果實 果柄和樹枝系統(tǒng)相當 于一個運動的單擺系統(tǒng) 果實相對于樹枝與果柄的結 合點 呈往復圓周運動 如圖 所示 圖 藍莓果實受力分析 其中 果實所受慣性力 可分解為法向分力 和切向分力 即 式中 為慣性力的數(shù)值 單位 為果柄拉力 的數(shù)值 單位 為果實重力的數(shù)值 單位 為慣 性力法向分力的數(shù)值 單位 為慣性力切向分力 的數(shù)值 單位 為果實法向加速度的數(shù)值 單位 為果實切向加速度的數(shù)值 單位 為果 實半徑的數(shù)值 單位 在脫落時 果實自振頻率遠低于強迫振動頻率 式 中 項可省略 則 才勝等 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 由于果實體積質量較小 可忽略果實直徑和重力 對果實分離的影響 當果柄結合力小于果實法向慣性 力 判定果實脫落 即 將式 帶入式 可得 使用 中 函數(shù)對式 求解 其中 得到慣性力法向分力 以 下簡稱為采摘力 隨時間的變化曲線如圖 和圖 所 示 圖 不同偏心塊角速度下采摘力變化曲線 圖 不同質徑積下采摘力變化曲線 由式 和圖 圖 可以推斷出藍莓植株對迫 振動的響應主要取決因素 振幅 振幅越大 藍莓 植株對迫振動的響應也越強 采收率亦隨之增加 但 過大的振幅會導致樹干和樹枝產(chǎn)生較大的擺動 并可 能造成果實和果樹品質損傷 相反地 過小的振幅則 無法達到良好的激振效果 激振頻率 即偏心塊角 速度 頻率越高 藍莓植株對迫振動的響應也越 強 采收率亦隨之增加 最佳夾持位置需相應調(diào)整以 適配不同頻率 由于質徑積與激振力成正比 因此當 偏心塊質徑積 增大時 藍莓植株所承受的激振力 農(nóng)機化研究 也隨之增加 導致其振幅變大 有助于提高藍莓果實 采凈率 但同時也可能會損傷植株 因此 應合理選 擇偏心塊質徑積 并控制好所施加在其上面的激振力 大小 以滿足既提高采凈率又降低對植株造成傷害的 需求 采摘裝置機構原理與運動規(guī)律 結構組成和工作原理 旋轉振動式藍莓采摘裝置的整體結構設計如圖 所示 該裝置由支架 動力組件 梳刷機構和激振器 部分組成 其中 激振器作為產(chǎn)生激振力的重要元 件 由箱體 動力輸出軸 從動軸和偏心塊等部分構 成 并且動力輸出軸和從動軸均由軸承安裝于箱體 內(nèi) 工作時 動力組件驅使動力輸出軸旋轉運行 并 推動兩側從動軸上的偏心塊進行同步旋轉 動力組件 從動軸 動力輸出軸 卡箍 壓板 采摘桿 滾筒 支架 箱體 偏心塊 圖 旋轉振動式藍莓收獲機采摘裝置示意圖 在采摘裝置工作時 液壓馬達通過聯(lián)軸器將扭矩 傳遞至動力輸出軸 動力輸出軸通過同步帶分別驅動 兩側偏心輪進行旋轉 對稱安裝的偏心輪在旋轉過 程中產(chǎn)生大小相等 方向相反的離心力 該離心力經(jīng) 由自轉軸傳遞至箱體 形成了一對力偶 從而產(chǎn)生旋 轉力矩 當此力矩周期性地交替變化其大小和方向 時 激振器和振刷機構被驅動執(zhí)行周向往復運動 在 采摘裝置經(jīng)過藍莓植株時 周向往復運動的采摘桿對 枝干施加往復作用力 使枝干通過側枝帶動果實加速 運動 并在慣性力的作用下 實現(xiàn)果實與果柄的分 離 采摘裝置運動分析 激振器的偏心塊旋轉產(chǎn)生離心慣性力 通過自轉 軸傳遞給箱體 作用在箱體上的力形成一對力偶 此 力偶矩驅動箱體繞公轉軸旋轉 并帶動整個采摘裝置 運動 隨著偏心塊和箱體的相對旋轉 激振力矩不斷 變化 如圖 所示 圖 采摘裝置運動分析示意圖 