基于通信数据算法的智能采摘机通信系统设计

以苹果采摘机工作过程中的质量监测和采摘量统计为研究对象,通过传感装置和显示终端对苹果采摘过程进行监测,并利用单片机计数程序对采摘频率、采摘间隔序列及采摘准确数等数据进行统计,经通信系统传输至监测显示终端,通信系统采用应答模式数据通信协议实现了可靠准确的数据传输。试验结果表明:利用通信数据算法建立的苹果采摘机通信系统在进行采摘过程监测时,准确率可达到90%,信息数据传输过程可靠稳定。

智能烟叶采摘机机架结构静动态特性分析及优化

【目的】获得具有良好静动态特性的智能烟叶采摘机机架结构,确保烟叶采摘机械在定位和摘取过程中的精确性和稳定性。【方法】课题组应用CAE技术对机架进行了静力学分析和模态分析,并根据变形量、模态振型、模态频率以及应变能密度等数据结果对机架薄弱环节进行了优化设计。【结果】优化后的机架相比优化前的机架最大变形量由0.30 mm降低到0.13mm,优化百分比达到了56.7%;一阶模态频率从15.55 Hz提高到了33.47 Hz,优化百分比为115.2%;二阶模态频率也有较大提升,从26.05 Hz提高到39.22 Hz,优化百分比为50.6%;其余低阶模态也均有不同程度的提升。【结论】该研究结果有助于保障自动化、智能化控制的烟叶采摘机械的实施效果,并为烟草种植业带来更好的效益和发展。

基于改进实数遗传算法的桑叶采摘机结构参数优化

针对遗传算法在求解桑叶采摘机结构优化问题时容易陷入局部最优和求解精度低等问题,提出一种改进实数遗传算法。首先是给出一种基于序的组合适应度函数的轮盘赌选择算子,该算子在轮盘赌的基础上,通过一个自适应变化的参数在两种适应度函数中选择一个,再去计算适应度值;然后设计一种基于方向的改进启发式交叉算子,该算子既保留两个父代个体中较优个体对子代个体的影响,又增加种群中最优个体对子代个体的影响,提高交叉产生有潜力子代的可能性。接着将改进算法应用于摇杆式桑叶采摘机的优化参数设计中,通过与其他算法作仿真对比试验验证算法的优越性,获得采摘机最优参数组合:行走结构速度为24 mm/s、拨动结构角速度为1.2 rad/s、采摘结构速度为440 mm/s,并由运行结果可知整机性能与优化前相比提高13%。最后用优化得到的参数组合进行实地试验,结果显示桑叶采摘机性能提升10.9%,误差较小为2.1%。可见,所提改进实数遗传算法是优化采摘机参数的一种有效算法。

基于TRIZ的猕猴桃采摘机设计

针对猕猴桃采摘效率低、易损伤果实等问题,应用TRIZ理论指导猕猴桃采摘机的设计。通过需求分析,确定猕猴桃采摘机的作业流程。基于系统功能分析识别旋拧式猕猴桃采摘末端执行器的功能缺陷,应用因果分析、物场分析等TRIZ工具对采摘末端执行器求解创新方案,创新设计出一种自动定位果树—识别果实—剪断果梗—收集果实的猕猴桃采摘机。应用ADAMS对末端执行器采摘动作进行步态仿真、应用MATLAB对采摘机作业空间和采摘轨迹进行动态仿真,结果表明:猕猴桃采摘机采摘轨迹空间范围为X方向行程约1.4 m、Y方向行程约1.8 m和Z方向行程约2.3 m;采摘速度为8 s/个,末端执行器采摘过程作业动作平稳连贯,满足预期设计要求。在产品概念设计阶段应用TRIZ理论,有利于产生高质量、多层级的概念解,提高产品设计效率。

4自由度番茄采摘机软体机械臂运动学分析

综合考虑番茄采摘机软体机械臂在复杂环境中的使用需求,以此来确定番茄采摘机械的4自由度模型。对番茄采摘软体机械臂进行正运动和逆运动分析,同时确定机械臂结构、关节长度、自由度选择等参数,并绘制出三维模型,从而为下一步选择控制系统硬件及软件编程奠定基础。

振动式高酸苹果采摘机的设计与试验

为提高高酸苹果收获过程中的效率和摘净率,在现有结构基础上,依据摘果原理构建并分析了采摘装置-果树振动动力学模型,对振动夹持装置、减震装置、升降伸缩装置等零部件进行设计和分析。同时,以采摘机激振频率、振幅、夹持高度为影响因素,以摘净率为检测目标,进行响应面分析试验,结果表明:夹持高度对摘净率影响极其显著,激振频率和振幅对摘净率的影响比较显著,激振频率12.594Hz、振幅13.871mm、夹持高度471.438mm为振动式高酸苹果采摘机的最优参数。研究结果可为振动式高酸苹果采摘机的开发研究提供参考。

