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温室3P3R机械臂系统动力学建模与分析 总被引：1，自引：0，他引：1
针对温室等设施农业环境,设计了一种具有3P3R机械臂结构的机器人,为了分析机械臂的操作性能并实现精确运动控制,对机械臂进行了运动学和动力学分析;采用Kane方法和旋量理论分析方法建立了机器人的操作臂运动学和动力学模型,利用该模型,针对原理样机的具体结构,在Mathematica环境下研究了机械臂的操作性能,得到在一定作业任务规划下,末端执行器的位姿变化规律,以及按照该规划轨迹运动时各关节的驱动力;结果表明,结合了Kane方法和旋量理论的动力学模型具有准确、简单、有效等特点,能够满足机械臂的运动学、动力学分析的要求。 相似文献
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【目的】农业采摘机器人是一种集机械、电子、传感、计算机于一体的多功能农业机械设备,被广泛应用于水果、蔬菜采摘领域。但其在对果实的识别和抓取方面仍存在很大的不足。【方法】机械臂是农业采摘机器人重要的组成部分之一,也是其主要执行机构。笔者根据机械臂结构特点与功能需求,设计了一种六自由度、关节运动灵活且可更换的采摘机器人机械臂,该机械臂通过控制系统调节3个平动关节在工作空间中的位置和角度,从而获得末端执行器能够完成采摘任务所需的最小工作空间,通过六自由度变换得出6个关节在工作空间中坐标系之间运动轨迹关系。该机械臂由视觉模块、驱动模块及控制模块构成。基于D-H参数法对采摘机器人机械臂进行运动学分析,并进行仿真验证。【结果】该机械臂具有较好的定位精度,能够满足农业采摘机器人对果实的抓取要求。 相似文献
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组培苗移植机器人移苗作业轨迹规划 总被引：2，自引：1，他引：2
为实现5自由度关节式组培苗移植机器人快速从培养瓶中取出组培苗而不与苗瓶产生碰撞,针对运苗和取苗作业过程对手爪运动路径和速度的要求,提出了分别在关节空间中采用5次多项式插值和直角坐标空间中采用沿空间直线运动的方式规划机器人的运动轨迹,建立了运动轨迹的数学模型,并结合实际工作过程.对机器人的运动轨迹进行了计算机仿真.仿真结果表明,规划的轨迹平滑连续,无抖动和停顿,能够保证机器人正常工作.实际运行情况表明,组培苗移植机器人基本上能按照规划的轨迹运行,平均位置偏差小于0.5 mm,满足移苗作业的精度要求. 相似文献
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针对果树高冠嫁接作业自动化的需要,设计可实现频繁位姿变换和位姿保持的辅助嫁接机械臂,依靠关节制动器来制动定位并保持位姿,并基于STM32设计机械臂的硬件控制系统。在ADAMS中建立机械臂的等效仿真模型,基于MATLAB/Simulink和ADAMS联合仿真技术搭建机械臂关节制动定位控制系统,完成不同牵引力激励和不同位姿制动条件下基于PID关节制动定位控制的联合仿真,仿真中关节1、2制动定位误差分别在5.13%和3.22%以下。按照设计结构制作机械臂的样机,对基于PID关节制动定位控制的样机进行制动定位试验,试验中关节实际制动曲线能够贴近理想等减速制动曲线,其中关节1、2实际制动定位误差分别为3.51%和3.96%,满足设定的辅助机械臂位姿定位要求。该装置为现代化果园冠层嫁接机械化辅助装置的研发和应用提供参考。 相似文献