動力元件通過聯(lián)軸器驅動動力輸出軸旋轉 動力 輸出軸通過同步帶分別帶動第一偏心塊和第二偏心 塊進行同向旋轉 激振器的兩個偏心塊大小相等且 位置對稱 以相同角速度運動 當兩偏心塊與箱體的 相對位置如圖 所示時 兩偏心塊分別在兩 從動軸上產(chǎn)生大小相等 方向相反的力 兩個力互相 抵消 合力矩為 當兩偏心塊與箱體的相對位置如圖 所示時 兩偏心塊分別分別在兩從動軸上 產(chǎn)生大小相等 方向相反 作用線平行的力 此時合力 矩最大 在該力矩作用下箱體和梳刷機構趨于順時針 或逆時針變速運動 當兩偏心塊與箱體的相對位置如 圖 所示時 兩從動軸所受力 和 可分解 為沿兩偏心塊軸心連線的分力 和垂直于兩偏 心塊軸心連線的分力 其中 和 相互 抵消 和 產(chǎn)生順時針或逆時針方向的力矩 在 此力矩驅動下箱體和梳刷機構有做順時針或逆時針 變速運動的趨勢 綜上所述 當轉動角度 在 范圍內(nèi) 力矩沿逆時針方向驅動箱體 且梳刷機 構產(chǎn)生逆時針轉動趨勢 當 在 范圍內(nèi) 力矩 沿順時針方向驅動箱體 且梳刷機構產(chǎn)生順時針轉動 趨勢 激振器運動模型 激振器利用偏心塊高速旋轉產(chǎn)生的力矩來驅動 梳刷機構進行變速回轉運動 當剛體繞與對稱面垂 直的定軸旋轉時 慣性力系可以簡化為作用在對稱面 內(nèi)部和垂直于對稱面定軸旋轉時產(chǎn)生的力偶 激振 才勝等 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 器和梳刷機構的變速回轉運動是由相對慣性力和牽 連慣性力所驅動 而這些都是由偏心塊的旋轉引起 的 由于激振器公轉軸經(jīng)過其質心 因此可以將慣性 力系簡化為作用在質心上的一個力矩 建立以質 心為坐標原點的坐標系 見圖 根據(jù)達朗貝爾定理 和動量守恒定理可分別表示出相對于質心 而言 激 振器所受到的力矩 為 式中 為激振器相對質心 力矩的數(shù)值 單位 為激振器箱體角加速度的數(shù)值 單位 為激振器總轉動慣量的數(shù)值 單位 為箱 體對質心 轉動慣量的數(shù)值 單位 由于箱體 的轉動慣量相對于偏心塊對公轉軸的轉動慣量小得 多 因此忽略其對激振器運動的影響 即 為偏心塊對質心 轉動慣量的數(shù)值 單位 為激振器箱體質量的數(shù)值 單位 為偏心塊自轉軸 與公轉軸距離的數(shù)值 單位 圖 激振器運動學分析示意圖 根據(jù)平行軸定理 偏心塊對質心 的轉動慣量 滿足 式中 為偏心塊對其質心軸的轉動慣量的數(shù) 值 單位 為偏心塊質心繞質心 運動軌跡 半徑的數(shù)值 單位 偏心塊質心的運動軌跡方程為 由余弦定理可知偏心塊質心繞 軸的軌跡半 徑為 根據(jù)動量守恒 將偏心塊相對于自轉軸的轉動慣 量近似分割為大半圓的轉動慣量 小半圓的轉動 慣量 半個空心圓柱的轉動慣量 大矩形的轉 動慣量 和小矩形的轉動慣量 如圖 所示 則偏心塊對其質心軸的轉動慣量可表示為 式中 為偏心塊密度的數(shù)值 單位 為 偏心塊外圓半徑的數(shù)值 單位 為偏心塊厚度的 數(shù)值 單位 為偏心塊轉軸套厚度的數(shù)值 單位 為偏心塊扇形端面到軸心垂直距離的數(shù)值 單位 為偏心塊軸套外半徑的數(shù)值 單位 為偏心 塊軸套內(nèi)孔半徑的數(shù)值 單位 圖 偏心塊分割示意圖 由式 式 求解 激振器箱體運動角速 度為 由 求導得到激振器箱體運動的角加速度為 假設 求出箱體在 內(nèi)角速 度 角加速度 其隨時間變化曲線如圖 所示 由圖 