藍莓植株多自由度系統(tǒng)振動建模及仿真研究.pdf

1、藍莓由于其卓越的保健與藥用價值近來備受推崇，被美國農業(yè)專家預測為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ墓麡錁浞N，其營養(yǎng)價值遠高于蘋果、葡萄、橘子等水果，被稱為“世界水果之王”，被聯(lián)合國糧農組織(FAO)確定為人類21世紀健康食品。栽培藍莓的經濟效益十分顯著，擴大種植面積是一種必然趨勢，但由于我國完全依靠人工采摘，而且藍莓成熟期短，采摘勞動強度大、效率低，常因無法及時收獲造成浪費，藍莓種植規(guī)模和種植面積亦受到限制。發(fā)展藍莓機械采摘，成為我國藍莓產業(yè)的迫切

2、需求和必然趨勢。
　　為研制藍莓采摘機械，需要計算采摘激振力，研究產生采摘激振力的采摘裝置以及采摘裝置作用下的植株振動規(guī)律，探索并完善藍莓采摘振動理論。首先分析藍莓植株生長規(guī)律和修剪后藍莓植株生長結構，以此為基礎建立藍莓植株物理模型，在絕對坐標系和各分支坐標系下建立藍莓植株數學模型。
　　以藍莓植株數學模型為基礎，采用線性多自由度振動理論建立藍莓植株多自由度振動模型，尋求合適的本征函數求解多自由度系統(tǒng)振動模型各階固有頻率對應

3、的主振型，通過對振動模型正交變換、正則變換，利用杜哈梅積分求解得到點作用階躍激振力和點作用非周期激振力作用下的藍莓植株多自由度振動模型各階固有頻率對應的正則模態(tài)響應積分式，完成對藍莓植株多自由度振動模型的解算。
　　分析不同類型激振力作用下的藍莓植株振動形態(tài)，對振動形態(tài)分類并分別建立振動方程，利用藍莓植株振動正則模態(tài)響應積分式求解振動方程，得到藍莓植株各級分枝振動輸出響應，為求解藍莓果實采摘振動力奠定基礎。
　　根據點作用瞬

4、態(tài)激振力和點作用周期激振力作用于藍莓植株時藍莓果實的振動形態(tài)，利用各分枝坐標轉換矩陣和藍莓植株各級分枝振動響應求解長有藍莓果實的末枝相對于地面的振動輸出響應;利用拉格朗日方程建立藍莓果實振動方程，求解藍莓果實相對于末枝的振動輸出響應，進而得到藍莓果實相對于地面的振動輸出響應。通過對藍莓果實受力分析，求解點作用瞬態(tài)激振力和點作用周期激振力作用于藍莓植株時對藍莓果實產生的采摘振動力。
　　分析采摘裝置工作原理，利用“給定行程速比法”和

5、“圖解法”優(yōu)化設計采摘裝置傳動機構，并對傳動機構進行運動學分析;對采摘裝置末端執(zhí)行元件進行動力學分析，優(yōu)化設計并選擇采摘裝置驅動元件，計算采摘機工作時采摘裝置輸出的采摘激振力大小。分析采摘裝置與藍莓植株相互作用過程，通過采摘裝置與藍莓植株坐標轉換矩陣，求解得到二者相互作用時在藍莓植株各分枝作用點形成的采摘激振力，根據采摘激振力求解采摘裝置作用于藍莓植株時對藍莓果實產生的采摘振動力。
　　利用“正交試驗法”設計采摘裝置工作參數組合，