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针对作业空间较小的大棚果蔬采摘环境,研制了串联式4自由度关节型果蔬采摘机械臂。采用SolidWorks建立了机械臂的3维模型,在拉格朗日法建立动力学分析模型的基础上,利用ANSYS和ADAMS分析软件,对机械臂进行静态结构分析和运动学、动力学仿真分析。静力学仿真结果表明,机械臂的最大应力为8.181 8 MPa,最大形变为0.000 329 11 m,结构设计合理,强度符合要求;运动学仿真结果表明,机械臂可以精确到达目标位置,运动过程平稳;动力学仿真结果表明,各关节的最大力矩均在安全合理的范围。为进一步验证设计的合理性,对研制的果蔬采摘机械臂进行了性能测试,结果表明机械臂定位精度最大误差±2.5 mm,平均误差±1.1 mm,带载能力3 kg,机械臂运动平稳,可以满足果蔬采摘作业要求。 相似文献
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针对现有的取苗装置难以满足新疆辣椒、番茄穴盘苗高速、自动化移栽需求的现状，设计了一种整排取苗机械臂。介绍了自动取投苗系统和整排取苗机械臂的结构和工作原理，分析了取苗作业过程。由整排取苗机械臂工作空间包容目标工作空间得到整排取苗机械臂关节尺寸参数优化的约束条件，以结构尺寸和工作所占空间最小为优化目标，使用遗传算法求出最优关节参数为大臂关节长321mm、中臂关节长678mm、小臂关节长403mm。使用Adams软件建立了整排取苗机械臂虚拟样机模型，对其取苗作业进行运动仿真，结果表明：该装置运动平顺，具有良好的运动特性，能够达到取苗极限位置。搭建样机试验平台，分析样机取苗性能，结果表明：对72孔穴盘的取苗速率为60株/min,取苗成功率为93.06%;对128孔穴盘的取苗速率为90株/min,取苗成功率为88.02%。装置具有较好的适用性，可为自动化取苗装备的研制提供参考。 相似文献
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黄瓜采摘机械臂结构优化与运动分析 总被引：2，自引：0，他引：2
黄瓜采摘机器人在非结构环境中工作时,其机械臂的结构特点与运动精度将直接决定机器人作业范围和采摘成功率。针对黄瓜特定的栽培模式,结合机械臂工作空间及结构长度指标,运用参数优化法,对采摘机械臂构型和结构参数进行了优化设计。建立了机械臂运动D-H模型,实现由关节空间向笛卡尔空间的正逆变换,并确定了机械臂速度雅可比矩阵;应用三次多项式插值法,建立了机械臂关节空间运动规划模型;应用Matlab平台对优化参数进行仿真。结果表明,机械臂实际采摘范围可达到目标工作区域90.5%以上,关节位移变化曲线光滑,运动平稳。 相似文献
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根据当前我国死亡肉鸡捡拾劳动强度大,人禽共患病的风险高等问题,设计一款五自由度的机械臂以实现死亡肉鸡的无人化捡拾工作。该机械臂各关节主要由电机驱动,选择单片机对各个关节电机进行控制,绘制其三维模型,同时建立该机械臂的D-H方程,并利用Matlab中的机器人工具箱建立其仿真模型,利用七次多项式插值对其运动轨迹进行仿真,并利用蒙特卡洛法对工作空间进行仿真分析。结果表明：该机械臂的工作空间在水平方向为半径980 mm的圆,可覆盖死鸡捡拾位置,可满足预设工作需求,同时根据仿真轨迹以及各关节速度加速度图可知机械臂各关节运动平稳,为之后控制系统的设计奠定一定基础。 相似文献
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组培苗移植机器人的运动学求解 总被引：1，自引：1，他引：1
为了实现对5自由度关节式组培苗移植机器人的精确控制，对机器人进行了运动分析和综合，采用Denavit-Hartenberg分析方法建立了机器人操作臂的几何模型和运动学方程，实现了机器人的运动学方程正解；根据机构特点，用几何解析法得到封闭形式的机器人运动学方程逆解。对组培苗移植机器人进行了运动学仿真分析，验证了所求得的正解和逆解。机器人运动学正、逆解的实现，为组培苗移植机器人的轨迹规划和精确运动控制奠定了基础。 相似文献
