番茄果實(shí)的物理和機(jī)械性能與采摘機(jī)器人的關(guān)系

1、內(nèi)容列表在期刊食品工程雜志中雜志主頁(yè)：Zhiguo Li, Pingping Li, Jizhan Liu江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究所，212013，中國(guó)鎮(zhèn)江文章信息文章歷史：被收入于2010年5月25日收入修訂后的表格于2010年9月14日被公認(rèn)于2010年10月7日在線可閱2010年10月25日關(guān)鍵詞：西紅柿腔室數(shù)目物理性質(zhì)機(jī)械性能采摘機(jī)器人摘要為了更好的設(shè)計(jì)，制造和控制番茄采摘機(jī)器人，選擇的物理性質(zhì)，如高度，直徑，球形，表面積，體積，總質(zhì)量，果皮和膠狀物質(zhì)的質(zhì)量，容積密度，果皮和膠狀物質(zhì)的密度，孔隙度，投影面積，形狀因子和兩個(gè)品種番茄果實(shí)不同腔室數(shù)的曲率半徑，主要通過圖像分析和水平面位移法研究

2、。機(jī)械性能，如靜摩擦和滾動(dòng)摩擦系數(shù)，和斷裂能量，斷裂力，壓縮性，番茄果實(shí)在兩個(gè)裝載位置和裝載坡拉是由載荷試驗(yàn)確定。結(jié)果表明，腔室數(shù)目有一定的物理力學(xué)參數(shù)，如高度，直徑，表面積，斷裂力，壓縮性，摩擦系數(shù)的一個(gè)重要作用（P <0.05）。裝入位置，也表現(xiàn)出一定的機(jī)械參數(shù)，如可壓縮性，一個(gè)重要的作用（P <0.05）。所獲得的屬性密切相關(guān)機(jī)器人的采摘。由Elsevier公司出版的版權(quán)2010保留所有權(quán)利。介紹據(jù)以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，自1995年，中國(guó)已成為世界上最大的番茄生產(chǎn)商。約33.8萬噸西紅柿產(chǎn)于2008年而中國(guó)占約四分之一的世界總生產(chǎn)，其次是美國(guó)和土耳其（糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，2010年）。在中

3、國(guó)，新鮮的市場(chǎng)西紅柿被人類仔細(xì)的采摘下來。由于采摘季節(jié)很短，采摘工作主要集中在短短的時(shí)間內(nèi)，勞工短缺往往限制了種植面積。為了節(jié)省勞工，自20世紀(jì)80年代以來，一些研究人員一直在研究和發(fā)展番茄采摘機(jī)器人（蒙塔等人，在1998年;高橋等人，在2001年；谷濤等人，在2003年;凌等人，在2005年;近藤等人，在2007年; 李等人，在2008年）。在機(jī)械采摘中有一個(gè)主要的問題就是對(duì)果實(shí)的機(jī)械損傷。（Haciseferogullari等人，在2007年。;谷垣禎等人，在2008年）。20世紀(jì)90年代以來，為了減少機(jī)械損傷，正確設(shè)計(jì)和控制設(shè)備，研究番茄果實(shí)的物理和機(jī)械特性已進(jìn)行。過去的研究可歸納為三個(gè)

4、方面。一個(gè)是整個(gè)番茄果實(shí)的物理和機(jī)械性能（維斯瓦納坦等人，在1997年; Jahns等人，在2001年;阿羅拉和庫(kù)馬爾，在2005年；Thiagu等人，在2006年；Varshney等人，在2007年）。另一種是不同的番茄組件的物理和微觀機(jī)械性能，如單番茄細(xì)胞，外果皮和中果皮。（Blewett等人，在2000年；Allende等人，在2004年；Wang等人，在2004、2006年；Matas等人，在2004、2005年；Gloria等人，在2007年；Gladyszewska 和Giupak，在2009年）。還有一種是機(jī)械性能和番茄損傷之間的關(guān)系。（Desmet等人，在2002年；Devau

