本课题的目的是设计和开发一种创新、实用和节能的方法,在成格状的农场上收获猕猴桃。成格状农场种植日益增长的环境提供了利用树木结构来设计机器的机会。成格状的猕猴桃农场使水果在中间部分生长,为移动设备提供足够的空间进行操纵。待收获的海沃德品种猕猴桃之间也有足够的间距,使得适当设计的设备可以独立地接触到水果。本文在理论和图形上概述了这一优势,并提出了一种设计。在研究过程中设计出最有利的设计方案之前,首先对这些设计思路进行了探索,建立了与研究有关的数学关系,构建和分析了各种零件原型。该研究提出了半自动收割机的完整设计,但是本文讨论的是整个装备中两个主要部分:采摘部分和包装部分。在制定该机构时,得出以下重要结果。1.最终设计确定之前,提出了各种设计。一些设计由于太复杂,整个装置太重了,需要太多的动力配合或不切实际而被拒绝。首先猕猴桃的物理特性进行了研究,在以前的研究中概述了设计的一些重要参数,但在本研究中测量了其他必要的参数,如茎长和茎直径。最终开发了提供足够切割扭矩的轻型机电端部执行器。该设计采用了一种利用线性电磁致动剪刀切割水果茎秆的新颖方法,压力传感器触发该运动,当压力传感器实际上“感觉到”水果在正确的位置时。确保设计可以彻底切断猕猴桃的茎;需要建立数学关系以确定切割刀片的最小长度,放置驱动电磁阀的位置和切割位置。该设备是整体装配设计的一部分。使用线性驱动电磁阀驱动的用于采摘水果的刀具概念似乎是非常可行的,因为它使用明显较少的功率,从而允许设备由电池供电,从而增加机器的移动性。需要大约1.35Nm的切割扭矩来切断上收海沃德品种猕猴桃的茎;如果直拉下来,猕猴桃的脱离力平均为13.5N,标准偏差为2.5N。该研究概述了从藤蔓切割果实的合适的激活压力。这个激活压力应该小于10N,否则在机器有机会切断茎之前,果实可能会从树上脱落。该设备的设计是使用PTC Creo完成的,并且在软件平台内进行了切割运动的模拟。切割部分3D模型打印出来了,并从中构建原型。可以进行的深入研究包括调查动量在果实切割中的作用以及叶片形状的影响。2.因为猕猴桃表面成角度,用与之表面成十度的动量使其滚动。该角度似乎足以引起运动;然而,这种运动高度依赖于猕猴桃与表面之间的摩擦系数。仿真中使用的摩擦系数为0.42(水果和铝表面之间的静摩擦),其速度大于0.25m/s,适合于开发每秒可以放置一个猕猴桃的机器。然而,如果从枝干中快速连续地切割出一些猕猴桃,就会出现一个问题,因为它们会聚集在一起。构建的原型也显示了选择打开猕猴桃落入的孔的方法的问题。3.MATLAB,VREP API集成:虽然这项研究并不侧重于软件界面,但虚拟机器人实验平台(VREP)之间的MATLAB集成提供了从视觉传感器和接近传感器中观察模拟传感器输出信息的能力,并能够演示数据操纵可能。VREP提供了创建场景模拟水果排列方式、视觉传感器范围和接近传感器范围的能力。该软件提供了一个改进传感器融合的机会,然后可以在MATLAB中开发。总的来说,这样可以更清楚地了解机器在实践中的运行情况。本研究不研究传感器信息的分析,而是说明传感器如何集成在机器框架内。4.电源和控制:原型中使用的电源是两节,二节锂离子电池;一个用于基部部分,一个用于每个末端执行器。该电源足以在需要充电之前挑选至少3000个水果;这是根据原型中各部分的功耗计算的。从开发的原型开始,使用ARDUINO平台实现并成功测试了控制茎干切割和引导猕猴桃放置的实际算法。该算法处理切割过程,并提供一些来自叶和枝藤的干扰抑制。这是因为要启动的电池阀需要来自两个单独的力传感器的两个输入,这两个力传感器被调谐以接受目标压力作为激活压力输入。传感器的物理位置也可以防止叶子或枝藤错误地触发电池阀。可以对算法进行精细化,实现更平稳的运算,但总体而言,本研究开发的控制系统是可行的。