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基于旋量理论的六自由度林果采摘混联机械臂运动学逆解 总被引：1，自引：1，他引：0
针对传统Paden-Kahan子问题求解机械臂运动学逆解时需确定关节轴线交点坐标的问题,对该子问题进行改进。利用末端执行器位姿信息获取轴线交点坐标,建立物体坐标与末端执行器期望位姿的映射关系,结合子问题求解6自由度林果采摘机械臂运动学逆解;根据主动关节变量取值范围分析所求逆解的可行性,得到可行封闭解,提高机械臂控制速度、稳定性和准确性。在实验室环境下利用所提出的算法求解10组工作目标位置信息对应的关节值,结果表明,所求逆解能使林果采摘机械臂到达正确位姿,末端执行器最大位置误差不超过夹持器最大开度的3.30%,最大姿态误差不超过1?,满足采摘要求。该算法为机械臂快速、稳定及精确地控制提供技术依据。 相似文献
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基于关节构形空间的混联采摘机械臂避障路径规划 总被引：5，自引：3，他引：2
针对混联采摘机器人在非结构性环境中进行避障采摘作业的要求,该文提出了一种基于关节构形空间的混联采摘机械臂避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物的几何特征,对机械臂及障碍物模型进行合理简化,通过分析末端执行器目标点和串联机械臂结构参数选取合适的并联机械臂动平台目标点,然后采用遍历法构建串联机械臂关节构形空间,并利用快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法搜寻串联机械臂无撞路径,再通过同样的方法获得并联机械臂关节空间障碍物映射模型和无撞路径,最后综合串、并联机械臂的无撞路径,获得混联机械臂整体的避障路径。仿真和试验结果表明,文中所提出的算法搜索的避障路径能够驱动采摘机械臂避开工作空间内的障碍物,引导末端执行器到达目标点。 相似文献
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为提高芒果采收车机械化采摘的适应性,该研究采用多体动力学理论方法对其机械臂的运动特性进行分析。首先,结合芒果生长和农艺特征及采摘机械臂几何构型与向量特性,运用D-H法建立了机械臂运动学模型以探索其运动特性,并进行末端执行器运动轨迹规划。轨迹规划结果表明末端执行器运动平稳,满足芒果采摘运动要求。进一步地,利用拉格朗日法构建了机械臂的动力学模型,对其进行了正逆动力学仿真验证,以深入了解机械臂的关节运动特性。动力学分析结果表明,在恒力矩工况下,伸缩装置和摆动装置的运动呈现一定的周期性,摆动装置、旋转装置角加速度和伸缩装置加速度均约在1.25、2.3、4.15 s达到阶段峰值;在仅做摆动周期运动的情况下,旋转装置、摆动装置所受驱动力矩均近似呈周期性变化,峰值分别为72.5与52 N·mm,且在一个运动周期内,均有两个极大值点。对机械臂结构进行仿真模态计算和模态试验,结果表明前六阶固有频率误差在5%以内,验证了芒果采收车机械臂多体动力学仿真建模的准确性。研究结果可为保证有效实现机械臂的采摘效果及提高其可靠性与稳定性提供依据。 相似文献
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立体苗盘管理机器人的机械臂参数优化与试验 总被引：3，自引：3，他引：0
为使立体苗盘管理机器人的机械臂能够在植物工厂狭窄的作业环境下,灵活、高效地完成目标工作空间的所有搬运和喷洒动作任务需求,同时尽量减小机械臂的操纵空间和结构尺寸,采用理论与试验相结合的方法对机械臂参数进行了优化设计。首先采用D-H法建立了机器人的运动学模型,然后通过工作空间分析确定出优化参数的工作空间约束条件。在此基础上,以"距离最短"和"结构紧凑"为性能指标建立目标优化函数,并利用遗传算法求解出最优的大臂杆长648 mm、中臂杆长472 mm和小臂杆长396 mm,最优机械臂关节转角极限值为96°、68°和126°。最后进行机器人样机的搬运和喷洒运动规划试验,并借助高速摄像系统标记机械臂末端运动轨迹坐标。试验结果表明:优化后的机械臂能够到达目标工作空间的所有极限位置及其他特征位置点,最大绝对定位误差为9.8 mm,最大相对定位误差为0.98%,在允许的误差范围内,能够满足机械臂工作空间对目标工作空间的有效包容。 相似文献
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番茄串收机械臂运动规划方法与试验 总被引：1，自引：1，他引：0
番茄串的采收环境复杂,果实体积相对较大,机械臂采收运动路径规划不仅要考虑如何采摘,还需要考虑采摘后如何避开障碍,并从复杂环境中提取出番茄串。为此,该研究以温室栽培的番茄串采摘为对象,提出了基于空间分割的实时运动路径规划算法。首先通过聚类拟合环境中的枝条,简化空间障碍物;然后分割采摘空间,筛选可行采摘空间,并引入评价函数选取最优采摘空间,指导机械臂以合理有效的姿态完成采摘;最后在采摘任务的基础上加入实时避障子任务,引导机械臂躲避障碍完成任务,保证采摘番茄串任务安全无损。在以上研究的基础上,通过大量采收试验验证算法的有效性。试验结果表明:通过基于空间分割的实时运动路径规划算法,采收机器人的单串番茄采摘时间为12.51 s,且采摘成功率接近100%。与目前主流的采样算法RRT*-connect相比,单串番茄的采摘时间降低了31.23%,大幅提高了采摘效率。 相似文献
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基于旋量理论的混联采摘机器人正运动学分析与试验 总被引：4，自引：4，他引：0
为满足油茶果机械化、自动化采摘的要求,避免利用传统的Denavit-Hartenberg(D-H)参数法对机器人进行运动学分析时的缺陷,提出了一种基于旋量理论构建混联采摘机器人运动学方程的方法。根据混联采摘机器人机械臂的结构特点进行简化;基于所提出的方法建立了机器人正运动学方程,获得末端执行器的位置正解;随机选取5组关节变量值,得出末端执行器在基础坐标系各坐标轴上的最大绝对位置误差为10.4 mm,远小于末端执行器200 mm的开度,满足该机器人末端执行器的采摘工作要求,验证了通过文中所提出的方法建立混联采摘机器人运动学正解方程的可行性及方程的正确性。该研究可为后续开展混联采摘机器人控制方法和轨迹规划研究提供参考。 相似文献
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基于改进PSO的模糊PID高枝修剪机械臂末端抑振算法与试验 总被引：2，自引：1，他引：1
针对设计的高枝修剪机械臂定位过程易产生振动,难以快速、准确地将待修树枝对入锯切口的问题,分析大臂展、高负载自重比臂架系统的柔性特征,在此基础上研究末端修枝锯的抑振控制方法,实现末端修枝锯的快速精准定位。首先介绍了高枝修剪机械臂结构和工作原理,分析了臂架系统的柔性特征对末端修枝锯定位产生的影响;其次通过结构关系推导和有限元方法建立了机械臂的数学模型并进行动力学分析,并设计基于改进粒子群离线优化的模糊PID控制方法,实现了对末端修枝锯的主动抑振控制;最后分别在Simulink环境中和样机系统上进行了数值仿真和试验验证。综合仿真和试验结果表明:该文设计的控制方法可以实现末端修枝锯的主动抑振,定位过程中修枝锯能够在短时间内进入稳态,超调量不足开环状态下的50%,震荡调整时间小于1 s,经1 s后振幅衰减至峰值的5%以下,从而达到了较好的末端抑振效果,改善了修枝锯的定位性能,提高了高枝修剪机械臂的作业效率。相关研究可为其他具有一定相似柔性特征的机械提供末端抑振和精准定位的控制经验参考。 相似文献
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末端执行器是水果采摘机器人的核心部件，由于目前水果采摘对象种类繁多，结构及参数固定的采摘末端执行器无法适应多场合采摘作业需求。该研究设计了一种欠驱动关节型采摘末端执行器，模拟人手包络采摘动作，并以柑橘为对象模拟球型果实对末端执行器进行结构设计。为改善此类末端执行器重复设计情况，并提升采摘适用性，提出一种基于改进遗传算法的参数化设计方法。运用 Microsoft Visual Studio 2012开发平台设计参数化界面，采用改进遗传算法结合NX的二次开发模块 NXOpen对末端执行器进行结构参数优化，并基于Adams对优化后的采摘末端执行器进行动力学仿真分析，验证了优化后的末端执行器采摘范围较优化前提升了29.1%。制作物理样机并分别进行室内与果园柑橘采摘试验，果径68～106 mm的柑橘采摘成功率达到92.9%，平均采摘单个柑橘用时7.3 s。所设计的末端执行器针能够针对不同果径的球形果实时做出快速变形反应，适合苹果、梨等不同种类球型果实采摘作业。采用遗传算法应用至优化机构工作参数，提高了机构设计的准确性与适用性。 相似文献
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高枝修剪机姿态协调控制与精准锯切定位 总被引：1，自引：1，他引：0
修枝是林业抚育管理的重要措施之一,但适用于高大树木的修枝机械尚处起步阶段。针对目前国内外修枝机械普遍存在作业高度不足、灵活性不高,操作人员劳动强度大、作业危险性高等问题,设计研发了一种高枝修剪机及其控制系统,实现15 m以内高大树木的修枝作业。本文详细阐述了高枝修剪机的工作原理,基于多自由度修剪机械臂正、逆运动学进行锯切定位分析,提出了修剪机的机械臂姿态协调控制与末端修枝锯的锯切定位方法,辅以末端摄像头观察待修树枝的相对位置,通过人机交互界面实现修枝臂协调控制和锯切定位调整,自动化实现升降台、回转台和修剪机械臂姿态调整。此外,通过在开放场地进行样机修枝试验及误差测量与补偿,试验结果表明:在回转台转角固定情况下,本文设计的控制系统和控制方法可以实现末端修枝锯在空间2个坐标轴上的定位标准差均小于5 mm,在作业高度15 m、作业半径6 m的范围内,与同类机械相比具有更高的相对定位精度,能够实现精确定位和锯切作业。 相似文献
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采摘机械手对扰动荔枝的视觉定位 总被引：8，自引：8，他引：0
为了解决采摘机器人在自然环境中对扰动状态荔枝的视觉精确定位问题,该文分析机械手采摘过程中荔枝产生扰动的因素,设计制造了模拟荔枝振动的试验平台,该试验平台通过改变方向、振频、振幅等振动条件来模拟采摘过程中的扰动环境;结合振动平台运动参数,提出了双目立体视觉系统采集扰动状态的荔枝图像方法,在HSI颜色空间中对预处理后荔枝图像利用模糊C均值聚类法(FCM,fuzzyC-means)分割荔枝果实和果梗,然后利用Hough变换算法进行直线拟合确定有效的果梗采摘区域和采摘点,对多帧图像中采摘点坐标取平均值,然后进行三维重建确定空间采摘点坐标。荔枝扰动状态的视觉定位试验结果表明,空间定位深度值误差小于6cm,荔枝采摘机械手能实现有效采摘,该研究为机械手实际作业提供指导。 相似文献
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基于体感交互的仿上肢采摘机器人系统设计与仿真 总被引：1，自引：1，他引：0
为提高农业自动化程度,保持农业机械化水平,提高农业生产效率,该文设计了一种基于仿生学,能够实时模仿人类上肢采摘行为的果实采摘机器人系统。该文首先分析了当操作者的采摘动作发生时,系统利用深度相机Kinect采集人体关节骨架信息,通过空间向量计算,计算出关节的位置偏移量和骨骼转动角度等信息,利用这些特征构建人体三维骨架模型;其次分析了人体上肢的生理学结构和自由度,依据仿生学的特点建立了人体上肢五自由度运动学模型。系统将识别到的动作指令发送到动作执行模块,带动机械臂的转动。最后,为了验证模型的有效性,进行了机器人动作模仿仿真试验,统计了系统对动作的识别率。分析结果表明,系统对采摘动作的平均识别率为90%以上,从而验证了原理设计的有效性。该系统设计可为五自由度机械臂模型的开发和控制提供参考。 相似文献
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禽蛋自动捡拾系统结构设计及机械手运动规划 总被引：1，自引：1，他引：0
针对目前国产自动集蛋设备自动化程度低,无法满足自动化禽蛋生产需要的问题,设计了包括禽蛋运输装置、震动矫正装置和捡拾执行装置的禽蛋自动捡拾系统,开发了禽蛋捡拾控制系统,实现了传送带上禽蛋的自动捡拾装盘功能;分析确定了捡拾机械手提升舵机输出力矩和吸盘吸气压力参数,优选了捡拾机械手的提升舵机和抽气泵,研究了机械手路径规划、追踪路线预估及取蛋-放蛋方案,加工了禽蛋自动捡拾系统样机,开展了样机捡蛋成功率、捡拾速率和取蛋-放蛋方案优化试验。试验结果表明:该装置操作简单、定位可靠,捡拾机械手捡蛋成功率达到98.3%,捡蛋入盘操作速率每次最快达2.4 s;禽蛋自动捡拾系统采用从传送带远离机械手一侧开始同向取蛋与蛋托左端靠近机械手一侧开始同向放蛋的组合,捡拾30枚鸡蛋平均所用时间最短为73.2 s。该研究为禽蛋自动化生产中的捡拾系统结构设计提供了参考。 相似文献
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果蔬培育过程涉及采摘、喷雾、剪枝等多种作业内容,为此该文提出了一种三臂多功能农业智能机器人,各机械手臂具有不同的作业功能,同时每2条手臂之间又可实施协同作业;建立该机器人的运动学模型是实现该系统多功能作业的前提,为此该文采用D-H方法建立了机器人连杆坐标系,分别推导了视觉系统、剪切执行器、采摘执行器、喷洒执行器的运动学方程,实现了运动学正解;采用代数方法得到了封闭形式的运动学方程逆解,求解了在采摘和喷洒模式下的各末端执行器包络空间,选取包络空间中的若干特征点作为试验样本,并为该机器人系统搭建了用以检验其执行精度的三维坐标系。试验结果表明,该机器人系统的运动模型能够指导各末端执行器完成指定动作且最大误差仅为8 mm,误差远远小于末端执行器的开度,能够满足要求。 相似文献
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针对国内外嫁接机性价比偏低的问题,该文以华南农业大学的高速嫁接机2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机为基础,分别在砧木上苗工位和接穗上苗工位增设嫁接用苗输送链和转接手,实现砧木和接穗均单人上苗,成倍提高了嫁接机作业人员的上苗生产率。通过分析传递过程中带土坨砧木的受力情况,确定转接手结构尺寸,并且研制了具有较好拾苗性能的交叉闭合式送苗夹,其拾苗容偏能力可达5 mm。为防止在输送过程中砧木由输送链的苗座内脱出,选用高弹性橡胶贴合在苗座槽口上夹持砧木,以砧木弯曲度、苗座槽口深度及苗座槽口橡胶厚度作为影响因素,考察苗座槽口对嫁接用苗的夹持性能,试验结果表明当苗座槽口深度为8 mm、苗座槽口所用橡胶厚度为3 mm时,苗座可保证95%以上的砧木不脱出苗座,增设上苗装置后,可保证2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机在2 000株/h的生产率条件下,实现1 000株/h的人均嫁接生产率,综合上苗成功率达到92%以上。 相似文献
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西瓜采摘末端执行器夹持力精确控制 总被引：2，自引：2，他引：0
为实现西瓜的机械化采摘,该文提出了采用液压驱动型末端执行器采摘大型果实的思路。在抓取西瓜时,为避免末端执行器夹持力不稳定引起的果实损伤,需对夹持力进行精确控制,该文建立了末端执行器负载模拟平台和AMESimSimulink联合仿真模型,模拟西瓜采摘夹持力的加载情况。针对执行器夹持力加载过程中位置控制系统对力控制系统产生干扰,影响夹持力精确加载的问题,该文基于速度同步控制原理,设计了简化的加载误差补偿环节,开展了加载误差补偿理论、仿真及试验研究。结果表明,速度同步控制方法能够有效地减小加载误差,提高末端执行器负载模拟精度。该研究可为末端执行器输出力的精确控制和抓取控制策略提供参考。 相似文献
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六自由度串并联机械手的构型设计与运动学分析 总被引：4，自引：3，他引：1
根据串、并联机器人机构综合理论,以二移动一转动串联机构和三转动自由度并联机构为主体,设计了1种能够实现空间平移、回转、升降、仰俯、横摇和偏转动作的六自由度串并联机构。通过对该机构进行分析研究,建立其运动学位姿方程,重点探讨了并联微调机构的运动学模型,建立了其位置逆解与速度映射解析方程,运用MATLAB软件对该机构进行了运动学仿真分析;同时提供了该串并联机构应用于隧道管片拼装机械手的具体实例。该机构具有工作空间大、转动灵活、稳定平衡、精度高及承载能力强的特点,可推广应用于农业种植采摘、林木伐运等机器人结构上。 相似文献