5、x等人，在2005年；Linden等人，在2006年；Zeebroeck等人，在2007年；Li等人，在2010年）在整個(gè)水果壓縮和微觀的壓縮成熟的各個(gè)階段的變形測(cè)試，已經(jīng)獲得機(jī)械性能，包括破裂和穿透力，在破裂和滲透時(shí)的變形，硬度，彈性系數(shù)和整個(gè)番茄果實(shí)和不同品種及其部件的泊松比模量。已經(jīng)獲得的物理性質(zhì)，主要包括密度，顏色，形狀，體積，質(zhì)量和番茄的孔隙度。所有的屬性對(duì)水果的收割，運(yùn)輸，清洗，包裝，儲(chǔ)存，加工等設(shè)備設(shè)計(jì)都是必要的。（Kabas等人，在2006年;Kilickan 和Guner，在2008年）。由于不同的番茄具有不同腔室的數(shù)目而且一個(gè)特定的番茄材質(zhì)是不均勻的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在機(jī)械采摘

6、期間對(duì)力學(xué)性能和番茄果實(shí)的損傷有重要的影響。（Li等人，2009，2010B）然而，沒有多少人知道物理性質(zhì)，如球形，質(zhì)量和密度果皮膠狀物質(zhì)，在番茄果實(shí)的初始破裂半徑曲率，形狀因子和投影面積的力學(xué)性能，如靜摩擦和滾動(dòng)摩擦系數(shù)，可壓縮性，破裂的能量，斷裂力，從不同的位置裝入都與機(jī)器人的采摘有關(guān)。因此，在上述研究和采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)和參數(shù)控制的需要，在物理力學(xué)和機(jī)械特性中還有一個(gè)很大的知識(shí)缺口。備注：作者通訊方式：電話/傳真：+86 511 88780010。E-mail地址：lizhiguo0821，lipingping（P.李）。0260-8774元/ - 看到前面的問題由Elsevier公司出版

7、的版權(quán)2010保留所有權(quán)利。DOI：10.1016/j.jfoodeng.2010.10.0132.材料和方法 2.1.材料     實(shí)驗(yàn)在2010年4月在江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備和技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。用于這項(xiàng)研究的番茄品種為Fenguan906 andJinguang28。Fenguan906番茄果實(shí)主要有3-4腔室，而Jinguang28番茄果實(shí)主要有5-6腔室。番茄是在成熟階段從揚(yáng)州市蔬菜研究所根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)農(nóng)業(yè)部，1991）被手工收割的。隨后，這些水果運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室，水果的表面被手動(dòng)清洗，在室溫（

8、20±1：63-65RH）環(huán)境下24小時(shí)內(nèi)完成測(cè)試。所有的物理和力學(xué)參數(shù)已經(jīng)進(jìn)行了50種水果的品種與結(jié)構(gòu)的研究。2.2方法    番茄果實(shí)的物理和力學(xué)性能確定有以下六個(gè)步驟。2.2.1種群和重量    首先，西紅柿分成四組，進(jìn)行了排序和標(biāo)記。即，F(xiàn)enguan906西紅柿：三腔室的為1-50號(hào)，四腔室的為51-100號(hào)；Jinguang28西紅柿：五腔室的為1-50號(hào)，六腔室的為51-100號(hào)。然后用精度為0.01 g的電子天平去測(cè)量中等大小的番茄的質(zhì)量。 2.2.2靜摩擦和滑動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定&

9、#160;   三種材料，即307不銹鋼（1），涂漆不銹鋼（2）和橡膠（3）用于本試驗(yàn)中，測(cè)試確定番茄在這些材料表面的靜摩擦和滑動(dòng)摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)測(cè)定通過電動(dòng)臥式單柱試驗(yàn)臺(tái)（型號(hào)AEL，阿里儀器有限公司，鎮(zhèn)江，中國(guó)），如圖 1A。首先，材料板（90*200毫米）與試驗(yàn)臺(tái)用螺栓固定，水果樣品被放在材料的表面，膠帶粘貼在水果的中間并通過繩子與是連接到HF-50數(shù)字推拉力計(jì)測(cè)量鉤相連（范圍：0-50牛，靈敏度：0.01 牛）。隨后，通過控制面板將推拉計(jì)的水平移動(dòng)速度設(shè)置為1.5毫米沒標(biāo)。靜態(tài)摩擦和滑動(dòng)摩擦系數(shù)用以下方程（Coskuner和Karab

