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作品名称：苹果采摘机器人机械手结构设计与仿真研究
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：含氮碱基队
队伍编号：213934
参赛学生：洪扬孙秉文王硕
指导老师：付广洋
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

本研究是为突破现有采摘机器人的技术瓶颈，解决“效率低、毁果率高、适应性差”的核心痛点，填补国内苹果采摘机器人核心结构设计的短板，推动技术产业化落地，助力苹果产业高质量发展。。国内现有研究缺乏针对苹果生物学特性的整体机械手设计，且鲜有结合静力学与模态分析的系统验证。本研究结合苹果扁球形外观、果梗连接特性，针对性设计升降系统（液压折叠连杆式，可规避梯子使用风险）、机械臂（多关节+大推力轴承，承载直径380mm提升稳定性）与末端执行器（手指打孔设计减重、压力传感器控力），通过科学建模与仿真分析，验证结构设计的合理性与可靠性，降低实际研发风险。既能为国内科研机构提供参考，也能为企业产业化提供技术支撑，推动苹果采摘从“劳动密集型”向“智能装备型”转型，最终实现提升产业效率、降低果农成本、保障苹果产能与品质的目标。

本研究以采摘机器人为研究对象，在结构设计上进行多重创新：其一，在末端执行器中融入应变式压力传感器，通过金属电阻应变效应感知10N夹紧力，避免因力度控制不当导致的毁果；其二，采用五轮行星轮系作为转动机构，实现减速传动，确保机械手缓慢旋转拧断果梗，既提升采摘成功率，又减少果实损伤；其三，在升降系统中设计自锁式液压油缸，当载物台过载时可锁死状态，避免失控脱落，同时具备断电后高度保持功能，降低能耗与设备损耗。为进一步保障性能可靠，研究还通过ANSYS软件开展系统化仿真验证（文档第四章、第五章）：对机械手指、竖向夹片、叶轮等关键零件进行有限元分析，从技术层面解决“好用性”与“可靠性”难题。利用ANSYS软件对上述零件进行了静态结构或动态结构的有限元分析，目的是验证上述零件的结构和选材合理性。由于采果机器人机械臂运动复杂，因此本文仅对机械臂在承受最大载荷的工作状态下进行了分析。