аспирант, младший научный сотрудник
Москва
Graduate Student, Junior Research
Moscow
Дмитрий Олегович Хорт, доктор технических наук, ведущий научныйсотрудник
109428; 1-й Институтский проезд, дом 5; Москва
Dmitry O. Khort, Dr. Sci. (Tech.), Leading Researcher
109428; 1st Institute Passage, 5; Moscow
В статье рассматривается конструкция роботизированного устройства, предназначенного для эффективного сбора плодов яблони с минимальным количеством повреждений. Исследования были проведены с 2020 по 2023 гг. на базе ФНАЦ ВИМ. Разработанное устройство оснащено специализированными механизмами и датчиками, призванными снизить негативные последствия для плодов в процессе сбора.
Цель исследования – обосновать параметры роботизированного устройства для съёма плодов яблони и провести лабораторные экспериментальные исследования влияния силы сжатия на повреждаемость плодов при их роботизированном съёме.
Была разработана классификация захватных устройств на основании анализа их конструктивных параметров и типов. В качестве прототипа устройства выбран концентрический трёхпалый захват, у которого к захватному устройству добавлены вращающиеся и скользящие элементы. В результате исследования размерно-массовых показателей плодов сортов ‘Джонатан’ и ‘Гренни Смит’ были получены данные, которые позволяют более полно описать их характеристики. Исходя из графоаналитического анализа, выбраны оптимальные геометрические параметры лап захвата. Был разработан роботизированный захват, который имеет несколько компонентов, включая лапы захвата, подвижное основание. Разработана лабораторная установка для имитации работы манипулятора и проведения экспериментов. Она позволяет создать условия, близкие к реальной работе манипулятора и исследовать процессы захвата и удержания плодов. В результате проведённого трехфакторного эксперимента осуществлён анализ воздействия силы сжатия лап захвата, а также расстояния от плода до захвата – на повреждаемость плода. Определено, что такие параметры, как сила сжатия лап захвата и расстояние от плода до захвата, оказывают существенное влияние на процесс захвата и удержания плодов. Оптимальные значения этих параметров способствуют надёжному удержанию плода в лапах захвата с минимальными повреждениями. В результате анализа размерно-массовых показателей плодов определены средний размер и масса яблок сортов ‘Джонатан’ и ‘Гренни Смит’. Были обоснованы конструктивные параметры роботизированного устройства. Разработана 3D-модель роботизированного захвата. Изготовлена опытная модель роботизированного захвата, которая прошла лабораторные испытания, в результате были выявлены параметры силы сжатия лап захвата и расстояние от плода до захвата.
The article discusses the design of a robotic device intended for effective apple fruit harvesting with minimum damage. The research was conducted in the Federal Scientific Agroengineering Center VIM from 2020 to 2023. The developed device is equipped with specialized mechanisms and sensors designed to reduce the negative eff ects on apples during harvesting.
The study aims to justify the parameters of the robotic device for apple fruit picking and to conduct laboratory experimental studies of the grip strength eff ect on fruit damage during robotic fruit harvesting.
A classification of gripping devices was developed based on the analysis of their design parameters and types. A concentric three-fingered gripper tool with rotating and sliding elements added to the gripping device was selected as the prototype device. As a result of studying the size and weight parameters of apples of the ‘Jonathan’ and ‘Granny Smith’ cultivars, data were obtained that enable one to describe the characteristics of these fruits more fully. Th e grapho-analytical method was employed to select the optimal geometric parameters of the gripper claws. We designed a robotic gripper which has several components, including gripper claws and a movable base. A laboratory setup was developed to simulate the operation of the manipulator and conduct experiments. Th e setup makes it possible to create conditions close to the actual manipulator operation and study the processes of grasping and holding fruits. The three-factor experiment allowed us to analyze the impact of the grip strength of the gripper claws, as well as the distance from the fruit to the gripper on the damage to fruits. It has been determined that these parameters have a signifi cant eff ect on the process of grasping and holding fruits. Entirely optimal values of these parameters contribute to reliable holding of a fruit in the gripper claws with minimal damage. As a result of analyzing the size-mass parameters of fruits, we found the average size and weight of apples of the Jonathan and Granny Smith cultivars. Th e design parameters of the robotic device were justifi ed. A 3D robotic gripper model was developed. We also manufactured an experimental robotic gripper model which underwent laboratory tests. As a result, the parameters of the grip strength and the distance from the fruit to the gripper were identified.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.