基于TRIZ理论的圆柱波浪型刺梨采摘机设计与试验

为解决目前刺梨机械化采摘过程中损伤大、稳定性差、采摘效率受成熟度影响的问题,设计一种适应于山区作业环境的采摘机构。基于TRIZ理论对已设计出的耙型刺梨采摘机构进行功能组件系统分析,定位有害功能和过度功能,围绕采摘效率、运行稳定性、适应性三个指标,应用TRIZ理论标准解确定发明原理,再通过物场模型寻找问题的解决方案,设计圆柱波浪型采摘结构。应用ADAMS软件进行模拟仿真,验证设计的可行性,通过三个单体组合的背负式刺梨采摘机田间试验,结果表明:刺梨采净率为96.05%;采净率受到刺梨果成熟度影响不大;破损率为0.66%;采摘效率为11.22 kg/min,此设计可有效保证刺梨机械化采摘作业的有效性和可靠性,为新型高效低损采收机研究提供重要参考。

农业采摘机多自由度机械臂设计研究

【目的】保证农业采摘设备能够稳固地抓取不规则农作物,提高农业机械化收获效率和质量,促使农业生产向信息化、智能化、高效化的方向不断发展。【方法】设计了一种先进、新型的农业采摘机多自由度机械臂。从机械臂的运行原理入手,分别设计了加固板、加强板、限位板、滑动装置、稳定槽、挡板等组成部分,完成了对机械臂结构的科学化设计,最后仿真验证了机械臂的抓取精度。【结果】该机械臂与移动平台所对应的抓取误差被控制在0.01 mm以下,该机械臂可以实现对目标物体的精确采摘。【结论】该机械臂具有定位精确度高、抓取自由灵活等特点,能够满足农业采摘机对水果、蔬菜等农作物的抓取需求,应用前景广阔。希望本研究能为农业生产人员和农机科研人员提供有益的借鉴和参考。

基于PLC的新型桑叶采摘机自动控制系统

传统桑叶采摘主要依靠人工手动方式进行,自动化程度低,劳动成本高,劳动效率低下。为解决这一问题,根据新型桑叶采摘机桑枝定位、桑叶采摘、桑叶输送和桑叶收集4个工作过程,设计自动化采摘装置和基于三菱FX3U系列PLC控制器的自动控制系统,并绘制了功能流程图、硬件接线图和步进梯形图。使用GX-Works2和GX-Simulator2软件对控制系统进行编程和仿真测试。结果表明,所设计新型桑叶采摘机自动控制系统能够安全稳定控制采摘装置运行,系统功能完整,操作便利,可以搭载在农用拖拉机或具有自动导航功能的机器人底盘上实现自动化采摘或智能化采摘,具有重要意义。

自走式枸杞采摘机机架有限元分析

为研制具有足够强度和刚度的机架,以满足采摘机的作业需求,采用仿真软件Ansys Workbench对枸杞采摘机的机架进行准静态结构分析和模态分析,确定采摘机的最佳振动频率,避免采摘机发生共振现象。结果显示,在一阶模态下采摘机的固有频率最低,其最低固有频率为36.582 Hz,采摘机的振动频率区间为10.094~14.498 Hz,低于机架最低固有频率,采摘机作业时不会发生共振现象。可为自走式枸杞采摘机结构优化提供参考。

自走式桑葚采摘机行驶液压系统的设计与仿真

针对海南桑葚的种植模式,设计一种自走式桑葚采摘机的结构以及行驶液压系统。简要介绍该机的主要参数、结构和工作原理,完成行驶液压系统的马达以及泵的选型。利用AMESim软件对行走液压系统进行建模与仿真,模拟正常行驶工况与右前轮打滑工况,仿真表明:采摘机的液压系统符合设计要求,为其他采摘机行驶液压系统设计提供了参考。

基于双目视觉定位的智能葡萄采摘机设计

针对传统人工采摘葡萄效率低、人力成本高的问题,本文设计了一款基于双目视觉定位的智能葡萄采摘机。分析人工采摘葡萄过程中的托住葡萄、剪裁葡萄柄和收集葡萄一系列动作,设计了基于可沿环形运输臂运动的袋装装置和夹持装置的葡萄托住机构、末端执行器带剪子的六自由度机械臂葡萄剪裁机构和采用滚珠丝杠原理实现葡萄分装的葡萄收集机构。利用Solidworks建立了基于双面视觉定位的智能葡萄采摘机三维模型,系统仿真了采摘机的葡萄采摘、封装、运输功能,输出目标葡萄串的运动轨迹,可实现采摘、封装和运输为一体的自动化操作;驱动机构采用市面上成熟产品具备较大安全设计余量,基于ANSYS Workbench软件对主要受力部件进行了分析校核,对结构方案设计及材料选型进行了验证分析。结果表明,该设计方案可满足使用需求,具有较强的工程实施价值,可为其他类似自动化产品设计提供参考。

金银花采摘机研究现状及发展趋势

近年来我国金银花种植呈上升趋势,但金银花的收获仍以人工采摘为主,采摘成本高、劳动强度大、效率低的问题成为制约金银花产业发展的瓶颈。介绍了当前国内现有金银花采摘机应用现状,分析金银花机械化采摘的发展现状和存在的问题,提出推动农艺农机融合的金银花种植新模式、加强关键核心技术研发、加快采摘机具智能化的对策和建议,以期为金银花采摘机的研制提供参考。