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介绍了卷积神经网络的基本结构及其工作原理，基于DH参数法建立了采摘机械臂运动模型，并设计了一套采摘机械臂无碰撞运动规划算法，旨在实现对采摘机械臂的精确控制。MatLab仿真试验表明：采摘机械臂在系统的驱动控制下，能够准确从起点移动到目标点，轨迹比较圆滑，且能以最优的圆弧路径避开障碍物，优化效果明显，能够满足采摘机器人作业需求，证实了该算法的稳定性和可靠性。 相似文献
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为了提高自动移栽机移栽效率,设计一种双排移栽机械手联动式高速移栽装置。利用安装在两个移栽臂上的双排移栽机械手交替取苗和栽苗的方法,采用联动控制方式使移栽效率翻倍。通过优化移栽机械臂和移栽机械手结构,并对其关键部件进行参数设计和运动学分析,综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定穴盘苗苗坨含水率、苗龄、爪针限位孔中心距为试验因素,以200穴欧石竹穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,确定双排移栽机械手联动式高速移栽装置的最佳工作参数。试验结果表明：当穴盘苗苗坨含水率为32.6%、苗龄为46d、爪针限位孔中心距为16.7mm时,取苗成功率为94.7%,与软件计算结果94.2%接近,符合花卉、蔬菜移栽作业的技术要求。 相似文献
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为避免蔬菜人工移栽存在的株距、行距和深浅度不均等问题,根据国家标准GB/T 5262-2008及蔬菜移栽农艺要求,设计了一种能够与吊篮-鸭嘴式移栽机结合的移栽机械手。根据现有的蔬菜育苗钵盘外形尺寸及茄科蔬菜的育苗农艺要求,并结合吊篮-鸭嘴式移栽机的结构,确定了移栽机械手的设计方案,设计了移栽机械手的整体结构及尺寸,并对移栽机械手关键部件进行有限元分析。结果表明:机械手指最大变形量为0.106mm,所受最大应力为6 5.5 MPa;大臂最大变形量为4.7 1 4×1 0-6mm,所受最大应力为0.0 2 1 MPa;小臂最大变形量为9.476×10-6mm,所受最大应力为0.0 2 2 6 MPa。试验结果表明:所设计的小型蔬菜移栽机械手能够在一定程度上解放劳动力,降低温室大棚内蔬菜移栽工作的劳动强度,可为以后全自动蔬菜移栽机的发展提供数据与理论参考。 相似文献
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针对新型螺旋栽培立柱结构进行了配套移栽机器人系统的设计。通过几何与静力学分析,确定了插针式末端执行器的驱动电磁铁选型与机构参数。通过立柱的穴盘苗机器人移栽协调运动仿真,确定了机械手结构参数与系统优化布局,得到了多执行元件协调运动时序关系并建立了移栽协调运动流程。样机试验结果表明,机械手平均水平与竖直定位误差分别为2.24 m和0.63 m,移栽成功率为94.7%。立柱1.2 m高度范围的移栽作业效率为750株/h,末端执行器取苗时间仅为0.2 s,能够满足立柱自动化移栽作业的要求。 相似文献
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文章以直径范围在70~100mm之间的苹果为研究对象,设计一种三自由度机械手来执行苹果分类与包装中的搬运动作,该机械手由气动方式驱动手部机构气缸、水平伸缩气缸、垂直升降气缸和旋转气缸来实现苹果的抓取和定位摆放功能。通过PLC方式实现对机械手动作的逻辑控制。 相似文献
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基于近似多位姿的轮系式钵苗移栽机构运动综合 总被引：1，自引：0，他引：1