10、aba，2007年；Altuntas和Sekeroglu，2008年）：（1）（2）µs是靜態(tài)摩擦系數(shù)，F(xiàn)max是靜摩擦力的最大的值，即相當(dāng)于番茄開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平拉力。µd是滑動(dòng)摩擦系數(shù)，F(xiàn)d是滑動(dòng)摩擦力，相當(dāng)于番茄在移動(dòng)時(shí)的平均水平拉力，而Fn是接觸面受到的力，等于番茄果實(shí)的重量。2.2.3滑動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定    從圖 1b中可以看出，斜坡表面的角度可以由垂直運(yùn)動(dòng)的數(shù)字推拉計(jì)不斷發(fā)生改變，由垂直運(yùn)動(dòng)推數(shù)字。番茄樣品放在圖中所示的位置;斜坡果肩與縱向相切而果軸垂直于斜坡。斜坡跟隨者推拉計(jì)上升而上升。番茄開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的角的由量

11、角器記錄下來而滾動(dòng)摩擦系數(shù)µd可以切線角計(jì)算出來。這些確定摩擦和滾動(dòng)阻力系數(shù)方法已被一些研究人員使用過了。（Alayunt和Cakmak，1998年; Kabas和Ozmerzi2008年）。2.2.4幾何形態(tài)特性的測(cè)定    在確定的摩擦和滑動(dòng)阻力系數(shù)后，將番茄放入XYZ坐標(biāo)系（圖2a）。 番茄的圖像用數(shù)碼相機(jī)（佳能IXUS95IS）有代表性地分別在每個(gè)樣品的中心在垂直XOY，XOZ，YOZ平面距離40毫米的位置拍攝。同時(shí)，準(zhǔn)確的改變版本之間的像素和厘米單位劃定一個(gè)直徑為50毫米標(biāo)準(zhǔn)的圓的。 隨后拍攝的圖像傳送到

12、電腦，由圖像分析程序進(jìn)行處理，程序?yàn)镸atlab R2007a中的預(yù)編程。得到一些物理參數(shù)，如番茄在XOY，XOZ，YOZ平面的投影面積PA和形狀因子SF，高度H，直徑1，直徑2，最大半徑曲徑半徑、最小半徑的曲徑半徑和番茄中間的A，B，C，D的點(diǎn)（圖.2b這方法已成功地由幾個(gè)研究人員應(yīng)用于其它水果（Jahns等人，2001。Khoshnam等人，2007）。 計(jì)算幾何平均直徑D，算術(shù)平均直徑D，球度和表面積S使用以下公式（Karababa，2006年，Goyal等人，2007年）：（3）（4）（5）（6）2.2.5密度和孔隙度的測(cè)定   

13、60;密度是材料的質(zhì)量為m與總體積V的比例，孔隙度e是在材料內(nèi)部空隙的體積分?jǐn)?shù)或空氣空間。果皮的數(shù)量和每個(gè)番茄樣品的凝膠狀物質(zhì)由電子天平測(cè)定。每個(gè)番茄樣品的體積和其成分：果皮Vp和局部凝膠狀物質(zhì)是通過使用水中位移法確定的。番茄果實(shí)的體積密度b、果皮密度p、凝膠部分密度g由Eq計(jì)算出來。 （7）孔隙度e的由Eq計(jì)算出來（8）（Owolarafe等人，在2007年; Mpotokwane等人，在2008年。）（7）（8）  其中m是物質(zhì)的質(zhì)量，M是番茄果實(shí)的總質(zhì)量，V是水果的總體積，Vp是的果皮體積，p是 果皮密度，g的膠狀物質(zhì)部分密度。2.2.6

14、機(jī)械性能的測(cè)定      為了確定番茄果實(shí)的機(jī)械性能與番茄的品種，腔室數(shù)目和裝入位置，對(duì)番茄果實(shí)壓縮實(shí)驗(yàn)采用質(zhì)地分析儀TA-TX2（紋理技術(shù)公司，紐約，美國(guó)）進(jìn)行測(cè)試。分析儀在第一次測(cè)試前用一個(gè)5公斤的重物校準(zhǔn)。它配備了直徑40毫米的感光探頭測(cè)試。設(shè)備設(shè)置如下：1.5毫米每秒的速度測(cè)試（準(zhǔn)靜態(tài)加載）;距離，進(jìn)入到番茄10毫米。測(cè)試點(diǎn)在番茄的腰部（1）橫墻組織CW和（2）的凝膠組織L時(shí)，如圖 2B1-B4。位置1對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相鄰的果肩之間的凹谷，位置2對(duì)應(yīng)于一個(gè)果肩的中間。 番茄樣本被放置在底板上，且被平行移動(dòng)的探頭按

15、住直到果實(shí)破裂，同時(shí)力-形變之間的曲線實(shí)時(shí)記錄。這樣諸如番茄破裂時(shí)的能量和力，番茄的可壓縮性、負(fù)載斜坡等機(jī)械性能就能夠從記錄的曲線中提取出來。采用SAA9.1軟件，在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上對(duì)結(jié)果進(jìn)行方差分析，可以得出a = 0.05。3結(jié)果與討論    3.1物理性質(zhì)在表1中呈現(xiàn)了兩個(gè)番茄品種的物理性質(zhì)，統(tǒng)計(jì)分析表明腔室數(shù)目對(duì)高度，直徑，算術(shù)平均數(shù)直徑，幾何平均直徑，球形的表面積有著顯著影響（P <0.05），但它對(duì)沒有成交量、孔隙度、總質(zhì)量和容重并沒有顯著影響。從品種Fenhong906的平均高度，直徑，算術(shù)平均數(shù)直徑，幾何平均直徑，球形表面積等數(shù)據(jù)比從J

16、inguan28測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)要更低些。3.1.1結(jié)構(gòu)和幾何性質(zhì)    兩個(gè)番茄品種的高度范圍內(nèi)的變化5.72-6.47厘米。兩個(gè)番茄品種的直徑變化范圍內(nèi)6.98-7.53厘米的范圍內(nèi)。算術(shù)和幾何平均數(shù)兩個(gè)番茄品種的直徑介于6.59至7.15厘米分別為6.56至7.13厘米。兩個(gè)番茄品種的表面面積、體積、總質(zhì)量分別為從136.77、161.18平方厘米，140.55至176.24 立方厘米和143.47至162.87克，。兩個(gè)番茄品種的投影面積不同，分別為32.95至42.88厘米和34.48至43.59厘米，。三腔和四腔的Fenguan906

17、番茄的果皮和凝膠成分被發(fā)現(xiàn)分別是127.71-31.94克，109.24-25.38克，五腔和六腔的Jinguan28番茄的果皮和凝膠成分被發(fā)現(xiàn)分別是114.81-28.66 g和126.74-36.13g，三腔和四腔的Fenguan906番茄的果皮和凝膠成分密度分別1.050.96克/立方厘米，1.091.04克/立方厘米，五腔和六腔的Jinguan 28番茄的果皮和凝膠成分密度分別為1.01-0.99克/立方厘米，0.95-1.07克/立方厘米。三腔和四腔的Fenguan906番茄的孔隙度分別為6.49-11.5，五腔和六腔的Jinguan28番茄的孔隙度分別為9.39-4.78

18、經(jīng)過回歸分析后兩個(gè)番茄品種之間的關(guān)系被表示在表2當(dāng)中，系數(shù)R平方的測(cè)定表明，M/H、 M/D1、 M/D2、 M/Dg、M/U 和M/S間的比值是非常重要的。這表明位于高度，直徑1，直徑2，幾何平均直徑，球形和表面面積與番茄果實(shí)的質(zhì)量密切相關(guān)，尤其是表面的面積。在機(jī)器人的采摘時(shí)，穩(wěn)定的手指握力，需要從摩擦系數(shù)和質(zhì)量來計(jì)算出穩(wěn)定的手指握力，但是番茄果實(shí)的質(zhì)量不能直接從電子稱中測(cè)量到。但質(zhì)量可以從番茄的表面積和質(zhì)量之間的測(cè)定系數(shù)得出，從這個(gè)看，機(jī)器人視覺系統(tǒng)獲得的兩個(gè)番茄品種的表面積信息，進(jìn)而對(duì)番茄果實(shí)的質(zhì)量來預(yù)測(cè)3.1.2形態(tài)特征    Fenguan90

19、6和Jinguan 28番茄果實(shí)的球度分別從92.5到92.99和94.85，95.14。 三腔和四腔的Fenguan906番茄的形狀因子在XOY平面為0.91-0.90 ,在XOZ平面0.85-0.78，在YOZ平面為0.84-0.85。五腔和六腔的Jinguan番茄的形狀因子在XOY平面為 0.89-0.90，在XOZ平面為0.88-0.84，在YOZ平面為 0.86-0.84。番茄果實(shí)如圖2在A、B、C、D點(diǎn)曲率半徑在表3中表述，RX和RZ在赤道的番茄果實(shí)的曲率半徑與x和z的參考坐標(biāo)系有關(guān)，如圖3中的O1和O2。 rmin和rmax分別是番茄果實(shí)在赤道的最低和最大的的