可知 箱體的角速度和角加速度曲線是近 似規(guī)律的簡諧曲線 二者的振動周期基本相同 約為 在 范圍內(nèi) 箱體角加速度先增加后 減小 恒為正 且 時角加速度達到最大 農(nóng)機化研究 因為 時箱體角速度為負 所以 范圍內(nèi) 箱體角速度一直在減小 且 時角速度達到最 小 同理 在 范圍內(nèi) 箱體角加速度先增 加后減小 恒為負 且 時角加速度達到 最大 由于此時箱體角速度依然為負 所以 范圍內(nèi) 箱體角速度一直在增加 且 時角 速度達到最大 圖 箱體運動角速度和角加速度隨時間變化曲線 藍莓采摘仿真研究 模型的建立與材料屬性定義 本次建模在盡可能貼近植株外形基礎上將藍莓 植株簡化為枝干 側枝 果柄和果實 將簡化后采摘 裝置與藍莓植株幾何模型以 格式從 導入 進行分析 各構件的材料屬性如表 所 示 表 材料屬性 名稱 密度 彈性模量 泊松比 藍莓植株 藍莓果實 采摘桿 偏心塊 滾筒 箱體 約束和驅動的添加 根據(jù)采摘裝置 藍莓植株系統(tǒng)實際運動情況 在 動力輸出軸與箱體之間的轉動副上添加驅動并定義 轉速 在兩個從動軸與動力輸出軸之間分別添加耦 合副 使從動軸與動力輸出軸做同步轉動 在藍莓植 株與地面之間的移動副上添加驅動并定義水平移動 速度 見圖 采摘桿與果枝之間添加接觸力 接觸 力的接觸剛度為 阻尼系數(shù)為剛度系數(shù) 的 穿透深度取 圖 約束關系與運動副示意圖 研究方法 根據(jù)對采摘裝置振動機理的分析 以偏心塊角速 度 振動角度 和裝置移 動速度 為影響因素 以藍莓果實所 受采摘力為指標 探討梳刷機構在周向往復運動時對 果實受力的影響 本文選取并測量了 個觀測點 果實的受力情況 見圖 并分析確定了各因 素對果實受力影響的主次順序 以及較優(yōu)采摘參數(shù)組 合 試驗因素編碼如表 所示 圖 采摘裝置與藍莓有限元模型 表 單因素仿真分析因素水平表 水平 因素 注 為該因素為定量時的取值 才勝等 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 研究結果分析 偏心塊角速度 不同偏心塊角速度下的果實受力情況如圖 所 示 隨著偏心塊角速度增加 點果實受力持續(xù)增 加 而 和 點果實受力波動較大 但總體呈增大 趨勢 因此 增大偏心塊角速度有利于提高藍莓果實 采凈率 當偏心塊角速度為 時 各觀測 點處的果實受力均大于熟果 果柄間最大結合力 并小于生果 果柄間最小結合力 滿足 摘熟留生 的要求 熟果 果柄間結合力約為 生果 果柄間結合力約為 當偏心塊角速度超過 時 和 點果實受力大于生果 果柄間最小結合力 可能導 致部分生果脫落 而當偏心塊角速度低于 時 各點果實受力小于熟果 果柄間最小結合力 可能 導致部分熟果未能脫落 綜上所述 為提高熟果采凈 率的同時降低生果脫落率 應將偏心塊角速度控制在 圖 不同偏心塊角速度下各點果實受力變化圖 振動角度 不同振動角度下各點果實受力變化圖如圖 所 示 由圖 可以觀察到 隨著振動角度 梳刷機構在 周向往復運動時的最大擺角 增加 點果實受力持 續(xù)增大 而 和 點果實受力略微波動但總體呈上 升趨勢 這些現(xiàn)象表明增大梳刷機構的振動角度有 利于提高藍莓果實采凈率 當振動角度處于 之間時 果實所受力大多超過熟果 果柄結合最大力 并小于生果 果柄結合最小力 基本滿足 摘熟留生 的要求 當振動角度超過 時 和 點果實所 受采摘力在 范圍內(nèi) 同樣能滿足采 摘需要 然而 當振動角度大于 點果實所受 的采摘力急劇增加 