近日，機械與電子工程學(xué)院苑進(jìn)教授團隊在《Computers and Electronics in Agriculture》在線發(fā)表了題為“Development of a novel pull-cutting end-effector for ex-situ robotic harvesting of white asparagus based on MBD-DEM coupling simulation”的研究論文。張萍博士為該論文的第一作者，苑進(jìn)教授為該論文的通訊作者。

蘆筍富含營養(yǎng)且具有抗癌保健功效，被譽為“蔬菜之王”，目前國際上白蘆筍采收仍以人工作業(yè)為主，成本高、費時費力。白蘆筍是我國出口額最大的單一蔬菜品種，攻克白蘆筍采收技術(shù)瓶頸，對提高蘆筍產(chǎn)業(yè)的國際競爭力意義重大。

蘆筍生長在地下，且收獲空間有限，對采收模式和末端執(zhí)行器的設(shè)計提出了極高的要求。該研究受“行船中下網(wǎng)撈魚”啟發(fā)，考慮采收過程與機器行走的運動協(xié)同，首次提出了不停車、非原位、網(wǎng)撈采收新模式，突破國外“不停車+原位采收+運動補償”的采收方案弊端，實現(xiàn)了從原位采收到非原位采收的跨越，從源頭上解決了機器行走與原位采收的動靜矛盾，為機器人的選擇性高速采收奠定了基礎(chǔ)。

針對蘆筍脆嫩多汁、易斷易損傷的特點，以及土中作業(yè)過程中的一些參數(shù)難以有效測量的難點，該研究創(chuàng)新設(shè)計了剛?cè)狁詈侠心┒藞?zhí)行器(PCEE)，通過前行入土、拉切、出土、拋射4個子過程實現(xiàn)高效、低損傷收獲，整個采收過程筍芽由土壤包裹損傷概率極小。通過建立PCEE-土壤-筍模型，利用雙向耦合MBD-DEM (Multi-Body Dynamics and Discrete Element Method，多體動力學(xué)與離散單元法)分析采收過程，明確了高速采收過程中末端執(zhí)行器的構(gòu)型變化以及部件-土-筍之間的互作耦合機理和粒子的運動規(guī)律，對末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、作業(yè)參數(shù)優(yōu)化、采收性能提升具有重要的理論依據(jù)。

圖1. 基于MBD-DEM的采收過程仿真分析

該研究構(gòu)建了網(wǎng)撈采收機器人平臺，并進(jìn)行了室內(nèi)與田間采收試驗，對采收過程進(jìn)行了驗證。試驗結(jié)果驗證了所提出的采收模式和末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)在白蘆筍選擇性收獲機器人中的有效性和可行性，突破了筍芽高速采收的瓶頸問題，為選擇性收獲和觸土部件創(chuàng)新設(shè)計提供新思路新方法，具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程價值。

圖2. PCEE室內(nèi)與田間采收試驗

該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.107641

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波