【摘 要】
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在圣女果的生产过程中,圣女果的采收是劳动力占比最多的一个环节,约占整体生产工作总量的40%以上。目前,圣女果采摘仍以人工为主,存在劳动强度大、效率低等问题。因此,开发圣女果采摘机器人,实现圣女果果实自动化采收,对降低人工劳动强度、减少采摘成本和提高采摘作业生产效率具有非常实际的意义。采摘机器人的末端执行器与果蔬直接接触,是成功采摘果蔬的关键所在,也是农业采摘机器人研究的核心技术之一。因此开展对圣女
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在圣女果的生产过程中,圣女果的采收是劳动力占比最多的一个环节,约占整体生产工作总量的40%以上。目前,圣女果采摘仍以人工为主,存在劳动强度大、效率低等问题。因此,开发圣女果采摘机器人,实现圣女果果实自动化采收,对降低人工劳动强度、减少采摘成本和提高采摘作业生产效率具有非常实际的意义。采摘机器人的末端执行器与果蔬直接接触,是成功采摘果蔬的关键所在,也是农业采摘机器人研究的核心技术之一。因此开展对圣女果末端执行器的研究,对提高采摘机器人实现圣女果的自动化采收有着重要意义。本文根据圣女果果簇的生物学特性和几何分布,建立了采摘圣女果果梗剪切模型,开展了该模型下的各参数对剪切效果的研究,提出了先夹持再剪切的采摘方案。为提升采摘效果,设计了一种自补偿结构,实现了末端执行器夹持剪切一体化动作,提高了采摘效率。并在室内搭建实验平台,对末端执行器进行实验验证,基本实现了采摘机器人室内环境下对圣女果果簇的串采摘。本文具体研究内容如下:（1）根据圣女果的生物学特征,建立了圣女果果梗剪切模型,分析了影响剪切圣女果果梗效果参数,如果实重量、果梗直径、果梗偏角和倾角等。并做了不同果梗直径下的果梗分离实验,实验结果表明随着果梗直径的增加剪切阻抗力也随之增加。从而为后面的夹持剪切机构的设计提供理论依据。（2）根据圣女果果梗的分离特性,采用先夹持再剪切的基本思路,确定了采摘圣女果的基本方案。本文针对夹持和剪切机构分别进行研究和设计:首先基于平面四连杆的原理设计了夹持机构,确定了末端执行器的初步模型。基于该模型设计了自补偿夹持机构,分析了其受力状态及过程,确定了弹簧的选型,并基于夹持封闭性原则重新设计了夹持接触部件。其次研究分析了简支梁式和悬臂梁式剪切模型对剪切效果的影响,确定选用悬臂梁式剪切方式,在完成末端执行机构的机械本体的基础上选择电机作为动力源,在基于虚功原理的基础上计算选型电机的功率大小。（3）将设计的末端执行器在Solidworks进行三维建模,对夹持连杆机构进行运动学求解,将简化后的模型导入Adams软件进行运动学仿真,分析整体传动过程中有无运动粘滞、瞬态冲击和运动过程是否达到设计目标。为了得到剪切过程整体机构的受力状态,对剪切机构进行了瞬态分析,仿真结果可知剪切果梗轴向的力反应和果梗分离力大小较为接近,其次对受力较大的刀片和v型连杆等关键部件做了优化设计,并用强度公式进行强度校核。（4）将设计好的末端执行器加工组装,并将样机和移动底盘、机械臂、视觉相机组装成圣女果采摘机器人的实验平台,对样机进行室内环境下的采摘实验
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