番茄非线性粘弹性建模与快速夹持-硕士论

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1、分类号密级公开UDC编号硕士学位论文番茄非线性粘弹性建模与快速夹持碰撞仿真研究白欣欣指导教师李萍萍教授江苏大学生物机电工程研究院申请学位级别硕士专业名称农业电气化与自动化论文提交日期2012年5月论文答辩日期2012年6月8日学位授予单位和日期答辩委员会主席_______________评阅人______________2012年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

2、对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布

3、（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日番茄非线性粘弹性建模与快速夹持碰撞仿真研究NonlinearViscoelasticModelingandSimulationofDynamicCollisioninRapidGrippingProcessofTomatoFruit专业名称农业电气化与自动化指导教师李萍萍教授姓名白欣欣2012年6月江苏大学硕士学位论文摘要番茄采摘机器人在作业时，首先要对番茄进行可靠夹持，而夹持过程中机械手指接触番茄的瞬间将产生碰撞，很容易造成番茄的冲击及损伤。因此研究采摘机器人的夹持策

4、略，首先要研究夹持碰撞过程及其影响因素。本文从番茄的粘弹塑性出发，采用虚拟样机结合试验的方法，对番茄采摘机器人的夹持过程进行了深入的研究，并对不同条件下的碰撞力进行了分析与验证。主要研究工作如下：（1）研究了番茄粘弹塑性有关的流变力学特性。测定了红熟中期、红熟前期、变色期、绿熟期四个不同成熟期番茄整果的蠕变特性、应力松弛特性以及加卸载特性，建立了四要素Burgers蠕变模型以及五要素的广义Maxwell应力松弛模型。结果表明，随着成熟度的提高，蠕变特性的瞬时弹性系数E1、延迟弹性系数E2、粘性系数η1、η2都显著减小；绿熟期的应力松弛特征参数E0、E1、E2、粘性系数η1、

5、η2以及松弛时间1、1显著高于另三个成熟期。（2）建立了番茄的非线性粘弹性有限元模型。深入探讨了ANSYS有限元表征材料的非线性粘弹性属性方法，建立了番茄的非线性粘弹性有限元模型；生成可用于ANSYS与ADAMS数据交换的模态中性文件，计算得到红熟前期番茄的前20阶模态值，最小模态值为0.14Hz，前六阶模态值均低于100Hz，7—20阶模态值处于525—905Hz之间。（3）建立机器人末端执行器的三维实体模型并进行运动学的仿真分析。运用PRO/E建立末端执行器各零部件的实体模型并进行虚拟装配，导入运动学仿真软件ADAMS中运行两种不同驱动函数及驱动顺序下的运动学仿真分

6、析，结果表明，手指速度曲线变化基本一致，虚拟样机模型正确，各电机运行协调。（4）建立夹持过程的虚拟样机系统。通过数据交换文件建立了番茄柔性体的夹持系统，对手指运动速度在1mm/s—6mm/s下的夹持过程进行了仿真，计算了各夹持条件下的手指碰撞力、峰值力以及夹持过程中番茄的应变能。结果表明，夹持过程的碰撞力、峰值力以及应变能均随手指运动速度的提高而增大。（5）对末端执行器的夹持碰撞过程的仿真结果进行试验验证。测试了在不同运动控制下，番茄夹持过程中的接触力，以及开度为90mm时，完成夹持的时间。结果表明，碰撞力的虚拟样机仿真结果与试验结果基本一致。这表明，借助于虚拟样机仿真来测

7、定夹持过程的碰撞及番茄的受力是可行的。这一结果对于进一步I番茄采摘机器人夹持碰撞的虚拟样机与试验研究研究番茄的快速夹持策略具有重要的参考价值。综上，本文主要从不同成熟期番茄的粘弹塑性研究出发，利用ANSYS结合ADAMS联合仿真建立了基于番茄非线性粘弹性的末端执行器夹持碰撞仿真系统，并对仿真结果进行了试验验证，为借助虚拟样机研究夹持碰撞提供了重要参考。关键词：采摘机器人，番茄，夹持碰撞，非线性粘弹性，有限元分析，仿真II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTWhiletomatoharvestingrobotiswo