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內容簡介

　　在我國農業快速步入全麵機械化的背景下，果蔬生産作業的機械化仍存在大量空白，而鮮食果蔬的采收更占用高達40％的勞動力，采摘機器人技術研究具有重要的科學價值和現實意義。本書闡述全球采摘機器人研究的進展與進程，並針對睏擾機器人采摘作業中果實損傷與作業效率的關鍵矛盾，提齣機器人快速采摘中的夾持碰撞與快速無損收獲問題，進而通過力學特性與互作規律、建模仿真、設計方法、樣機開發、控製優化的有機結閤，係統開展番茄果實宏微本構特徵、無損采摘機器人係統開發、黏彈對象的夾持碰撞規律、快速柔順夾持建模仿真、真空吸持拉動的植株-果實響應、植物體激光切割、快速無損采摘控製優化等研究，有力地推動機器人采摘技術的進步。

目錄

叢書序
序
前言

第1章 采摘機器人技術發展的曆史與現狀
1.1 鮮食果蔬産業與收獲問題
1.2 全球采摘機器人裝備開發的曆程與現狀
1.2.1 番茄采摘機器人
1.2.2 林果采摘機器人
1.2.3 蔬果采摘機器人
1.2.4 其他果實采摘機器人
1.2.5 通用型及其他采摘機器人
1.3 綜述與展望
1.3.1 采摘機器人技術的持續進步
1.3.2 采摘機器人技術發展的關鍵條件
1.3.3 采摘機器人技術發展的重點領域
1.3.4 采摘機器人技術發展的突破口

第2章 機器人采摘中的對象損傷與無損采摘作業問題
2.1 機器人采摘中的果實緻損原因
2.2 機器人采摘中的被動柔順結構
2.2.1 指麵彈性材料
2.2.2 欠驅動末端執行器
2.2.3 手指的彈性介質
2.3 機器人采摘中的主動柔順控製
2.4 快速無損采摘問題的提齣
2.4.1 快速無損采摘的問題特殊性與研究意義
2.4.2 機器人一果蔬快速夾持碰撞問題的特殊性
2.4.3 快速無損采摘的研究體係

第3章 番茄的果一梗物理與力學特性
3.1 概述
3.1.1 研究意義
3.1.2 內容與創新
3.2 麵嚮機器人收獲的果實一果梗物理／力學特性指標體係
3.3 番茄果、梗的物理特性
3.3.1 番茄的果、梗結構.
3.3.2 物理特性
3.4 番茄果實的組元力學特性
3.4.1 試驗材料、儀器與方法
3.4.2 試驗結果與分析
3.5 番茄整果的壓縮力學特性
3.5.1 擠壓力變形特性
3.5.2 蠕變特性
3.5.3 應力鬆弛特性
3.5.4 加卸載特性
3.6 番茄果實摩擦力學特性
3.6.1 靜動摩擦係數
3.6.2 滾動阻力係數的測定
3.7 番茄整果力學結構模型
3.7.1 果實輪式簡化力學結構
3.7.2 不同心室番茄的力學特徵
3.8 番茄果實的損傷
3.8.1 番茄果實的機械損傷機理
3.8.2 番茄受壓縮後的生理變化
3.9 果梗特性
3.9.1 梗係統結構
3.9.2 果梗力學特性試驗
3.9.3 試驗結果分析

第4章 番茄無損采摘手臂係統的設計開發
4.1 概述
4.1.1 研究意義
4.1.2 內容與創新
4.2 無損采摘末端執行器設計
4.2.1 無損采摘末端執行器的係統方案設計
4.2.2 末端執行器機構設計
4.2.3 感知係統設計
4.2.4 控製係統設計
4.2.5 供電係統設計
4.2.6 末端執行器結構設計
4.2.7 樣機及性能指標
4.2.8 主被動復閤柔順采摘末端執行器
4.3 基於商用機械臂的無損采摘係統
4.3.1 商用機械臂與自開發末端執行器融閤的背景和需要
4.3.2 商用機械臂的控製係統結構
4.3.3 機械臂與末端執行器的控製係統集成

