基于深度视觉的核桃树干振动机构设计与仿真

摘要

针对传统核桃收获机振动机构激振力固定、难以适应不同径级果树导致的采收效率低和树体损伤风险高的问题，设计一款激振力可控的振动机构。该机构采用双电机独立驱动2组扇形偏心块组合，生成3挡可调的理论激振力，通过深度相机实时检测树干直径实现激振力与树干径级的动态匹配；在SolidWorks建立振动机构的三维模型，通过参数化计算设计偏心块，并利用有限元分析和机械系统动力学自动分析软件（automatic dynamic analysis of mechanical systems,ADAMS）验证机构性能；树干直径通过深度相机点云数据结合基于随机采样一致性（random sample consensus,RANSAC）的最小二乘圆柱拟合算法识别。结果表明，ADAMS软件仿真得到3档实际激振力为12.40、18.82、31.22 kN，与理论值相对误差不高于0.80%;ANSYS(analysis system)软件对偏心块进行分析，模态频率范围为755.36～3 983.60 Hz，有效避开了工作频率16 Hz；树干直径识别算法经田间验证相对误差切尾均值为1.63%；田间模拟系统实现了“径级-激振力-振幅”闭环控制。该振动机构能够精确产生3档目标激振力，结构可靠，并可通过树干直径输入实现激振力自适应调节，为林果采收装备智能化升级提供了新思路。

关键词

智能化采收 / 核桃收获机 / 振动机构 / 机器视觉 / 自适应控制 / 偏心块 / 激振力 / 动力学仿真