一种可智能升降电动万寿菊采摘机的设计与试验

万寿菊是重要的药食同源中药材,需求广泛,年种植量巨大。然而,由于收获要求高、花朵垂直分布范围大,其采摘目前依然只能手工完成,劳动强度大、效费比低,已严重制约了其产业的发展。为此,设计了一种全新的万寿菊采摘机,其主要由高通过性机架、电动驱动轮、智能升降采摘系统、激光雷达、储花袋和控制系统组成,锂电池组为全机提供动力。其一,该机梳齿式采摘台根据万寿菊生理参数和结构特点设计,以拔摘式方式摘除,其特点是进花率高、且对未达采摘要求的花苞误摘率低。其二,控制系统可据激光雷达数据求得万寿菊平均高度,并据此自主决定摘台位置,从而提高花朵采摘率,降低劳动强度,达到应收尽收。田间试验表明:该采摘机运行流畅,万寿菊平均高度的测量误差在1 cm之内。当梳齿间距为12 mm、梳齿长度为250 mm、前进速度为0.3 m/s时,采摘效果最佳,采摘率不低于91.55%,误摘率不超过8.82%。该成果是智能检测及控制系统在中药材收获领域的一次有益尝试,为精准农业理念更深入的推广应用提供了新借鉴。

旋转剪刀式荔枝采摘机采摘机理分析与结构设计

为减少荔枝采摘的劳动强度,结合荔枝果实分布特点及保鲜特性,对荔枝采摘机理进行了分析,并设计一种旋转剪刀式荔枝采摘机。在总体设计的基础上,对剪切部件中切割刀片的结构进行了优化。分析采摘过程中切割刀片的受力情况,结果显示安装座传递至切割刀片的转矩为238.75 N·m,枝条对切割刀片的最大反向作用力为3851 N,切割刀片在剪切过程中受到的最大切应力为23.02 Mpa,由此得出切割刀片的安全系数为8.99。分析结果验证了切割刀片结构设计的可靠性和采摘机理的可行性,为其结构的进一步优化及采摘机理的研究提供了依据。

便携式蓝莓采摘机传动结构的优化改进

针对便携式蓝莓采摘机传动部件寿命短、软轴装卸困难及耗时等问题,对其结构进行优化改进,研制软轴快速插拔装置,实现软轴的徒手快速装卸,采用方孔与方头配合的方式实现传动件的连接。对优化改进前后的便携式蓝莓采摘机进行了对比试验,试验结果表明:优化改进后的蓝莓采摘机软轴装卸用时大大降低,传动部件寿命显著增加,具有更好的推广和实用价值。

烟草采摘机移动控制系统设计

为了适应烟叶采收的需要,设计了一种高效可靠的烟叶采收机运动控制系统。系统利用先进的传感器技术、自动控制算法、人机对话接口,实现了对烟叶的准确定位、采摘机自主导航及智能采收。为验证系统的作业性能,对系统进行了仿真分析。结果表明,系统具有较好的作业效能。现场试验表明,采用本系统可有效地降低人工劳动强度,有效地提高烟叶采收的效率与品质。

振动式蓝莓采摘机对果实收获的影响试验

以‘蓝丰’蓝莓为研究对象,建立了蓝莓果实振动模型和果树振动系统模型。以蓝莓与母枝的结合力作为采摘力对模型求解,确定果实适宜收获的振动频率约为24 rad/s时,可提高采摘效率,降低青果脱落率。利用该振动频率,使用东北林业大学自主研发的GYL062型牵引振动式蓝莓采摘机在蓝莓集中成熟的季节进行采摘试验,得到适宜振动频率下机械采摘的工作效率为7.17 kg/min,是人工采摘效率的10倍,青果脱落率约为5.6%,果实损伤率约为8.0%,树枝总体损伤率约为30%。

高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验

为提高我国蓝莓果实采摘效率,设计了一种高丛蓝莓采摘机。分析了采摘机设计要求与工作原理,估算了蓝莓树枝采摘频率和采摘惯性力。按照确定的设计要求,采用给定行程速比法设计了铰链四杆机构,运用图解法设计了双摇杆机构,并加工制造了采摘系统。为评价采摘系统果实采摘质量和机采与人采效率比,进行了蓝莓采摘试验。试验结果表明,机器采摘效率为829 g/min,是人工采摘效率的12.67倍;采摘果实破损率为8.3%,采净率为96.9%,未成熟果实脱落率为9.7%,该采摘机采摘蓝莓果实的质量和效率较高。

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题,设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理,完成了关键部件的结构设计,计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力,对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析,建立力学方程并求解。结果表明,夹持油茶枝时最大压力为2826 N,振动对树枝产生的径向力约为57.5 N、法向力约为78.2 N,夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性,对横梁架进行了静力学分析,经计算其弯曲变形为0.0005 mm,远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验,结果表明,最佳作业参数组合为:采摘装置的采摘时间10 s、电机输出频率35 Hz、采摘头的振幅5 cm及采摘爪的夹持位置(夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离)10~20 cm,此时油茶果采净率为95.2%,花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验,对枝条的损伤基本符合采摘要求。