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研究目的和方法:

為了提高果實(shí)在適宜采收期的采摘效率，各種類型的果實(shí)輔助采摘機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，而這些采摘機(jī)的核心部件就是末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器是水果采摘機(jī)中完成水果抓取功能的部件，包括定位、抓取、采摘、復(fù)位等動作。但市場上常用的簡易采摘器配置的末端執(zhí)行器大多依靠人工控制實(shí)現(xiàn)功能，自動化程度低，采摘費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對現(xiàn)有采摘執(zhí)行器無法控制水果采摘壓力，導(dǎo)致水果受損的問題，將TRIZ 矛盾沖突理論和物場模型分析方法應(yīng)用于采摘執(zhí)行器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

通過對TRIZ系統(tǒng)的組件分析和功能模型，分析了存在的問題，找出了采摘執(zhí)行器的有效功能和不足功能。利用TRIZ的技術(shù)沖突理論、物理沖突理論和物場模型分析，得到了各種解決方案。經(jīng)過綜合比較，最終采用分體原理方案，執(zhí)行器壓力可控且易于安裝，利用空間分離原理，執(zhí)行器爪頭自動扭轉(zhuǎn)。新型力可控執(zhí)行器在壓力傳感器和電機(jī)的配合下，實(shí)現(xiàn)了水果的無損自動抓取和采摘。

研究結(jié)果和結(jié)論:

1.綜合應(yīng)用TRIZ 矛盾沖突理論和材料場分析模型，設(shè)計(jì)了一種基于TRIZ理論的新型采摘執(zhí)行器。新型采摘執(zhí)行器主要由爪頭、爪座、傳感器和電機(jī)組成，采摘壓力可控。從而實(shí)現(xiàn)無損自動抓取和采摘水果，適用于不同的水果采摘操作。

2.采摘執(zhí)行器的運(yùn)動仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)一步證明了采摘執(zhí)行器的穩(wěn)定性和可靠性。結(jié)果表明，采摘執(zhí)行器的抓取壓力為2.5 N時(shí)采摘效果最佳，對果實(shí)無擠壓損傷。在30分鐘采摘實(shí)驗(yàn)中，每個果實(shí)的平均采摘時(shí)間約為6 s，采摘成功率為93%。實(shí)驗(yàn)表明，采摘執(zhí)行器的采摘效率和成功率滿足創(chuàng)新采摘設(shè)計(jì)的要求，為采摘裝置的后續(xù)研究提供了理論參考。