近日，機(jī)電學(xué)院苑進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(jī)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(shí)分離后水果輸送裝箱過程中，易受機(jī)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(jī)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(shí)損傷之間的協(xié)調(diào)性方面尚未達(dá)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(shí)集箱方案，并結(jié)合適宜的損傷模型進(jìn)行損傷分析，以實(shí)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(jìn)教授團(tuán)隊(duì)以自主研發(fā)的番茄采收機(jī)器人為基礎(chǔ)，對番茄采后的集箱過程及其方式進(jìn)行了深入研究。團(tuán)隊(duì)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(jī)器人設(shè)計。在確保與末端執(zhí)行器并行運(yùn)作的同時，該方案顯著減少了果實(shí)在集箱過程中的機(jī)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(tuán)隊(duì)采用多尺度有限元模型對番茄集箱過程中的損傷情況進(jìn)行了更為精細(xì)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(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對提出的無動力雙緩沖系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。這項(xiàng)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(jī)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(tuán)隊(duì)項(xiàng)目資助。

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

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波