包络式金丝皇菊采摘机械手设计与试验优化

摘要

[目的]针对传统菊花采收机械作业后菊花留茎长、花丝损伤大等问题，研究设计包络式金丝皇菊采摘机械手。[方法]以金丝皇菊的农艺条件和采摘要求为依据，确定采摘机器人跨垄式的整机架构和主要作业部件结构。对采摘机械臂结构进行选型并优化。通过对金丝皇菊物料特性测定，设计包络式采摘机械手。并通过对金丝皇菊轮廓进行数学建模和曲线拟合，确定包络部件结构。进一步建立刀具-茎秆切割的力学模型，对茎秆切割机构进行花茎分离作业过程的动力学分析，确定舵机输出转速、割刀刃口倾斜角和刃面切割角为影响作业效果的关键因素，并得出各因素值范围。制定三因素五水平旋转组合优化试验方案，运用Design-Expert对试验结果进行方差分析和响应面分析，并进行多目标优化。[结果]包络式采摘机械手作业的最优工作参数为舵机输出转速16.98 r·min^-1、割刀刃口倾斜角25.9°、刃面切割角21.1°。通过金丝皇菊采摘试验验证得出在最优工作参数下，采摘成功率为91.37%,花丝损伤率为7.93%,留茎合格率为91.04%。[结论]设计并研制了跨垄式金丝皇菊采摘机器人，为金丝皇菊机械化采收提供技术参考。

关键词

金丝皇菊 / 机械手 / 包络式采摘 / 花茎分离 / 响应面