20、曲率半徑輪廓。Fenguang906三、四腔的番茄在XOY平面的曲率半徑分別從0.96變化到25.85厘米和1.82至19.83厘米。Jinguan 28五、六腔的番茄在XOY平面的曲率半徑分別從1.04變化到28.57厘米和1.13至23.7厘米。此外，三個(gè)腔室 Fenguan906的番茄果實(shí)的曲率半徑在A，B，C，D點(diǎn)相對(duì)于x和z軸當(dāng)?shù)氐膮⒄障捣謩e為3.52-3.91-2.03-25.85厘米和3.89-3.15-2.12-11.85厘米。四個(gè)腔室 Fenguan906的番茄果實(shí)的曲率半徑在這些點(diǎn)相對(duì)于x和z軸當(dāng)?shù)氐膮⒄障捣謩e為5.79-6.57-16.53-18.79厘米和3.30-6.

21、91-8.45-10.72厘米。五個(gè)腔室Jinguan28的番茄果實(shí)的曲率半徑在這些點(diǎn)相對(duì)于x和z軸當(dāng)?shù)氐膮⒄障捣謩e為5.05-5.72-5.68-28.57厘米和4.31-5.37-4.25-13.95厘米。五個(gè)腔室Jinguan28的番茄果實(shí)的曲率半徑在這些點(diǎn)相對(duì)于x和z軸當(dāng)?shù)氐膮⒄障捣謩e為23.7-5.87-1.35-3.42厘米和10.77-4.39-1.38-2.62厘米。 當(dāng)一個(gè)對(duì)象被一對(duì)平行的手指抓住，這個(gè)手指的是穩(wěn)定邊界，當(dāng)且僅當(dāng)（蒙大拿州，1992年）：，（9），其中R1x和R2X之間的相對(duì)曲率半徑，在第一和第二接觸點(diǎn)相對(duì)于手指和對(duì)象當(dāng)?shù)氐膮⒄障担謩e在X軸;

22、60;R1z和R2z相對(duì)曲率半徑在第一次和第二次接觸當(dāng)?shù)氐膮⒄障?，分別在Z軸的相對(duì)點(diǎn);RT手指分別為的表面和番茄在接觸點(diǎn)的曲率半徑。    因此，對(duì)于番茄采摘機(jī)器人的必要條件是掌握機(jī)器人的手指穩(wěn)定（圖3）即方程（9）得到滿足。在基礎(chǔ)點(diǎn)時(shí)番茄果實(shí)在A，B，C，D的曲率半徑及機(jī)器人手指為平面及立體是參數(shù)在表3有了相應(yīng)的表述。首先必須是機(jī)器人手指表面平滑并且接觸點(diǎn)為A，B或C，D，這是因?yàn)樗械氖种副砻娴那拾霃绞钦裏o窮大，手指和番茄在接觸點(diǎn)A，B，C，D之間的相對(duì)曲率半徑分別等于番茄果實(shí)的曲率半徑。就是說，RAx RAz ; RBx RBz = rAx rA

23、z ; rBx rBz , RCx RCz; RDx RDz = rCx rCz; rDx rDz .當(dāng)手指表面是圓柱形，在接觸點(diǎn)A，B，C，D的曲率相對(duì)半徑在X軸為 RAx RBx RCx RDx = rf rAx/(rf rAx ) rf rBx/(rf rBx) rf rCx/(rf rCx) rf rDx/(rf rDx) ，在Z軸上為 RAz RBz RCz RDz = rAz rBz rCz rDz 根據(jù)穩(wěn)定抓取標(biāo)準(zhǔn)，判定手指是否從A，B或C，D點(diǎn)穩(wěn)定抓取番茄果實(shí)的結(jié)果羅列表4當(dāng)中。例如，當(dāng)機(jī)器人的手指表面是平面，手指不能從A，B點(diǎn)穩(wěn)定的抓取三腔番茄果實(shí)，但無需任何條件就可以從C，

