基于果梗黏彈特性的夾—剪耦合動力學(xué)仿真與分析.pdf

1、本文針對果蔬采摘機(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，對末端執(zhí)行器夾剪動力過程進(jìn)行了深入研究，探討了指端彈簧的剛度和夾剪速度對采摘效果的影響，主要的研究工作如下:
　　(1)研究了碧玉2號和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)，對果梗夾持的加載-運(yùn)動-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，對夾剪耦合作用的效應(yīng)