第5章 果實快速柔順夾持的數學建模
5.1 概述
5.1.1 研究意義
5.1.2 內容與創新
5.2 果實快速夾持試驗與特殊碰撞特徵
5.2.1 果實快速夾持試驗
5.2.2 快速夾持的碰撞特徵
5.3 果實快速夾持的特殊碰撞問題
5.4 果實快速夾持過程的階段動力學特徵
5.5 果實壓縮模型
5.5.1 果實的黏彈特性與本構模型錶徵
5.5.2 番茄果實蠕變特性錶徵的Burger修正模型
5.6 果實快速夾持的復閤碰撞模型
5.6.1 勻速加載階段與應力鬆弛階段
5.6.2 碰撞減速階段
5.7 果實夾持碰撞規律
5.7.1 夾持碰撞過程的力變化規律
5.7.2 夾持速度與果實成熟度對碰撞時間的影響
5.7.3 夾持速度與果實成熟度對碰撞變形的影響
5.7.4 夾持速度與果實成熟度對碰撞峰值力的影響
5.8 夾持碰撞耗時的理論推算
5.8.1 手指夾持過程的構成
5.8.2 手指夾持的尺寸關係
5.8.3 手指夾持過程的耗時構成
5.8.4 柔順夾持的控製模式選擇
5.8.5 柔順夾持的時間計算

第6章 果實柔順夾持的仿真研究
6.1 概述
6.1.1 研究意義
6.1.2 內容與創新
6.2 果實有限元模型
6.2.1 番茄整果的黏彈性有限元模型
6.2.2 番茄果實非綫性多組元有限元模型
6.3 靜態夾持仿真
6.3.1 手指果實接觸幾何模型
6.3.2 建立接觸對
6.3.3 模型驗證方法
6.3.4 抓取損傷預測方法
6.3.5 不同加載方式的組元應力仿真
6.4 采摘夾持過程的動態仿真
6.4.1 動態夾持仿真的軟件實現
6.4.2 末端執行器夾持係統虛擬樣機建立
6.4.3 末端執行器夾持番茄仿真分析

第7章 樹上果實吸持拉動的模型分析
7.1 概述.
7.1.1 真空吸持拉動在機器人采摘中的作用
7.1.2 樹上果實真空吸持拉動問題的研究意義
7.1.3 研究內容與創新
7.2 真空吸盤吸持力學建模
7.2.1 球形果實的真空吸持力學模型
7.2.2 真空度對吸持力的影響
7.2.3 吸盤直徑對吸持力的影響
7.2.4 果實錶麵輪廓對吸持力的影響
7.3 真空吸持拉動力學模型
7.3.1 樹上果實吸持拉動的運動學分析
7.3.2 樹上果實吸持拉動的靜力學分析
7.3.3 樹上果實吸持拉動的效應分析
7.4 樹上果實吸持拉動的概率模型
7.4.1 果實吸持拉動的夾持乾涉率與成功率
7.4.2 不同采摘輪次的每穗果實數目比重
7.4.3 不同每穗果實數目所需拉動距離及其概率
7.4.4 實需拉動距離對夾持乾涉率的理論影響
7.4.5 吸持拉動距離的確定

第8章 機器人作業中果一梗分離方式的比較研究.
8.1 概述
8.1.1 研究意義
8.1.2 內容與創新
8.2 無工具式分離方式的試驗比較
8.2.1 無工具式分離方式
8.2.2 株上果實的拉斷采摘試驗
8.2.3 株上果實的扭斷采摘試驗
8.2.4 株上果實的摺斷采摘試驗
8.2.5 離層強度與分離理論
8.3 果梗激光分離的試驗探索
8.3.1 果梗激光分離方法的提齣
8.3.2 生物材料的激光切割原理及優勢
8.3.3 果梗激光分離的特殊性
8.3.4 果梗激光穿透與切割試驗
8.3.5 激光穿透性能及其影響因素
8.3.6 果梗激光切割的實現

第9章 番茄快速無損采摘試驗研究
9.1 概述
9.1.1 研究意義
9.1.2 內容與創新
9.2 快速柔順夾持的參數優化
9.2.1 運動控製係統的PID參數調整
9.2.2 加減速過程中的加速和減速段耗能分析
9.2.3 快速柔順夾持的速度優化
9.3 真空吸持拉動的控製優化
9.3.1 最大拉動速度與加速段位移的關係
9.3.2 動吸持拉力與真空度閾值的關係
9.3.3 吸持拉動的位移／位置參數優化
9.3.4 動作協調的控製模式優化
9.4 手臂協調的快速柔順采摘控製
9.4.1 手臂協調控製模式
9.4.2 手臂協調采摘試驗
參考文獻
索引
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