已經(jīng)遠超過生果 果柄最小結合 力 最終可能導致生果脫落率較高 從仿真分析結果 來看 采摘裝置振動角度應控制在 以內(nèi) 圖 不同振動角度下各點果實受力變化圖 移動速度 不同移動速度下各點果實受力變化如圖 所示 隨著采摘裝置移動速度的增加 點果實受力略微波 動 但整體變化不顯著 點果實受力逐漸減小 而 點果實受力呈現(xiàn)輕微波動趨勢 但總體上呈現(xiàn)減小 的趨勢 因此 增大采摘裝置移動速度并不利于提高 藍莓果實采凈率 當采摘裝置移動速度不超過 時 各點果實所受力均超過熟果 果柄間最 大結合力 并低于生果 果柄間最小結合力 滿足藍莓 采摘要求 當采摘裝置移動速度超過 時 點的果實受力小于 可能導致部分成熟果未能 被摘取下來 從而降低藍莓成熟果實的采收率 因 此 通過仿真結果可知 采摘裝置的移動速度應保持 不超過 圖 不同移動速度下各點果實受力變化圖 農(nóng)機化研究 多因素仿真分析 由以上結果分析可知 偏心塊角速度的合理范圍 為 采摘裝置振動角度應不超過 而 采摘裝置移動速度小于 為研究各因素的 影響 確定最佳工作參數(shù)組合 本文使用正交表 設計了三因素自變量的方案 并在每個因素等間 距選取 個水平 見表 進行多因素正交仿真分析 表 多因素正交仿真分析因素水平表 水平 因素 多因素正交方案設計和仿真分析結果如表 和表 所示 以各因素水平為橫坐標 為縱坐標 在 圖 中繪制了各因素不同水平下的 曲線 通 過比較各 值的大小 綜合分析可得出 的結論 由于極差能夠反映各因素對試驗指標影響程 度的大小 故果實受力影響主次順序為 即振 動角度對果實受力影響最大 其次是偏心塊角速度 而 移動速度對果實受力影響相對較小 表 多因素正交仿真方案及結果表 水平 因素 采摘力均方根值 表 多因素正交仿真結果分析表 觀測點 因素 注 為某因素某水平下對應采摘力均方根值的加和值 指代 水平 為某因素某水平下對應的采摘力均方根值的平均值 為因素極差值 圖 各因素各水平下 圖 才勝等 旋轉振動式藍莓收獲機采摘機理分析與參數(shù)優(yōu)化 對于 和 點 較優(yōu)參數(shù)組合為 通過 仿真得出 和 點果實所受采摘力的均方根值 分別為 和 可以觀察到 在該參 數(shù)組合下 點果實承受的力大于生果 果柄間最小 結合力 可能導致部分生果脫落 對于 的較優(yōu)參數(shù) 組合為 在此參數(shù)組合下 仿真得出 和 點果實所受采摘力的均方根值分別為 和 各點果實所受力都大于成熟果 果柄間的 最大結合力 并小于生果 果柄間最小結合力 能夠滿 足 摘熟留生 的采摘要求 因此 從仿真結果分析可 知 當偏心塊角速度為 振動角度為 和采摘 裝置移動速度為 時 能夠達到最佳的采摘效 果 結 論 根據(jù)旋轉振動收獲機的工作原理 對藍莓植株 受迫振動過程進行簡化 并建立了 掛果側枝 果實 系統(tǒng)的動力學模型 通過解析法求解系統(tǒng)的動力學 微分方程 得到了植株在受迫振動下的響應 并基于 對藍莓振動分離時運動情況和提出的假設條件 對生 長在細長側枝上的果實進行建模 并對影響植株響應 的主要因素進行了分析 根據(jù)理論分析結果 本文對旋轉振動式藍莓采 摘裝置整體結構進行了介紹 并詳細分析了其運動原 理 利用達朗貝爾原理建立了偏心塊的簡化模型 并 進一步建立了激振器箱體的運動模型 對其運動規(guī)律 進行了深入分析 將構建的采摘裝置和藍莓植株三維簡化模型 導入到 軟件中 對采摘桿和藍莓植株進行柔 性化處理 添加約束關系 驅動和接觸等參數(shù) 以得到 系統(tǒng)剛柔耦合模型 