近日，機電學(xué)院苑進教授團隊在Smart Agricultural Technology在線發(fā)表了題為“Dynamic impact mechanical damage analysis and tomato robotic post-picking crating optimization based on multiscale finite element model”的研究論文。碩士研究生盧國航為論文第一作者，苑進教授與劉雪美教授為論文通訊作者，我校數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中心George Papadakis教授共同參與了該研究。

果蔬采收機器人技術(shù)能有效應(yīng)對勞動力稀缺挑戰(zhàn)，發(fā)展前景極為廣闊。然而在果實分離后水果輸送裝箱過程中，易受機械損傷可能導(dǎo)致存質(zhì)量下降、顯著影響貨架壽命的問題不容忽視。目前，大多數(shù)果蔬采收機器人設(shè)計為緊湊型，以適應(yīng)果蔬種植環(huán)境，但在高效采收與采后果實損傷之間的協(xié)調(diào)性方面尚未達到理想狀態(tài)，對于適應(yīng)緊湊結(jié)構(gòu)集箱方案研究仍存在諸多空白。因此，開發(fā)一種與采摘并行的無動力果實集箱方案，并結(jié)合適宜的損傷模型進行損傷分析，以實現(xiàn)高收獲效率和低水果損傷，已成為一個亟待解決的問題。

面對前述技術(shù)挑戰(zhàn)，苑進教授團隊以自主研發(fā)的番茄采收機器人為基礎(chǔ)，對番茄采后的集箱過程及其方式進行了深入研究。團隊創(chuàng)新提出了一種基于雙層緩沖無動力柔性集箱技術(shù)用于采摘機器人設(shè)計。在確保與末端執(zhí)行器并行運作的同時，該方案顯著減少了果實在集箱過程中的機械損傷，滿足了高效且低損采收需求。相較于單一介質(zhì)的伯格斯模型，該團隊采用多尺度有限元模型對番茄集箱過程中的損傷情況進行了更為精細的仿真模擬，并據(jù)此建立了番茄損傷評價指標(biāo)。基于這些指標(biāo)，團隊進一步對提出的無動力雙緩沖系統(tǒng)進行了參數(shù)優(yōu)化。這項研究的意義不僅局限于番茄采摘后的集箱處理，更為柔性處理各類新鮮果蔬提供了一個新框架，對于提升采收效率和降低損失意義重大。

圖1. 雙層緩沖集箱裝置結(jié)構(gòu)及集箱流程圖

圖2. 番茄采收機器人平臺

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊項目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.atech.2024.100742

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波