中文摘要：

水果的定向问题在机械化加工水果的过程中以及水果机械化分级、检测中都有广泛的应用。单轴对称水果在输送过程中的自定向问题是利用水果本身的物理特性，借助于机械装置在水果输送过程中自动实现定向的问题。本研究就是要对单轴对称水果在输送过程中的动力学机理进行深入地研究。以刚体动力学为基础, 建立单轴对称水果在输送过程中、有外加约束情况下的自定向力学模型及动力学方程，解决无论系统受何种初始干扰都会在特定外加约束情况下全局趋于渐近稳定的问题，应用李雅普诺夫v(x)函数法研究系统的稳定性、确定稳定的条件以及适合的数值计算方法，揭示单轴对称水果输送过程中自定向的机理，通过实验研究、验证以及ADAMS软件对自定向过程进行动态仿真；确定输送装置合理的运动学、几何学参数，正确揭示单轴对称水果自定向的科学机理，为该类水果定向问题的研究提供必要的理论依据。

结论摘要：

本研究就是要对单轴对称水果在输送过程中有力矩作用（受约束）时的动力学机理进行深入地研究。水果的定向问题在机械化加工水果的过程中以及水果机械化分级、检测中都有广泛的应用。单轴对称水果在输送过程中的自定向问题是利用水果本身的物理特性，借助于机械装置在水果输送过程中自动实现定向的问题。经过近四年的研究，课题组按计划圆满完成了各项研究任务，揭示了单轴对称水果在输送过程中的动力学机理，从理论和试验两个方面回答了单轴对称水果在输送过程中是如何运动的，以什么样的形态来运动，定向是否能够实现，是否稳定，稳定受到什么因素的影响；主动外力矩是如何控制的，从系统的响应和控制两个方面对单轴对称水果的定向问题进行了研究，为水果的自定向问题提供必要的理论依据。主要研究内容概述如下 (1）完成了“单通道水果输送自定向去核试验装置”的设计与试制，该机可以完成杏果、机加工番茄等农产品的定向输送，设备主要包括排行输送装置、加持定向输送装置、水果切分去核装置和电控系统； (2）建立了单轴对称水果在输送过程中无约束、有约束情况下的自定向力学模型及动力学方程； (3）完成了运动稳定性判定。将李雅普诺夫稳定性理论应用于水果的自定向之中，解决了定向系统受初始扰动情况下全局渐近稳定的问题，用李雅普诺夫v(x)函数法对系统的稳定性进行判定、确定了系统稳定定向的条件； (4）应用数值求解的方法以及相平面法进行稳定性分析，得到了相应特定状态下的轨迹图和系统相图，证明系统是整体收敛，渐进稳定的运动； (5）建立了以四元数形式表示的杏果自定向姿态差运动学方程，成功构造控制力矩矩阵，从而为杏果非线性动力学方程的求解以及杏果运动姿态的主动控制提供了可能； (6）连续三年在实地，进行了水果自动定向的试验，很好的对理论研究和仿真分析进行实地验证和测试，获得第一手真实的数据； (7）确定了定向输送装置合理的运动学、几何学参数以及结构尺寸；取得以下重要成果 (1）发表论文13篇，其中三区2篇，四区（核心）10篇，会议1篇，EI收录2篇；SCI源刊录用一篇，EI源刊录用一篇。 (2）获得发明专利授权一项，另一项发明专利已通过实审；2项获实用新型专利授权。 (3）以本项目为主要内容培养研究生6名，其中5名已毕业。 (4）参加国内外学术会议5次， 2015年在全国力学大会分会场作专题报