[发明专利]香蕉果穗果指振动损伤仿真结构及其构建方法、验证方法

说明书

本发明公开了一种香蕉果穗果指振动损伤仿真结构及其构建方法、验证方法，通过将复杂的香蕉果穗分割成多个部分，并依据香蕉果指的特殊性，将非规则的果指通过分离成密度、体积不同的两部分，构造出非均质的质量块体，进而构建出由柔性杆、刚性块体、刚性杆和非均质质量块体所组成的香蕉果穗果指振动损伤仿真结构。通过在柔性杆上根据需要添加约束及激励口的位置，在激励口输入特定规律的振动激励，实现了香蕉果穗复杂结构的激励输入和果指振动损伤的仿真分析，为非规则以及果皮质量占比较大的果实仿真模型提供了一种可靠的仿真方案。

技术领域

本发明涉及农业装备和仿真分析的技术领域，尤其是指一种香蕉果穗果指振动损伤仿真结构及其构建方法、验证方法。

背景技术

在香蕉生产过程中，运输时多采用夹持果穗主轴的方式进行人工或者机械化田间运输。这两种运输方式的区别在于人力运输中，夹具夹住或者钩住香蕉果轴上端，使用人力进行肩挑步行运输，因而由于人体行走方式的作用，香蕉果穗会按照一定规律进行摆动，长期以往香蕉果轴会产生疲劳损伤。而采用运蕉车、机器人等机械运输，香蕉果穗一般与机架完全固定，由于机械结构的加减速、轨迹不平滑、连接问题会导致香蕉果穗与机架一体进行水平和垂直方向上振动，而长期的振动则会导致香蕉果指受损。

在香蕉机械化采收和运送过程中，果实的碰撞挤压和振动摩擦导致的机械损伤问题是影响采收性能的关键。揭示香蕉果穗的振动特性是解决香蕉无损采运问题的基础和关键。通过建立果穗振动模型进行仿真分析，可以节省大量时间，并且可以观测任意条件下的振动情况，是研究果穗振动状态的最为行之有效的方式。现有的梗-果振动模型中，多数的研究对象为单果，且均以振动落果式收获为目标。

以香蕉果穗为对象的研究报道较少，且香蕉果穗的整体质量非常大，香蕉果指形状不规则，差异较大，模型构造不同于其他果穗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种香蕉果穗果指振动损伤仿真结构及其构建方法、验证方法，实现香蕉果穗在各类激励下的果指运动仿真，以满足果穗的振动特性和无损采运研究的需要。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：香蕉果穗果指振动损伤仿真结构，包括柔性杆、刚性块体、第一连接件、粘弹铰链、刚性杆、第二连接件和非均质质量块体，所述柔性杆为香蕉果轴的仿真结构，所述刚性块体为香蕉果梳的仿真结构，其数量有多个，每个刚性块体的一端均连接有一个第一连接件，用于与柔性杆固定连接，其另一端均连接有两组粘弹铰链，每组粘弹铰链均包括多个粘弹铰链，每个粘弹铰链均连接有一个刚性杆，该刚性杆为香蕉果柄的仿真结构，每个刚性杆均通过第二连接件连接有一个非均质质量块体，即香蕉果指的仿真结构；在柔性杆上根据需要添加约束，并在柔性杆上根据需要设置激励口的位置，通过在激励口输入特定规律的振动激励，以实现果穗在各类激励下的果指运动仿真。

进一步，在柔性杆上端与外部机架之间添加无摩擦铰链的约束，并在柔性杆上沿垂直于柔性杆的方向添加激励口；在柔性杆上下两端与外部机架之间分别添加约束，并在柔性杆上添加竖直方向上的移动副，进而沿竖直方向添加激励口，或在柔性杆上添加水平方向上的移动副，进而沿水平方向添加激励口。

香蕉果穗果指振动损伤仿真结构的构建方法，包括以下步骤：

1)香蕉果穗包括香蕉梗和果指，对香蕉果穗进行落梳处理，将香蕉梗分离为三部分：果轴、果梳和果柄；

2)对果轴进行三维重构，将落梳后的果轴沿着果梳上端切割为多段，分别测量每一段的直径，通过每段果轴截面的直径求出几何平均数，将几何平均数等效为果轴的直径，进行拉伸建模，得到果轴几何结构实体；

3)将果轴上的果梳由上至下分为多级，以首梳为参考分别记录各级果梳的间距及转角，从而依次定位其余果梳位置，再依次测量各级果梳的厚度、果梳弧长及果梳包络角；