试析番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用

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1、江苏大学硕士学位论文番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用姓名：姜丽萍申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：陈树人20060601江苏大学硕士毕业论文摘要随着信息化时代的到来，现代农业机械将向自动化、智能化、多功能方向发展，这给农业机器人的研究和应用开辟了广阔的空间。果蔬的采摘是农业生产中重要的环节之一，为提高农业劳动的生产效率和采摘的质量，降低劳动强度，改善工作环境，实现采摘作业的机械化、自动化和智能化，本文基于成熟番茄的穿刺试验(即力一变形试验)，研究了多组番茄的力学特性，得到了番茄弹性破裂点的数值以及

2、番茄皮的压缩强度，以此为基础设计了适合温室采摘的机械手末端执行器结构型式。番茄的力学特性是设计采摘机械手末端执行器重要的理论依据之一。本文利用TA．XT2i质地分析仪对成熟番茄进行力学特性的实验，在对十组番茄进行穿刺实验后，得到各组番茄破裂时受到的破裂力以及在破裂处的最大的破坏强度，可以指导末端执行器的设计。本文针对番茄的生长特性以及番茄本身的力学特性，选择了一种两爪采摘机械手的结构型式。通过讨论得出末端执行器可操作度的最大值与杆长的大小无关，而是与手爪相连的那个关节即腕关节弯曲的角度有关。同时通过力的分析，得到机械手在采摘

3、番茄时的驱动力和夹紧力的关系，得到了两个回转手爪的夹持误差小于5mm，最后通过末端执行器各个杆件之间存在的几何关系得到末端执行器各个杆件的长度。另外针对于手腕驱动，设计了机械手手腕的驱动方式，以及步进电机的设计。本文还提出了机械手手臂和手腕的一些设计的要求，设计出一种五个自由度的机械手，并提出了该机械手正运动学和逆运动学模型，以及通过番茄采摘机械手设计时的约束条件和温室内番茄的生长特性，设计了机械手的机构参数，并在ProE中构建了机械手的三维模型，为以后的机械手的控制和仿真提供了基础。关键词：机器人力学特性破裂强度末端执行器

4、机械手番茄江苏大学硕士毕业论文ABSTRACTWiththeadvanceofinformationera,thenextwaveofagriculturalmachinewiIlbetowardautomatization，intelligentizationandexcessivefunction．Thus，theresearchesandapplicationofagriculturalmachinewillseemuchbroadprospects．Fruitandvegetableharvestingisanimp

5、ortantprocessinagriculturalproduction．Toraiseagriculturallaborproductivityandworkingquality,reduceworkingdensity,improveworkingenvironmentandrealizeharvestingmechanization，automatizationandintelligentization，aconfigurationoftomatoharvestingmanipulationusedingreenho

6、usewasdesignedbasedonthematuretomatoes’punctureexperiment(force-distancetest)．Thepunctureexperimentresearchedthemechanicalpropertiesoftomatoes．Thethesisreceivedfailurestressandfailureintensityofeachgrouptomato．Themechanicalpropertiesoftomatoesareimportancedesignoft

7、omatoharvestingmanipulation．ThisthesisdidsomeresearchesontomatoesusingTA—XT2itextureanalyzer：doingpunctureexperimentsoftengrouptomatoes，Thesisreceivedfailurestressandfailureintensityofeachgrouptomato．Allofthesewerethefoundationofend-effector’Sdesign．BasedOntheculti

8、vatingmethodsandmechanicalpropertiesoftomatoes，thethesischoseaharvestingmanipulationwithtwopaws．Thethesisdrawaconclusionthatthemaxoftheend—effect