基于高速摄像技术落果运动规律的研究

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1、2015年9月农机化研究第9期基于高速摄像技术落果运动规律的研究吕梦璐，王春耀，罗建清，蔡菲，张敏敏(新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐830047)摘要:研究枝干和杏果实在落果过程中的瞬时速度及位移变化规律，为振动机械化采收提供必要的理论依据。通过机械振动装置对杏树进行振动采收试验，借助高速摄像仪对振动采收过程进行跟踪拍摄记录，利用Phantom软件对图像进行分析、计算。由分析可知:在受迫振动中同枝干、不同位置的杏果实瞬时速度的变化规律有6个阶段，所在枝干的瞬时速度峰值出现时刻都较杏果实瞬时速度峰值出现的早;杏果实瞬

2、时速度的变化周期与所在枝干瞬时速度的周期变化相近，约为70～80ms，完全分离前的6～10ms，杏果实与所在枝干的相对瞬时速度达到最大。结果证明:振动采收时使用高速摄像装置进行速度分析，可以较好地得到落果的运动规律，直观地了解整个落果过程并且量化杏果实的力学性能参数。关键词:高速摄像仪;Phantom软件;瞬时速度;位移;振动采收;杏果中图分类号:S225．93;S123文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0190－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.043

3、的形态有很大的关联。然而，目前却很少有人量化受0引言迫振动下树枝的力学性能参数。杏子是具有很高经济价值的水果作物，对新疆的1材料与方法农业经济有较大贡献;但杏子收获时间比较短，且果实在树枝上很分散，仅仅靠人工采摘是根本无法满足1．1试验仪器要求的。目前市场上，陆续出现了一些与杏子机械式高速摄像仪及自带的Phantom软件，静态应变仪系采收相关的机械，但这些机械在采收的过程中对杏树统(DH－3820)，激振器，砝码，卷尺，以及记号笔等。和杏子的损伤都比较大，并不能满足果农要求，且对高速摄像仪由美国VisionＲese

4、arch公司生产，型果农经济收入影响非常大，因此迫切希望出现一种能号为V9．1，其分辨率最大为1600×1200，最大分辨满足采收要求的机械。率下的帧频达1000帧，低分辨率下的帧频达160000国外在这方面的研究非常早，研究也比较多，相帧。［1－3］对来说技术也比较成熟。ZoltanLang通过一系列Phantom控制软件用于采集图形和数据的后续处的论文来研究树木模型的简化，得到的力学模型逐步理分析。接近实际，为采收式机械的优化提供了非常好的模型DH－3820是全智能的高速巡回数据采集系统，［4］基础。Fábio

5、LúcioSantos等通过不同品种的咖啡树通过计算机完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据振动试验研究找出了最优的采收频率，发现果实在采存储、数据处理和分析，以及生成和打印实验报告。收的过程中与机械的频率和振幅有很大的关系。国激振器的转速为8000r/min，功率为2100W，激内近些年才开始对其进行研究，且研究还不是很多。振器型号为06s530－B。［5］蔡菲等通过高速摄像对果实采收过程的研究发现:1．2试验条件果实脱落的瞬间是速度差最大时，且使其脱落的力主试验地点:新疆英吉沙县杏果基地;［6］要是由弯扭产生的

6、。杜小强等主要研究了树木形杏果品种:赛买提杏;态学对能量传递的影响，发现能量的传递与树木杏树:树龄大小为8～12年，株距行距为4m×5m，杏树果枝以细长枝条为主;收稿日期:2014－09－25基金项目:国家自然科学基金项目(51465054)振动方式:侧枝振动;作者简介:吕梦璐(1990－)，女，沈阳人，硕士研究生，(E－mail)lv-激振器型号:06s530－B，功率2100W;menglu@126．com。高速摄像仪型号:VisionＲesearch公司生产的V通讯作者:王春耀(1956－)，男，四川万源人，

7、教授，硕士生导师，(E－mail)wangchun_yao@126．com。9．1，本次试验过程中帧频达1000Hz;·190·2015年9月农机化研究第9期拍摄位置:拍摄过程中拍摄角度与主振动面垂采收提供必要的理论依据。直，拍摄距离为5～8m，拍摄高度为1．8m。2结果与分析1．3试验过程在试验过程中，首先选择成熟度较合适、生物形2．1同枝干杏果实振动脱落过程瞬时速度变化态较规则、侧枝在振动过程中无障碍、杏果果柄与侧图1为杏果实3、7号与所在枝干分离图，枝干直枝的连接方式相近的杏树侧枝为试验对象，剪掉周围径为5m

8、m。杏果实3距侧枝与主枝分节点距离为的果叶，以免在振动过程中使拍摄、捕捉成为盲区。0．167m，杏果实7距侧枝与主枝分节点距离为0．198其次，对杏果实进行编号，同时标记捕捉点，以便在m，果柄与果枝的连接方式类似。由图1可知，杏果实Phantom控制软件中进行后续跟踪、分析处理。在侧3、7号在整个振动过程中瞬时速度的变化规律相似，枝上安置激振器，当枝干受到激