24、D點(diǎn)穩(wěn)定的抓取三腔番茄果實(shí)。當(dāng)機(jī)器人的手指表面是圓柱形的，如果3.52<RF<3.69厘米或RF>3.91厘米，那么手指可以從C，D點(diǎn)穩(wěn)定把握三腔番茄果實(shí)。這是有助于確定收獲番茄時(shí)機(jī)器人的手指的在番茄中間位置最佳把握地區(qū)。在機(jī)器人采摘時(shí)，手指抓穩(wěn)策略的第一步的應(yīng)該是根據(jù)式（9）選擇抓取位置，隨后調(diào)整末端效應(yīng)器的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)番茄果實(shí)穩(wěn)定的抓取。選擇適當(dāng)?shù)淖ト∥恢媚芄逝紝⒎训臋C(jī)械損傷程度降到最低，然而對(duì)于在中間部位沒有找到適當(dāng)抓取的位置的番茄，在手指抓取番茄后，接觸點(diǎn)的番茄曲率半徑將會(huì)隨著抓取力度的增加而增加，直至公式（9）被滿足。機(jī)械損傷的程度將會(huì)隨著番茄壓縮程度增加而增加

25、3.2機(jī)械性能3.2.1機(jī)械參數(shù)    番茄作為一個(gè)變量，在不同腔囊數(shù)及裝載位置時(shí)，它的破裂能量、破裂力、壓縮性和負(fù)載斜坡的均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差羅列在表5中。在所有情況中，fenguan906四室番茄果實(shí)在裝載位置為CW時(shí)獲得了最高破裂能量3.23J，而三腔番茄果實(shí)在裝載位置為CW時(shí)，獲得了最低破裂能量1.98J.擁有對(duì)稱內(nèi)部架構(gòu)的番茄果實(shí)需要更高的斷裂能量，尤其是六腔的Jinguan 28番茄果實(shí)。品種Fenguan906的番茄果實(shí)平均斷裂能量比Jinguan 28品種的更低些，統(tǒng)計(jì)分析顯示腔室數(shù)目和裝載位置對(duì)番茄果實(shí)的破裂能量沒有顯著影響（P <0.

26、01）。在這項(xiàng)研究中，番茄果實(shí)的高度、直徑、腔室數(shù)有著顯著的區(qū)別;這間接表明，尺寸上沒有顯著影響果實(shí)破裂能量。 kilickan和Guner（2008）報(bào)道，大小沒有顯著影響橄欖果實(shí)的斷裂能。破裂力隨著番茄果實(shí)心室數(shù)目的增加而增大。加載在L位置破裂力是略高于加載在CW位置的破裂力。品種為fenguan906的番茄果實(shí)的平均破裂力（46.92N）比Jinguan 28品種（76.02N）少。統(tǒng)計(jì)分析表明，腔室數(shù)有顯著的影響番茄果實(shí)的破裂力，但加載位置不同。當(dāng)番茄破裂時(shí)，壓縮是相對(duì)變形（2008年Kilickan和Guner）。統(tǒng)計(jì)分析表明：腔室的數(shù)量和裝載位置，對(duì)番茄果實(shí)壓縮有顯著的效

27、果（P <0.01）。三腔和五腔的番茄果實(shí)有不對(duì)稱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，四腔和六腔的番茄果實(shí)有對(duì)稱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖2）。擁有不對(duì)稱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的番茄果實(shí)在被加載從CW和L位置時(shí)，有近似壓縮值。而壓縮值區(qū)別不大的原因是番茄果實(shí)的真實(shí)結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)略有不同（圖2B1和B3）。擁有對(duì)稱內(nèi)結(jié)構(gòu)的番茄果實(shí)，與加載在CW位置相比，在L位置上具有更高的壓縮值。原因是，CW組織比L組織具有較大的阻力。而隨著番茄果實(shí)腔室數(shù)目的增加，可壓縮性逐漸下降。原因在于橫墻組織增加并且隨著番茄有更多的腔室數(shù)目，它的阻力增加。品種Fenguan906番茄果實(shí)初始破裂時(shí)平均可壓縮性（16.02）高于Jinguan 28 (9.18%).

