Diseño y prueba de un agarre de retroalimentación de fuerza para la recogida de plántulas en un trasplantador automático
Autores: Li, Pengfei; Yun, Zhihao; Gao, Kaihang; Si, Laiqiang; Du, Xinwu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Diseño y prueba de un agarre de retroalimentación de fuerza para la recogida de plántulas en un trasplantador automático
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Lesión de plántulas
Fuga de plantación
Detección de fuerza de sujeción de siembra
Pinza de retroalimentación de fuerza
Sensor Hall lineal
Actuador elástico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Apuntando a los problemas de daño a las plántulas y pérdida de plantación debido a la falta de detección y control en tiempo real de la fuerza de agarre de la siembra en trasplante de vegetales, se desarrolló un gripper de retroalimentación de fuerza basado en el elemento Hall lineal. Las propiedades mecánicas del tallo de las plántulas de pimienta fueron analizadas primero para proporcionar una base para el diseño del gripper. Un sensor Hall lineal, un imán, un actuador elástico y una placa de desarrollo Arduino Uno conforman el sistema de detección de fuerza de agarre. Al recoger una plántula, el actuador elástico, que está conectado al imán, se dobla como una viga en voladizo. Como resultado del microdesplazamiento creado por el actuador elástico, el voltaje del sensor Hall cambia y se puede utilizar para determinar la fuerza de agarre. La detección evita el contacto directo entre el sensor y las plántulas de la cavidad, reduciendo el riesgo de daño al sensor. Se utilizaron simulaciones del método de elementos finitos (FEM) para determinar el espaciado inicial entre el imán y el sensor Hall y el efecto del actuador elástico. Se envían comandos de control al servomotor en función de la fuerza de agarre recopilada por la placa Arduino Uno. Finalmente, se logran las funciones de medición precisa, visualización, almacenamiento y control de la fuerza de agarre de las plántulas en la bandeja de cavidades, de modo que se reduce la tasa de daño de las plántulas en la bandeja de cavidades. Para explorar la influencia de los actuadores elásticos en el sistema de detección de fuerza de agarre y el rendimiento del gripper de retroalimentación de fuerza, se realizó una prueba de calibración del sistema de detección de fuerza de agarre y una prueba de trasplante en interiores de plántulas de pimienta. Basándose en la prueba de calibración, el sistema de detección de fuerza de agarre tiene una sensibilidad de 0.0693 V/N, una linealidad del 3.21%, un coeficiente de determinación lineal promedio de 0.986 y un rango de 10 N, que cumplen totalmente con los requisitos de precisión de detección de fuerza de agarre durante el trasplante. Las pruebas en interiores mostraron que el gripper de retroalimentación de fuerza era estable y adaptable. Este estudio puede servir de referencia para detectar y controlar las fuerzas de agarre durante el trasplante.
Descripción
Apuntando a los problemas de daño a las plántulas y pérdida de plantación debido a la falta de detección y control en tiempo real de la fuerza de agarre de la siembra en trasplante de vegetales, se desarrolló un gripper de retroalimentación de fuerza basado en el elemento Hall lineal. Las propiedades mecánicas del tallo de las plántulas de pimienta fueron analizadas primero para proporcionar una base para el diseño del gripper. Un sensor Hall lineal, un imán, un actuador elástico y una placa de desarrollo Arduino Uno conforman el sistema de detección de fuerza de agarre. Al recoger una plántula, el actuador elástico, que está conectado al imán, se dobla como una viga en voladizo. Como resultado del microdesplazamiento creado por el actuador elástico, el voltaje del sensor Hall cambia y se puede utilizar para determinar la fuerza de agarre. La detección evita el contacto directo entre el sensor y las plántulas de la cavidad, reduciendo el riesgo de daño al sensor. Se utilizaron simulaciones del método de elementos finitos (FEM) para determinar el espaciado inicial entre el imán y el sensor Hall y el efecto del actuador elástico. Se envían comandos de control al servomotor en función de la fuerza de agarre recopilada por la placa Arduino Uno. Finalmente, se logran las funciones de medición precisa, visualización, almacenamiento y control de la fuerza de agarre de las plántulas en la bandeja de cavidades, de modo que se reduce la tasa de daño de las plántulas en la bandeja de cavidades. Para explorar la influencia de los actuadores elásticos en el sistema de detección de fuerza de agarre y el rendimiento del gripper de retroalimentación de fuerza, se realizó una prueba de calibración del sistema de detección de fuerza de agarre y una prueba de trasplante en interiores de plántulas de pimienta. Basándose en la prueba de calibración, el sistema de detección de fuerza de agarre tiene una sensibilidad de 0.0693 V/N, una linealidad del 3.21%, un coeficiente de determinación lineal promedio de 0.986 y un rango de 10 N, que cumplen totalmente con los requisitos de precisión de detección de fuerza de agarre durante el trasplante. Las pruebas en interiores mostraron que el gripper de retroalimentación de fuerza era estable y adaptable. Este estudio puede servir de referencia para detectar y controlar las fuerzas de agarre durante el trasplante.