[發(fā)明專利]一種便攜式果柄生物力學特性測試裝置

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• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108169118A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 張順;張帆;姚華勝;李蓉蓉;伍德林;江家伍;朱德泉;陳自宏;胡金昌
• 申請（專利權）人: 安徽農業(yè)大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權代理有限公司 34112
• 代理人: 朱榮

本發(fā)明公開了一種便攜式果柄生物力學特性測試裝置，包括有樹果夾持機構，樹果夾持機構包括有可移動的枝條固定叉和柔性果體夾持器，枝條固定叉工作位置由其底端的滑塊連桿機構驅動調整，柔性果體夾持器為空腔套筒結構，空腔套筒內設有圓環(huán)狀氣囊，柔性果體夾持器的移動或旋轉由滾珠絲桿驅動，滾珠絲桿上設有L形板，測試果柄縱向拉斷力時L形板通過螺紋桿和拉力傳感器與柔性果體夾持器連接，測試果柄橫向扭斷力矩時滾珠絲桿的前端通過聯(lián)軸器和扭矩傳感器與柔性果體夾持器連接。本發(fā)明利用滾珠絲桿動力傳動系統(tǒng)，兼具果柄縱向拉斷力和橫向扭斷力矩的測定功能；利用數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)測定、顯示與存儲，滿足野外果柄生物力學特性測定的要求。

技術領域：

本發(fā)明涉及農業(yè)機械領域，主要涉及一種便攜式果柄生物力學特性測試裝置。

背景技術：

近年來，我國樹果類果實機械化采摘技術及裝備的研究備受關注。由于我國農村勞動力的不斷轉移，人工采摘果實的成本快速提高，導致果農迫切需求果實的機械化收獲裝備，然而市面上少有成熟的樹果類機械采摘裝備。為研制適用的樹果類果實機械化采摘裝備，必須明確其采收對象果柄的生物力學特性，為果實收獲機械果體采摘執(zhí)行機構的設計與研制提供理論和數(shù)據(jù)參考。

由于當前缺乏對樹果類果柄生物力學特性進行準確測定的專門裝置，研究人員的測定工具仍然十分簡陋,大多采用數(shù)顯拉力計，即通過數(shù)顯拉力計將果柄拉斷，在拉斷瞬間人工記錄最大拉力值。上述測定方式一般需多人協(xié)調配合，且人工觀察記錄瞬間最大拉力值誤差大，難以連續(xù)地準確記錄測定數(shù)據(jù)，并反映果柄的生物力學特性變化規(guī)律。另一種測定方式是將帶果的枝條砍下帶回實驗室，借助微型萬能材料試驗機等力學測試儀器配合專制夾具進行果柄生物力學特性的測定，由于枝條、果柄、果實等均是生物活體，離開樹體進行果柄生物力學特性測定將影響數(shù)據(jù)的真實性與準確性，且數(shù)據(jù)樣本量也受到枝條砍伐對樹體來年產(chǎn)量影響的限制。

目前已有研究人員針對有關果體和莖稈的生物力學特性開展了相關裝置的設計與試驗，如陳震等設計了一種荔枝果力學測量裝置，主要由有微機、采集卡、重量傳感器、位移傳感器、果實壓頭等組成，可連續(xù)測定并存儲外力加載與荔枝果形變等數(shù)據(jù)；馬曉麗等為測定楊梅果的生物力學特性，研發(fā)了一種微壓測試裝置，主要部分為電子稱量工作臺、測頭、微調傳動箱、粗調力臂箱體、工作底盤等，通過加壓旋鈕帶動施力測頭進給，果體變形由微調旋鈕升降刻度讀取，受力大小通過電子稱量工作臺顯示，研究得出楊梅果的生物力學特性；李耀明等研制的切割力測量系統(tǒng)，由機械系統(tǒng)部分和測控系統(tǒng)部分兩組成，主要用于莖稈力學數(shù)據(jù)的采集和分析研究，能夠完整的測得切割力隨時間的變化曲線；蔣韜等研制了一種玉米莖稈切割測量試驗臺，主要由機械模塊、控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)三部分組成，控制系統(tǒng)以STM32F103為核心，信號處理系統(tǒng)由負電壓產(chǎn)生電路和 AD620信號放大器組成，切割試驗表明，測試數(shù)據(jù)采集誤差小于1.12%，明確了玉米莖稈切割力的規(guī)律變化。但對樹果類果實采摘時，果柄的縱向拉斷力和橫向扭斷力矩測定試驗裝置的設計研究還少見報導，而果柄縱向拉斷力和橫向扭斷力矩參數(shù)的準確獲取是開展樹果收獲機械果實采摘執(zhí)行機構設計的重要依據(jù)。

本發(fā)明兼具果柄縱向拉斷力和橫向扭斷力矩的測定功能，且整體小巧、重量輕、便于攜帶；能實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動測定與實時顯示存儲，測試精度滿足野外環(huán)境下樹果類果柄生物力學特性的要求；提出的柔性果體夾持方法，實現(xiàn)果實的無損快速夾持，滿足多種測試對象。

發(fā)明內容：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種便攜式果柄生物力學特性測試裝置，以便于在野外環(huán)境下準確測定樹果采摘時果柄的縱向拉斷力和橫向扭斷力矩，為樹果收獲機械果實采摘執(zhí)行機構設計提供參考。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：