油茶果采摘机执行机构设计及工作空间优化

摘要

随着我国油茶树种植面积的不断扩大，油茶果采摘效率低下这一因素严重制约着其产业的发展。用自动化机械设备代替人工作业来完成对油茶果的采摘是未来科技发展的必然趋势。本文基于油茶林基地自然环境、油茶果生物特性，研制出适应于南方丘陵地带的油茶果采摘机，对其执行机构和工作空间进行研究分析具有重大意义。
　　 (1)根据油茶果树的栽培方式、油茶果生物特性以及油茶果采摘机机构选型综合原则，确定了采摘机的行走方式为履带式底盘；传动方式采用机-液混合驱动，其中底盘采用传统的机械式驱动，执行机构采用液压驱动；设计了四个自由度的执行机构，并对主臂、副臂、立柱和末端采摘头进行了结构设计。
　　 (2)采用Denavit-Hartenberg方法建立了油茶果采摘机采摘臂杆件坐标系，通过齐次变换求解得到正运动学和逆运动学模型，获得了采摘臂运动学方程，为采摘机执行机构运动仿真和工作空间优化分析奠定了基础。
　　 (3)在Pro/E软件中建立采摘机执行机构的三维模型，分析执行机构的的运动学特性，获得了执行机构末端采摘头位置的各个方向的位移和主、副臂的关节角度变化范围。
　　 (4)采用边界法对采摘机的工作空间进行求解，根据油茶果的生长分布空间，优化采摘机执行机构作业空间。在工作空间满足作业要求的基础上，以执行机构运动空间最大、采摘臂臂长之和最小为目标函数，采用多目标遗传算法获得了执行机构结构参数的最优解集。利用蒙特卡洛概率方法对油茶果采摘机执行机构工作空间进行仿真分析。