猕猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置的设计与研究

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近年来，由于国家政策的提倡，我国贵州、四川、陕西等地开始大力发展猕猴桃产业。截至2016年底，我国猕猴桃产量已到237万吨。为了促进我国由猕猴桃产业大国向产业强国进行转变，加速猕猴桃产业的成熟化进程，猕猴桃智能采摘一体化装备必将得到相关鼓励。猕猴桃在收获初硬度较高，具有后熟特点。其柔软易破损的特殊物理特性，致使对于采摘所获猕猴桃果实的装箱收集与储存，具有较高要求和标准。猕猴桃采摘机器人采后的装箱过程中对猕猴桃果实形成堆压碰伤、触碰擦伤等损毁伤害，会影响猕猴桃果实的品质与风味。本文针对猕猴桃采摘机器人果实采后易损、箱内堆积等问题，为实现猕猴桃采摘机器人的果实采摘装箱并行工作，进行如下几个方面研究：（1）猕猴桃物理特性和跌落损伤规律研究。测量了猕猴桃物理形态参数和力学特性，包括重量、长、宽、厚，其直径参数大致分布[40,75]mm区间内。并得出了各表面硬度以及果实外果肉与内果囊两者在弹性状态下的弹性模量，分别为0.53MPa和15.06Mpa。使用控制变量法，进行了猕猴桃在传送带上的滑动位移试验。研究不同传输带速下，传送带坡度角与猕猴桃相对滑动位移关系。通过正交试验研究果实跌落损伤规律，得出了影响猕猴桃跌落损伤因素的显著性排序为果实跌落高度、跌落时猕猴桃面接触面以及接触材料。（2）猕猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置总体方案的确定。通过对人工搬运装箱作业分析，针对猕猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置的果实低损化、均匀化装箱，提出传送带式搬运装箱方案和旋转分离式搬运装箱方案。选择了旋转分离式搬运装箱方案，对其中的主要组成机构如均匀化旋转分离机构和果箱升降机构进行详细的分析和方案选取，完成了猕猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置的总体方案。即通过传送带实现运输，均匀化旋转分离机构和果箱升降机构配合实现果实的均匀装箱以及箱内跌落距离控制。（3）猕猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置的关键部件和控制系统设计。结合对象物特点，对装置中的关键部件如传送皮带、旋转导向筒和分离圆盘、缓冲轨道进行了结构设计，建立果实模型后利用了Adam view对均匀化旋转分离机构缓冲轨道的设计进行仿真验证。为实现猕猴桃果实的均匀无损搬运装箱，对控制硬件进行选型，包括5个传感器、3个步进电机以及控制用单片机。设计了控制电路原理图和控制流程，使用Keil uVision2软件对C语言程序进行编写和编译，计算得果箱单次的下降所需脉冲为44800个。（4）样机制造及验证试验。通过正交试验得出了该装置工作较优组合为：跌落高度200mm,旋转导向筒转速为0.4rad/s，传送带线速度为0.1m/s，在此条件下工作，果实损伤率为1.75%。连续工作下装箱效率为每小时3913个，同时通过与单波纹管装箱的对比试验可得，试验组中四组果箱内的表层果实在Z轴方向上坐标组内方差为476.187、431.077、389.098、489.078和459.31，对照组组内方差为1682.71，表明试验组的果箱表层果实在竖直方向上分布更加集中，即装箱更加均匀化。

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作者
王周宇;
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作者单位

西北农林科技大学;

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授予单位西北农林科技大学;
学科农业机械化工程
授予学位硕士
导师姓名崔永杰;
年度 2019
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类自动化技术及设备;农业生物学;
关键词
猕猴桃; 采摘机器人; 自动; 搬运; 装箱; 装置;

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