隨后通過單因素仿真分析考察 偏心塊角速度 振動角度和采摘裝置移動速度對果實 受力的影響 并確定了各因素取值范圍 最后基于單 因素仿真分析結果 進行三因素三水平的正交仿真分 析 并利用極差分析法確定了各因素對果實受力影響 的主次順序 振動角度 偏心塊角速度 采摘裝置移 動速度 在此基礎上 得到了能夠實現(xiàn)較高果實采凈 率并降低對植株損傷率的最佳參數(shù)組合 偏心塊角速 度 振動角度 和采摘裝置移動速度 參考文獻 李亞東 蓋禹含 王芳 等 年全球藍莓產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù) 報告 吉林農(nóng)業(yè)大學學報 劉慶忠 朱東姿 王甲威 等 世界藍莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn) 狀 中國篇 落葉果樹 李麗敏 我國藍莓產(chǎn)業(yè)布局及關鍵技術研究 中國 農(nóng)機化學報 王文遠 富榮昌 曹富 基于動捕對仿人采摘機械臂運 動學分析與仿真 農(nóng)機化研究 王海濱 郭艷玲 鮑玉冬 等 振動式藍莓采摘的機理 分析與仿真 農(nóng)業(yè)工程學報 許林云 劉冠華 宣言 等 果實振動響應時的空中運 動數(shù)學模型 農(nóng)業(yè)工程學報 何宇 氣吸式小漿果收獲機設計及輸送系統(tǒng)參數(shù)的試 驗研究 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學 趙永超 孔德剛 霍俊偉 等 氣吸式小漿果撿拾輸送 裝置仿真與試驗 農(nóng)業(yè)工程學報 張韻 氣吸式小漿果收獲機采摘頭參數(shù)優(yōu)化與試驗研 究 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學 郭凱敏 崔天時 張楨 等 西紅柿采摘機器人視覺系 統(tǒng)的研究 農(nóng)機化研究 趙子葳 果實采摘機器人視覺系統(tǒng)的研究與設計 長春 長春理工大學 徐潺 范艷 張成玉 等 適用于山地手持式電動藍莓 采摘機的研制 農(nóng)機化研究 呂洋 梳齒式藍莓采摘機械手的設計與試驗研究 大慶 黑龍江八一農(nóng)墾大學 葛笑寒 采摘機器人執(zhí)行末端控制系統(tǒng)設計 基于 農(nóng)機化研究 三自由度控制 農(nóng)機化研究 朱惠斌 張文鍇 曹科高 等 云南山地核桃振動采摘 機的設計與試驗研究 農(nóng)機化研究 鮑玉冬 梁釗 趙彥玲 等 藍莓采收機高通過性自行 走裝置設計及性能研究 農(nóng)業(yè)工程學報 彭俊 孫世鵬 傅隆生 機械振動式沙棘采收的動力學 研究 農(nóng)機化研究 王業(yè)成 陳海濤 林青 黑加侖采收裝置參數(shù)的優(yōu)化 農(nóng)業(yè)工程學報 范暉 李志晶 李明明 等 手持式草莓采摘收集一體 化裝置的設計 農(nóng)機化研究 劉魏 振動式藍莓采摘裝置工作參數(shù)的試驗研究 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學 王長勤 偏心式林果振動采收機的設計及試驗研究 南京 南京林業(yè)大學 伍德林 趙恩龍 姜山 等 基于能量傳遞規(guī)律的油茶樹 冠層振動參數(shù)優(yōu)化與試驗 農(nóng)業(yè)機械學報 李志鵬 藍莓采摘機采摘策略及軌跡規(guī)劃研究 哈爾濱 東北林業(yè)大學