基于果梗黏彈特性的夾—剪耦合動(dòng)力學(xué)仿真與分析.pdf

1、本文針對(duì)果蔬采摘機(jī)器人的果梗夾剪一體式作業(yè)方式，從黃瓜果梗的黏彈力學(xué)特性出發(fā)，采用虛擬樣機(jī)和有限元相結(jié)合的仿真分析方法，對(duì)末端執(zhí)行器夾剪動(dòng)力過程進(jìn)行了深入研究，探討了指端彈簧的剛度和夾剪速度對(duì)采摘效果的影響，主要的研究工作如下:
　　(1)研究了碧玉2號(hào)和MK160兩種黃瓜果梗的壓縮和剪切力學(xué)特性，分別進(jìn)行了其蠕變、應(yīng)力松弛、連續(xù)加載試驗(yàn)，進(jìn)而建立了果梗的壓縮和剪切黏彈性數(shù)學(xué)模型，結(jié)果表明，MK160黃瓜果梗與碧玉2號(hào)黃瓜果梗相比

2、，瞬時(shí)彈性系數(shù)和延遲彈性系數(shù)較高，說明MK160黃瓜果梗抵抗變形的能力較強(qiáng)。
　　(2)利用Pro/E軟件建立了夾剪一體式末端執(zhí)行器虛擬樣機(jī)，利用ANSYS軟件建立了果梗的黏彈有限元模型。通過Pro/E、ADAMS、ANSYS之間的結(jié)合，建立了果梗夾持的虛擬樣機(jī)-有限元仿真系統(tǒng)，對(duì)果梗夾持的加載-運(yùn)動(dòng)-變形過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，手指與果梗間的碰撞力隨著彈簧剛度和手指速度的增大而增大。
　　(3)在黃瓜果梗Maxwell和

3、Burgers黏彈本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，分別建立了用彈簧-阻尼器元件表征的果梗夾持和剪切模型，比較了仿真曲線和試驗(yàn)曲線之間的差異;建立了由虛擬樣機(jī)和夾剪模型組成的果梗夾剪耦合仿真系統(tǒng)，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的精度。結(jié)果表明，彈簧剛度的軟硬以及夾剪速度的快慢對(duì)于采摘成功率和采摘效率的影響很大，在彈簧剛度為2.4N/mm時(shí)，手指速度小于2.8mm/s采摘成功率較高。
　　本文從果梗的黏彈特性出發(fā)，通過虛擬樣機(jī)與有限元結(jié)合仿真，對(duì)夾剪耦合作用的效應(yīng)