仿生搂剪式荔枝采摘小车结构设计及仿真优化

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果蔬采摘一直是农业机械研究领域的热点问题,近年来针对各种水果的采摘装置种类繁多,各种创新机构层出不穷。人工采摘方式在采摘过程中可能存在果实损伤的问题,且人工采摘效率很低,对于较高处的荔枝果实的采摘还会存在一定危险性。荔枝的采摘作业难度较大,但经济价值很大,国内荔枝采摘方面投入的研究较少,存在采摘效率低,果实损伤率大,工作条件要求较高等问题。因此,本文在综合国内外现有荔枝采摘机构特点基础上,创新性的设计了一种仿生搂剪式荔枝采摘小车,该装置具有采摘范围大,环境适应性强,果实损伤率低等优点,能够轻松完成复杂工况下的荔枝采摘。本文的主要内容包括:1.充分介绍了国内外果蔬采摘装置的研究现状,包括具有自主行走功能的采摘机器人和人力辅助的机械采摘装置,具体分析了荔枝的生长环境、形态及生物学特性,依据荔枝生物学特性对采摘装置的参数进行拟定。并根据荔枝生物学特性和采摘装置工作原理和参数对采摘装置中升降、伸缩和执行部分进行具体方案拟定,使设计方案符合具体工作环境要求。并利用UG软件对该装置进行三维建模,包括其底盘行走系统、升降机构、伸缩机构、执行机构和果实收集装置分别建模和装配。2.通过对蚂蚁、蝗虫类昆虫的上颚运动过程进行了观察,从而按照昆虫运动功能仿生的原则,仿照蚂蚁的口器对荔枝采摘小车的执行机构进行了方案设计,设计出一种仿生搂剪式执行机构,这种运动机制实现了夹持与切割的一体化,运动过程既是夹持过程,又是切割过程,实现了高效的作业行为。3.利用ADAMS仿真软件对该装置进行动力学仿真分析。通过分析结果得到该装置各个部分的具体运动路径和驱动力大小,从仿真结果求出升降液压缸最大驱动力,最小驱动力,伸缩和切割过程中液压缸驱动力,用于液压元件的选型校核;求解出旋转平台的最大驱动力矩,齿条驱动力矩,为后边的静力学分析和优化设计提供数据依据。4.利用ANSYS Workbench软件对荔枝采摘小车关键部分进行了仿真分析,得到位移应变和应力云图,根据仿真结果完成关键部件的强度和刚度校核,为了更加优化实际的采摘效果,减少应力集中现象,对仿生钩爪进行优化设计。5.对仿生执行机构进行了加工试制,制作出仿生搂剪执行机构的物理样机,并搭建静态应变测试实验平台对该样机进行静态强度试验来验证其可靠性,用试验结果与有限元分析结果进行对比与分析,验证设计理论的正确性和可行性。
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