振动式蓝莓采摘的机理分析与仿真第29卷第12期农业工程学报Vol.29No.12407>2021年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJun.2021振动式蓝莓采摘的机理分析与仿真王海滨1，郭艳玲2※，鲍玉冬2，耿雷3〔1.东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040；2.东北林业大学机电工程学院，哈尔滨150040；3.黑龙江科技学院机械工程学院，哈尔滨150027〕摘要：为改变中国蓝莓人工采摘状况，实现高丛蓝莓的机械化采摘，该文研究了高丛蓝莓的采摘机理，并对所建立的数学模型进行仿真分析。首先分析蓝莓振动采摘机理，建立蓝莓植株采摘物理模型，推导得出动力学方程，采用数学物理微分方程求解得到蓝莓树枝稳态受迫振动输出解及采摘惯性力。运用MATLAB软件仿真分析蓝莓树枝稳态受迫振动时域仿真曲线及采摘力幅频特性仿真曲线，并进行了蓝莓采摘试验，试验数据与仿真结果一致：仿真结果满足蓝莓采摘条件的采摘频率为14～16rad/s，较优的采摘频率为15rad/s，该频率下的采摘效率为913颗/min，采摘生果率为2.99%，采摘果实损坏率为2.86%，未采净率为3.17%，机采人采效率比为10.14。研究结果可为高丛蓝莓采摘机的研制提供参考。关键词：农业机械，振动，角速度，高丛蓝莓，机械化采摘中图分类号：S225.93文献标志码：A文章编号：1002-68192021-12-0040-07王海滨，郭艳玲，鲍玉冬，等.振动式蓝莓采摘的机理分析与仿真[J].农业工程学报，2021，2912：40－46WangHaibin,GuoYanling,BaoYudong,etal.Mechanismanalysisandsimulationofblueberryharvestbyvibrationmode[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringTransactionsoftheCSAE,2021,2912:40－46.inChinesewithEnglishabstract0引言近年来蓝莓的保健作用和经济、药用价值越来越得到人们的重视，被称为“世界水果之王〞，蓝莓种植已成为农林经济新的增长点，国际市场供不应求，需求量不断高速增长[1-10]。但由于中国蓝莓收获完全依靠人工采摘，损失严重，采摘费用约占蓝莓生产总本钱的50%～70%，严重制约了蓝莓大面积的推广与种植[11-16]。研究资料说明：在国外，美国的蓝莓种植面积最大，对蓝莓采摘机理的研究较早，自1959年H.McKibben发表第1篇关于蓝莓采摘技术的专利开始，至今蓝莓采摘机的研制已较为成熟，已有成形的采摘机出现在市场上，但因价格较高而未在国内推广[17-19]。国内对蓝莓采摘机及蓝莓采摘机理的研究还处于起步阶段，东北林业大学郭艳玲等最早对蓝莓采摘机器人进行了相关研收稿日期：2021-10-01修订日期：2021-05-28基金工程：国家林业局948工程〔2021-4-21〕；东北林业大学中央高校基金工程〔DL12AB04〕作者简介：王海滨〔1979－〕，博士生，主要从事机电一体化，农业采摘机和机器人研究。哈尔滨东北林业大学工程技术学院，150040。Email：whbhit@126，※通信郭艳玲〔1962－〕，教授，博士生导师，美国密歇根大学研修，主要从事机电一体化，特种加工技术，农业采摘机和机器人研究。哈尔滨东北林业大学机电工程学院，150040。Email：Guo.yl@hotmail究，并研制出矮丛蓝莓采摘机[20]，对于高丛蓝莓的采摘机理研究及样机研制，国内尚属空白。因此，研究高丛蓝莓采摘机理，研制开发适于中国种植国情的高丛蓝莓采摘机，对国内高丛蓝莓采摘机械化的开展具有重要意义。1高丛蓝莓振动采摘机理研究1.1高丛蓝莓振动采摘条件的建立如图1所示是高丛蓝莓采摘机采摘原理，采摘机指排以一定的频率拍打蓝莓树枝时，结有果实的蓝莓树枝做受迫振动[21]，振动输出响应fz,t为,,,dFfztfztfzt+〔1〕式中，fdz,t为蓝莓树枝受迫振动输出振动响应，m；fFz,t为蓝莓树枝受迫振动输出稳态解，m。结合式〔1〕，得到蓝莓果实上所受的采摘惯性力Fz,t为00,,,dFFztmfztmfzt′′′′+〔2〕式中，m0为蓝莓果实质量，kg。由于蓝莓枝叶相互叠连存在着阻尼，蓝莓树枝受迫振动输出瞬态解fdz,t将随着振动时间的延续而逐渐减小趋于0[22]，故忽略fdz,t的影响，主要研究蓝莓树枝受迫振动输出稳态解fFz,t所形成的采摘惯性力FF〔N〕。假设熟果实与树枝结合力为F1，生果与树枝结合第12期王海滨等：振动式蓝莓采摘的机理分析与仿真41力为F2，...