基于機(jī)器人采摘的柑橘力學(xué)特性分析及柑橘貯藏期品質(zhì)變化研究.pdf

1、隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外對柑橘采摘機(jī)器人都進(jìn)行了研究，但由于柑橘特殊的結(jié)構(gòu)組織，在機(jī)器采摘過程中容易受到機(jī)器手的損傷。因此，研究柑橘的基本力學(xué)特性，可以為采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)以及柑橘的運(yùn)輸、貯藏和加工提供理論依據(jù)。 通過壓縮試驗(yàn)和穿刺試驗(yàn)研究柑橘在不同方向(軸向和徑向)和不同部位(橫截面和縱截面)上的力學(xué)差異性。試驗(yàn)結(jié)果表明：柑橘在不同方向上壓縮抗力差異性不顯著，約為105N，壓縮抗力

2、與柑橘果徑、重量和破裂處果皮厚度相關(guān)性系數(shù)較小；柑橘單果在橫截面上力學(xué)差異性較小，在縱截面上力學(xué)差異性顯著，其中底部的抗破壞能力最差，因此，在柑橘采摘過程中應(yīng)盡量避免機(jī)器手抓與底部接觸；柑橘果實(shí)間力學(xué)差異性顯著。 統(tǒng)計(jì)分析了柑橘整果的壓縮抗力和在測試探頭為P2，測試速率為1mm/s條件下的穿刺硬度分布以及測試條件對柑橘力學(xué)特性的影響。由于柑橘果實(shí)間差異性較大，試驗(yàn)所選取的樣本的尺寸范圍較廣。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)柑橘整果受到的壓力小于

3、70N時(shí)，柑橘破裂率為0％，壓力在80N～120N時(shí)，柑橘破裂率為90％；當(dāng)柑橘受到的穿刺力小于3N時(shí)，柑橘穿破率為0％，大部分試驗(yàn)樣品的穿刺硬度在4N～8N；測試速率(2mm/s，4mm/s，6mm/s，8mm/s，10mm/s)對柑橘的壓縮抗力、穿刺硬度、破裂位移以及穿刺位移影響不顯著；測試探頭對柑橘穿刺試驗(yàn)結(jié)果影響顯著，穿刺硬度和穿刺位移隨探頭直徑增大而增大。 通過穿刺試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)研究柑橘各個(gè)部位果皮的力學(xué)特性以及果肉的

4、穿刺硬度，得出柑橘果皮的上部、中部和下部穿刺硬度差異性不顯著，在5N～6N；不同方向上(橫向和縱向)果皮的剪切應(yīng)力差異性不明顯；外部果皮的剪切應(yīng)力大于內(nèi)部，外部果皮上、中、下部的平均剪切應(yīng)力為2794Pa、2778Pa和2431Pa，內(nèi)部為2073Pa、1981Pa和1607Pa；柑橘果肉的穿刺硬度較小，約為1N；在柑橘與果梗拉伸試驗(yàn)中，柑橘果皮極易破壞，為防止果實(shí)破壞，拉力不宜超過17.5N。 通過壓縮試驗(yàn)和穿刺試驗(yàn)研究不同成

5、熟度和不同品種(產(chǎn)地)柑橘的力學(xué)特性變化趨勢，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著柑橘成熟度的增加，壓縮抗力和穿刺硬度均呈下降趨勢，前期下降趨勢較快，后期緩慢；浙江、上海、鎮(zhèn)江三地柑橘的力學(xué)特性差異性不明顯，在機(jī)器設(shè)計(jì)中可參考鎮(zhèn)江柑橘的力學(xué)特性，橙子的壓縮抗力和穿刺硬度最大，蜜橘最小。 在常溫、自然狀態(tài)和冷藏三種貯藏條件下研究柑橘貯藏期品質(zhì)變化，試驗(yàn)結(jié)果表明：失重率隨著貯藏時(shí)間的增加而增大；Vc含量成下降趨勢；可溶性固形物含量先升后降；力學(xué)特性變