28、 （9.18）。加載在CW位置的番茄平均可壓縮性（11.97），總是比那些加載在L位置的低（13.23）。在所有情況下，番茄果實(shí)的最高可壓縮性（17.85）為裝載在位置L上的Fenguan906四腔番茄果實(shí)。裝載斜坡是衡量果實(shí)硬度的措施?？梢钥闯鰪谋?中，在淡紅色的成熟階段Fenguan906番茄的硬度低于Jinguan 28。根據(jù)以上分析，對(duì)具有對(duì)稱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的番茄果實(shí)，所需的破裂力會(huì)更加小并且當(dāng)機(jī)器人手指從CW位置而不是L位置抓取番茄時(shí)，裝載斜坡高度將會(huì)更高。因此，當(dāng)速度模式用于在采摘機(jī)器人抓取控制策略時(shí)，從CW抓取番茄會(huì)比從L抓取更容易破裂。3.2.2摩擦和滾動(dòng)阻力系數(shù) 

29、60;  表6顯示了兩個(gè)番茄品種在不銹鋼，涂漆的不銹鋼和橡膠表面計(jì)算的靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦。Fenguan906果實(shí)在不銹鋼上靜態(tài)摩擦系數(shù)從0.375到0.488不等，在漆不銹鋼上為0.408到0.641，在橡膠上0.396到0.503，Jinguan 28在不銹鋼上是0.437到0.483，在涂漆不銹鋼上是0.612到0.622，在橡膠上0.511到0.534。fenguan906果實(shí)在不銹鋼上滑動(dòng)摩擦為0.352至0.47，涂漆不銹鋼：0.387至0.618，橡膠：0.383到0.474; Jinguan 28不銹鋼0.409-0.453，涂漆不銹鋼0.587-0.593，在

30、橡膠0.491-0.507。根據(jù)測(cè)試,三因素方差分析表明，品種、腔室數(shù)量和材料對(duì)番茄果實(shí)靜動(dòng)摩擦系數(shù)有重大影響（P<0.05）。同時(shí)在比較試驗(yàn)Fishers LSD中（a=0.05），就番茄果實(shí)靜滑動(dòng)摩擦系數(shù)而言，Jinguan 28 品種明顯高于fenguan906品種，其動(dòng)靜摩擦系數(shù)分別為0.53940.4434和0.51200.4227。根據(jù)alayunt的意見（alayunt和cakmak，1998），這可以歸因于番茄果實(shí)的圓形狀，水含量和組織結(jié)構(gòu)的，由于Jinguan 28番茄果實(shí)的球形和加載邊坡，在所得到的物理參數(shù)上，Jinguan 28均高于fenguan906。四，五和六

31、腔西紅柿摩擦系數(shù)彼此間沒有顯著差異，但三腔的番茄摩擦系數(shù)與四腔番茄果實(shí)有顯著不同的。三腔番茄果實(shí)平均摩擦系數(shù)小于四室番茄果實(shí)。最高的動(dòng)靜摩擦系數(shù)是在涂漆不銹鋼上為0.595，和他們的均值為0.5681。橡膠和不銹鋼在番茄果實(shí)靜摩擦系數(shù)上無顯著性差異的，而橡膠上具有比不銹鋼更高的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。這是由于摩擦表面性能（Ozguven和Vursavus，2005年）。類似的結(jié)果，也曾被Kabas和Ozmerzi（2008）在櫻桃番茄果實(shí)中發(fā)現(xiàn)，被Jannatizadeh等（2008年）在伊朗杏中發(fā)現(xiàn)，被naderiboldaji等人（2008年）在甜櫻桃中，被Jahromi等發(fā)現(xiàn)在棗椰子中 

32、（2008年），被Caliir等在野生梅花（2005年）中發(fā)現(xiàn)。    根據(jù)F檢驗(yàn)，對(duì)于番茄果實(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)，三因素方差分析表明，品種，腔室數(shù)目和材料沒有顯著影響的番茄果實(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)。 滾動(dòng)阻力系數(shù)平均為0.5208。在使用機(jī)器人的手指抓番茄果實(shí)的過程中，番茄果實(shí)直接接觸的表面材料通常包括不銹鋼，涂漆不銹鋼，橡膠（凌等，2005;陳等，2006; Kondo等，2007;劉等人。2008年）。因此，為了防止采摘時(shí)番茄從機(jī)器人的手指滑落，根據(jù)Chen and Glossass的觀點(diǎn)對(duì)于150克重的四腔Fenguan906番茄果實(shí)，