作业轨迹形状和在特定位置移栽臂的姿态要求是移栽机构设计过程需要考虑的首要问题。为了能获得多个期望位姿且兼顾一定形状的作业轨迹,提出一种基于近似多位姿的非圆齿轮行星轮系移栽机构设计方法。基于运动学映射理论将8个期望位姿点的信息矩阵通过四元数转换至三维空间,在对该矩阵进行奇异值分解后,通过引入特征向量扩大一般解空间。结合约束条件求解得到3组RR型二杆组,根据移栽机构的工作范围选取其中两组合适的二杆组构成四杆机构,且该机构连杆上的一点可依次近似通过所有设定的位姿点形成一条完整的“8字”型轨迹。根据其中一组二杆组的运动特点求解非圆齿轮的传动比,以非圆齿轮节曲线圆度性为目标,以封闭轨迹上的部分形状可调节段拟合点位置为变量（即不改变关键轨迹段上型值点的位姿）,利用遗传算法优化得到一组具有较好圆度性的非圆齿轮节曲线。最后进行了水稻钵苗移栽机构的设计与试验,理论与试验的移栽姿态和轨迹形状具有一致性,且取苗试验的成功率达到设计要求,有效地验证了运动综合和设计方法的正确性。本研究可为具有多位姿要求的新型移栽机构的设计提供方法借鉴。 相似文献
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基于PLC三轴伺服控制系统的果蔬采摘机械手设计 总被引：1，自引：0，他引：1
为了提高果蔬采摘机械手的工作效率和定位精度、降低果蔬采摘机械手在采摘过程中造成的破碎率,以及简化机械手的结构和控制方式,设计了一种新的基于PLC的三轴伺服控制果蔬采摘机械手。该机械手可以灵活地实现移动、升降和夹紧与放松。为了测试机械手的有效性和可靠性,通过苹果采摘试验对机械手的性能进行了测试。测试发现:机械手的位置和摆角调整时间较少、超调量较低,符合设计需求。其准确定位率较高,最高达到了98.56%;且具有较好的定位性能,单次定位时间耗时较低,机械作业效率较高,能够满足大规模果蔬采摘的设计需求。 相似文献
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针对移栽作业人工喂苗速度低的问题,设计了一种由圆柱凸轮为横移机构、槽轮-链传动为纵移机构所组成的自动移栽钵苗输送装置。利用解析作图法,并结合移栽农艺要求分别对纵移和横移机构进行理论分析,得出了输送装置的核心关键参数:横移凸轮基圆半径r0=6 5 mm,滚子半径r=1 2 mm,滚子宽度B=9 mm,槽轮槽数n=5。以苗龄期40天的西红柿穴盘苗(穴盘规格为16×8)为试验对象进行了钵苗输送试验,结果表明:横移机构单次供苗的最大误差为0.76mm,横移7次(供苗时苗盘每行需横移1次)累积误差小于0.2mm,供苗准确率超过97.9%;纵移机构单次供苗的最大误差为0.88mm,纵移7次(每盘8行,需纵向移动7次)累积误差不超过0.3mm,供苗准确率在97.5%以上。该机构在供苗过程中可连续作业,满足钵苗供苗的自动输送需求。 相似文献
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果实采摘是农业种植生产过程中最耗时费力的环节。为了实现果实的良好抓取,本研究设计了一款结构精简、具有自适应性的柔性机械手。该机械手由柔性手指、气动元件、手腕和底座组成,基于3D打印制作,装配简单。其中,气动元件和柔性手指由柔性材料TPU和PLA打印而成,手腕为具有柔性的一体件打印而成;利用气动元件的伸缩功能实现对手腕的驱动,带动柔性手指自适应变形抓取果实。结合常曲率变形和D-H坐标法建立了单手腕的运动学模型。在此基础上,进行了柔性机械手功能性验证试验和安全测试试验。试验结果表明,柔性机械手具有适应果实的形状进行自适应抓取的功能,对表皮较为脆弱的果实没有损伤;气动元件满足使用要求,可以完成对手腕的动作驱动。研究结果将为机械手柔性抓取结构的设计提供参考价值。 相似文献