果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究

随着社会经济水平的不断提高,我国农林业取得长足发展,果农在种植水果时开始逐渐引进机械化、自动化设备,以提高种植效率。传统收获时果农最为繁忙的季节就是成熟季,果农常需要花费大量人工采摘果实,不仅效率低,且有一定危险性,采摘机器人便在这样的背景下诞生了。为此,针对采摘机器人的工作原理、工作空间,结合采摘作业实际需求,进行采摘机械手的结构设计及工作能力评价,旨在为相关产业发展提供理论依据。     

2-PUR-PSR并联机构尺度综合多目标优化

针对由外副驱动的三自由度两转一移并联机构运动学性能优化问题,提出一种尺度综合多目标优化设计方法。首先,运用螺旋理论分析机构的运动学性能;其次,将可达工作空间离散为n层,采用极坐标方法计算每层高度的最大内切圆,通过数值方法计算由每层最大内切圆构成的规则圆台工作空间体积;然后,以规则工作空间体积和全局运动/力传递指标为目标函数,以驱动限制和关节转角限制为约束条件,以机构参数为设计变量;最后,采用多目标粒子群优化算法得到目标函数的Pareto最优解集。结果显示,两个目标函数之间存在相互冲突,Pareto前沿的全局运动/力传递性能(GTI)最优值比优化前提高了57.57%,规则工作空间体积（Vr）最优值比优化前提高了37.59%,证明了优化方法的有效性。     

浅谈机器手在工业中的应用现状与发展趋势

机械手的研究始于20世纪中期,经过几十年的迅速发展,现已成为实现工业自动化的一种重要的高科技生产设备。机械手技术涉及到力学、机械学、自动控制技术、电气液压技术、计算机技术以及传感器技术等多科学领域,是一门多学科综合性技术。     

番茄收获机械手轨迹跟踪模糊控制仿真与试验

针对番茄收获机械手动力学模型不精确和外界扰动问题,该文采用计算力矩-模糊补偿相结合的控制方法进行了番茄收获机械手轨迹跟踪控制研究。通过自适应模糊逻辑系统补偿机械手动力学模型中的不确定部分,模糊逻辑系统的参数基于Lynaponv稳定性理论自适应调节,并利用ADAMS与MATLAB进行仿真试验。结果表明,对比计算力矩法,计算力矩-模糊补偿控制算法中各关节轨迹跟踪误差明显减小且收敛趋势明显。关节1至关节7平均轨迹跟踪精度分别提高了70.29%、94.72%、0.61%、74.29%、89.75%、86.41%和67.14%。该控制方案中各关节控制力（矩）均呈规律性变化,增加扰动信号亦未使输出力（力矩）出现抖振和突变,启动力（矩）最大出现在移动关节2和转动关节4,分别为453N和98.33 N·m。研究结果可为番茄收获机械手轨迹跟踪控制系统的深入研究奠定基础。     

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

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。     

取苗机械手运动控制联合仿真研究及试验

为减少取苗机械手研制过程中投入大量的成本和时间,解决机械手在作业过程中控制精度低、适应性差等问题,采用SolidWorks建立机械手的模型,并导入ADAMS中;采用模糊PID控制算法对机械手夹持角度进行实时动态联合仿真分析,设计模糊PID控制器及模糊规则。利用MATLAB/Simulink和ADAMS建立联合仿真模型,以阶跃信号为激励,模糊PID控制和PID控制仿真结果表明：PID控制的响应时间为1.1 s,模糊PID的响应时间为0.33 s且响应速度更快,说明模糊PID优于经典PID控制,设计的取苗机械手具有良好的动态响应和轨迹跟踪特性,理论上能够满足实际作业要求。取苗试验结果表明：在取苗频率为50、60和70株/min时,采用PID算法和模糊PID算法取苗成功率分别为9609%、93.75%、92.96%和98.43%、95.31%、93.75%,采用模糊PID算法的取苗成功率更高,能够满足实际作业要求。     

林木伐根清理机器人设计与试验

林木伐根用途很广,但采掘相当困难。为了提高采掘伐根的效率,减小对地表的破坏,研制了林木伐根清理机器人。该机器人采用SDWY-60型履带式液压挖掘机底盘作行走机构,卸下铲斗换装上伐根清理旋切头,构成了具有6个自由度的伐根清理机械手,可对伐根的侧根进行旋切,然后夹紧并拔出归堆。机械手采用全液压驱动、单片机系统控制,作业半径4～8m,最大可清理伐根直径550mm。使用表明,该机器人每天(以6h计)可清理直径500mm以上落叶松伐根100个左右,而人工每天只能清理同样伐根4～5个(6h),机器人的效率约为人工清理的20～25倍     

宏-微机器人及其在林业与木工机械的应用

介绍了宏-微机器人的概念、性能特点和应用现状,及其在林业与木工机械行业的研究现状应用,展望了发展前景。     

基于DSP的三自由度采摘机械手控制系统研究

通过对采摘机械手进行运动学分析,针对采摘机器人运动控制难度大这一问题,设计了基于DSP的三自由度采摘机械手控制系统,并从硬件和软件等方面搭建了系统平台。MatLab仿真结果表明:采摘机械手在控制系统的驱动控制下,可以准确从起点运动到终点,且轨迹比较圆滑,可以到达预期目标,满足采摘机器人作业需求,证实了该方法的可行性。     

基于PLC气动机械手的研究设计

通过对上料机械手工作环境的研究分析,确定其运动原理。并根据其运动原理及要求,设计气压传动系统和控制系统,包括气动原理的制定、气动元件的选择以及PLC选型和控制梯形图的设计,最终实现工件在七个工位之间的顺利交接。