细长果蔬采摘软体气动抓手设计与参数优化

为实现细长果蔬的无损采摘,设计一种充气呈螺旋运动的软体气动抓手。对该抓手进行有限元静力学仿真分析,采用3因素3水平的中心组合设计与响应面分析方法,研究各因素对软体气动抓手螺旋特性的交互影响。以软体气动抓手的螺旋直径和螺距为响应值,分别建立二次回归模型,得到模型的决定系数分别为0.9987和0.9351,各因素对螺旋直径和螺距的影响显著性顺序从大到小均为:壁厚、内腔室高度、腔室角;以软体气动抓手的仿真直径35 mm、仿真螺距[50 mm,150 mm]为目标函数对各试验因素进行优化,最优设计结果为壁厚2.51 mm、腔室角30.52°、内腔室高度11.91 mm。制作软体气动抓手并进行仿真试验对比,结果表明,螺旋直径与螺距的误差均小于5%。对该抓手在不同气压下的抓取力进行试验,结果显示,软体气动抓手在气压0.13 MPa下至少具有3.37 N的抓取力;通过抓取不同尺寸、不同柔软度细长果蔬的试验证明了软体气动抓手抓取的有效性;以水果黄瓜为采摘对象,在3.6 s内实现了黄瓜的抓取与断梗。

手持式名优茶嫩梢采摘机械手设计与试验优化

针对名优茶机械化采摘难的问题,根据茶叶采摘农艺要求和手工采摘动作的分析,设计了一种手持式名优茶嫩梢采摘机械手,模拟人手指夹住茶叶并通过提拉进行采摘。通过采摘机械手的运动分析,得到了影响采摘效率的因素磁钢距离、主动手指角速度和主动手指转角的参数变动范围。采用Box-Behnken响应面分析方法,研究影响因素对采摘成功率的交互影响,以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为:主动手指角速度、磁钢距离、主动手指转角;运用Design-Expert 11.0软件的优化模块,以采摘成功率为优化目标对各因素进行优化,得到优化参数为:磁钢距离40.04 mm、主动手指转角153.0°、主动手指角速度3.38 rad/s。以优化后的参数进行采摘试验,结果表明采摘成功率为74.3%,3次采摘平均速度为25.2个/min,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。