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红枣振动采收方法研究及装置研制

红枣振动采收方法研究及装置研制

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作者：谯懿宸西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着我国红枣栽培面积的扩大、对红枣品质的提升以及果园管理水平的提高,红枣产业的机械化将逐步成为我国最具发展潜力的研究领域之一。然而现有的红枣采收机械是采用固定的振动频率和振动幅值对不同直径果树进行振动采收,忽视了不同直... 详细信息

随着我国红枣栽培面积的扩大、对红枣品质的提升以及果园管理水平的提高,红枣产业的机械化将逐步成为我国最具发展潜力的研究领域之一。然而现有的红枣采收机械是采用固定的振动频率和振动幅值对不同直径果树进行振动采收,忽视了不同直径红枣树间的振动差异,造成采净率和集果效率低。针对以上问题,本研究对不同直径红枣树的振动影响因素进行了研究,设计了一种红枣采收装置,该装置能对不同直径的红枣树采用不同的振动频率和振动幅值进行振动采收,对实现红枣的机械采收提供了理论依据和技术支持。本研究的主要研究内容及结论如下:(1)基于不同直径的红枣树振动参数优选。通过对三种红枣树进行模态分析,得出不同直径的红枣树可以采用不同频率的激振力使红枣树枝产生振动的树枝数达到最大,通过谐响应分析,得出不同直径的振动频率范围,对不同直径的红枣树进行振动试验,建立不同直径下红枣的最优振动参数组合。当红枣树干直径为30 mm时,其振动参数组合为振动频率为30 Hz,振动幅值为15.00 mm,振动时间为9 s;当红枣树干直径为50 mm时,其振动参数组合为振动频率为16.21 Hz,振动幅值为12.52 mm,振动时间为9 s;当红枣树干直径为70 mm时,其振动参数组合为振动频率为6.18 Hz,振动幅值为15.00 mm,振动时间为9 s。因此红枣树振动参数组合与仿真结果一致,为后续的红枣振动采收装置设计和振动采收试验提供了依据。(2)基于ADAMS和ANSYS的红枣振动采收装置设计。设计了红枣激振机构,并通过ADAMS进行动力学仿真,得出该机构振动杆末端的加速度具有急增急降的运动趋势,有利于红枣的振动脱落;构建了红枣与集果伞之间碰撞模型,设计了红枣集果机构,并通过ANSYS进行结构仿真,验证该机构能满足红枣收集的需求。因此基于不同树干直径的红枣振动采收装置设计为后续振动采收试验提供了硬件基础。(3)基于改进PSPNet的红枣树干直径测量方法。提出基于改进PSPNet的红枣树干分割方法和基于中心线的枣树直径测量方法,得出该方法对树干直径平均绝对误差为1.27 mm,平均相对误差为3.67%,平均测量精度为96.33%。因此改进后的方法利用分割网络结合直径测量算法能很好的对枣树树干进行直径测量,测量效果较好,满足实际需求,验证了深度学习算法在树干直径测量应用中的有效性和可靠性。(4)红枣振动采收装置试制及振动采收测试。通过对不同直径的红枣树进行振动试验和集果试验,得出直径为29.15 mm～31.26 mm、49.56 mm～52.34 mm和65.23mm～73.25 mm的红枣树,采净率平均值分别为93.98%、94.71%和94.33%,集果效率平均值分别为95.78%、89.43%和85.04%。因此振动和收集红枣效果较好,能满足实际生产需求,同时也验证了基于不同树干直径的红枣振动采收装置设计和基于改进PSPNet的红枣树干直径测量方法的有效性和可靠性。

关键词：红枣振动收获调频调幅深度学习树干直径测量

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