[發(fā)明專利]香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法、驗(yàn)證方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110281725.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112861381B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付函;楊靖愷;楊洲;李君;劉恩秀;杜文迪;閆華超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 劉暢;馮炳輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法、驗(yàn)證方法，通過(guò)將復(fù)雜的香蕉果穗分割成多個(gè)部分，并依據(jù)香蕉果指的特殊性，將非規(guī)則的果指通過(guò)分離成密度、體積不同的兩部分，構(gòu)造出非均質(zhì)的質(zhì)量塊體，進(jìn)而構(gòu)建出由柔性桿、剛性塊體、剛性桿和非均質(zhì)質(zhì)量塊體所組成的香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)。通過(guò)在柔性桿上根據(jù)需要添加約束及激勵(lì)口的位置，在激勵(lì)口輸入特定規(guī)律的振動(dòng)激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)了香蕉果穗復(fù)雜結(jié)構(gòu)的激勵(lì)輸入和果指振動(dòng)損傷的仿真分析，為非規(guī)則以及果皮質(zhì)量占比較大的果實(shí)仿真模型提供了一種可靠的仿真方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)裝備和仿真分析的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法、驗(yàn)證方法。

背景技術(shù)

在香蕉生產(chǎn)過(guò)程中，運(yùn)輸時(shí)多采用夾持果穗主軸的方式進(jìn)行人工或者機(jī)械化田間運(yùn)輸。這兩種運(yùn)輸方式的區(qū)別在于人力運(yùn)輸中，夾具夾住或者鉤住香蕉果軸上端，使用人力進(jìn)行肩挑步行運(yùn)輸，因而由于人體行走方式的作用，香蕉果穗會(huì)按照一定規(guī)律進(jìn)行擺動(dòng)，長(zhǎng)期以往香蕉果軸會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷。而采用運(yùn)蕉車、機(jī)器人等機(jī)械運(yùn)輸，香蕉果穗一般與機(jī)架完全固定，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的加減速、軌跡不平滑、連接問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致香蕉果穗與機(jī)架一體進(jìn)行水平和垂直方向上振動(dòng)，而長(zhǎng)期的振動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致香蕉果指受損。

在香蕉機(jī)械化采收和運(yùn)送過(guò)程中，果實(shí)的碰撞擠壓和振動(dòng)摩擦導(dǎo)致的機(jī)械損傷問(wèn)題是影響采收性能的關(guān)鍵。揭示香蕉果穗的振動(dòng)特性是解決香蕉無(wú)損采運(yùn)問(wèn)題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。通過(guò)建立果穗振動(dòng)模型進(jìn)行仿真分析，可以節(jié)省大量時(shí)間，并且可以觀測(cè)任意條件下的振動(dòng)情況，是研究果穗振動(dòng)狀態(tài)的最為行之有效的方式。現(xiàn)有的梗-果振動(dòng)模型中，多數(shù)的研究對(duì)象為單果，且均以振動(dòng)落果式收獲為目標(biāo)。

以香蕉果穗為對(duì)象的研究報(bào)道較少，且香蕉果穗的整體質(zhì)量非常大，香蕉果指形狀不規(guī)則，差異較大，模型構(gòu)造不同于其他果穗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法、驗(yàn)證方法，實(shí)現(xiàn)香蕉果穗在各類激勵(lì)下的果指運(yùn)動(dòng)仿真，以滿足果穗的振動(dòng)特性和無(wú)損采運(yùn)研究的需要。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)，包括柔性桿、剛性塊體、第一連接件、粘彈鉸鏈、剛性桿、第二連接件和非均質(zhì)質(zhì)量塊體，所述柔性桿為香蕉果軸的仿真結(jié)構(gòu)，所述剛性塊體為香蕉果梳的仿真結(jié)構(gòu)，其數(shù)量有多個(gè)，每個(gè)剛性塊體的一端均連接有一個(gè)第一連接件，用于與柔性桿固定連接，其另一端均連接有兩組粘彈鉸鏈，每組粘彈鉸鏈均包括多個(gè)粘彈鉸鏈，每個(gè)粘彈鉸鏈均連接有一個(gè)剛性桿，該剛性桿為香蕉果柄的仿真結(jié)構(gòu)，每個(gè)剛性桿均通過(guò)第二連接件連接有一個(gè)非均質(zhì)質(zhì)量塊體，即香蕉果指的仿真結(jié)構(gòu)；在柔性桿上根據(jù)需要添加約束，并在柔性桿上根據(jù)需要設(shè)置激勵(lì)口的位置，通過(guò)在激勵(lì)口輸入特定規(guī)律的振動(dòng)激勵(lì)，以實(shí)現(xiàn)果穗在各類激勵(lì)下的果指運(yùn)動(dòng)仿真。

進(jìn)一步，在柔性桿上端與外部機(jī)架之間添加無(wú)摩擦鉸鏈的約束，并在柔性桿上沿垂直于柔性桿的方向添加激勵(lì)口；在柔性桿上下兩端與外部機(jī)架之間分別添加約束，并在柔性桿上添加豎直方向上的移動(dòng)副，進(jìn)而沿豎直方向添加激勵(lì)口，或在柔性桿上添加水平方向上的移動(dòng)副，進(jìn)而沿水平方向添加激勵(lì)口。

香蕉果穗果指振動(dòng)損傷仿真結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

1)香蕉果穗包括香蕉梗和果指，對(duì)香蕉果穗進(jìn)行落梳處理，將香蕉梗分離為三部分：果軸、果梳和果柄；

2)對(duì)果軸進(jìn)行三維重構(gòu)，將落梳后的果軸沿著果梳上端切割為多段，分別測(cè)量每一段的直徑，通過(guò)每段果軸截面的直徑求出幾何平均數(shù)，將幾何平均數(shù)等效為果軸的直徑，進(jìn)行拉伸建模，得到果軸幾何結(jié)構(gòu)實(shí)體；

3)將果軸上的果梳由上至下分為多級(jí)，以首梳為參考分別記錄各級(jí)果梳的間距及轉(zhuǎn)角，從而依次定位其余果梳位置，再依次測(cè)量各級(jí)果梳的厚度、果梳弧長(zhǎng)及果梳包絡(luò)角；