33、接觸面為不銹鋼時(shí)，抓力應(yīng)不小于1.51，漆不銹鋼不小于1.15 N，橡膠不小于1.46 N。（Glossas和Aspragathos，2001年，陳等，2006年）。4。結(jié)論    如今，如何防止機(jī)械損傷果實(shí)是在機(jī)器人的采摘關(guān)注的焦點(diǎn)。在這項(xiàng)研究中，為更好地設(shè)計(jì)，制造和控制收獲機(jī)器人，與番茄果實(shí)相關(guān)一些物理和力學(xué)性能被確定。結(jié)果可歸納如下：總結(jié)如下：（1）諸如平均高度，直徑，算術(shù)平均直徑，幾何平均直徑，面積，體積，質(zhì)量，體積密度，番茄果實(shí)之間孔隙度的結(jié)構(gòu)和幾何性質(zhì)分別為5.72和6.47厘米，7.53厘米，6.98，6.59和7.15

34、厘米，6.56和7.13厘米，136.77和161.18平方厘米，140.55和176.24厘米，143.47和162.87，0.92和1.04克/厘米和4.78%和11.5%，。這些參數(shù)是必要的適當(dāng)?shù)臋C(jī)制設(shè)計(jì)的番茄收獲機(jī)器人（2）測(cè)定系數(shù)R的平方表明，表面面積為番茄質(zhì)量最密切相關(guān)的物理量。結(jié)果表明，番茄果實(shí)的質(zhì)量可以從表面積得以預(yù)測(cè)，而兩個(gè)品種番茄的表面積可以從采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)得到。（3）番茄果實(shí)的形態(tài)特征如平均球形，形狀因子，曲率半徑范圍分別為在92.5和95.4，0.78和0.91和0.82和28.57厘米，。為了使番茄采摘機(jī)器人穩(wěn)定抓取，這些參數(shù)將被用于確定在采摘時(shí)機(jī)器人手指在番茄中

35、間地帶最佳的抓取位置。（4）腔室的數(shù)量和裝載位置，對(duì)某些力學(xué)參數(shù)，如番茄果實(shí)斷裂力和壓縮的初始破裂表現(xiàn)出顯著的影響。品種，腔室數(shù)目和材料對(duì)靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦有重要作用（P <0.005） 但對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)并沒有顯著的效果。根據(jù)所獲得的力學(xué)性能，用機(jī)器人的手指從CW位置抓取番茄的新方法能夠被提出，這個(gè)方法能減少機(jī)器人的采摘時(shí)，具有對(duì)稱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的番茄果實(shí)破裂的概率。   感謝 這項(xiàng)工作是由由江蘇省研究專項(xiàng)項(xiàng)目（第CX09B_206Z），國(guó)家自然科學(xué)項(xiàng)目，中國(guó)科學(xué)基金（編號(hào)50905076）和江蘇省教育委員會(huì)基金會(huì)（第09KJD210002）撥款支

36、持。在此作者感謝他們的幫助。表1兩個(gè)番茄的物理特性特性Fenguan906Jinguan28特殊實(shí)驗(yàn)三腔室四腔室五腔室六腔室高度（厘米）直徑1（厘米）直徑2（厘米）算術(shù)平均直徑（厘米）幾何平局直徑（厘米）圓球度（百分比）表面積（平方厘米）體積（立方厘米）孔隙度（百分號(hào)）重量（克）總重果皮重凝膠重密度大部分密度果皮密度凝膠密度投影面積PA（平方厘米）形狀因子SF表2兩種番茄品種的物理特性間的關(guān)系品種Fenguan906Jinguan208回歸系數(shù)回歸系數(shù)M/H2546960984524885409503M/D12047690982521430409596M/D221102609839218467

37、09633M/2228620984922729609594M/15613020963617036109104M/S10760099390983609841表3番茄果實(shí)在A，B，C，D點(diǎn)和機(jī)器人手指的半徑曲率半徑曲率r(厘米)和距離d（厘米）Fenguan906Jinguan28手指表面情況三腔室四腔室五腔室六腔室平面圓柱3.523.435.794.395.058.3323.7011.87rf3.915.236.575.285.724.455.875.182.033.0616.537.975.684.931.351.5625.8513.7418.796.6528.5743.313.423.333.892.733.303.414.314.9510.779.803.154.286.918.345.372.654.392.922.121.658.452.164.252.351.384.2911.857.3610.723.2313.955.262.621.350.960.761.820.821.041.091.131.2425.8513.7419.835.7528.5743.3123.7011.877.290.566.980.667.260.787.530.8