抓持-旋切式欠驱动双指手葡萄采摘装置设计与试验

针对葡萄的柔性无损采摘要求,基于欠驱动原理和抓持-旋切协同工作方式设计了一种欠驱动双指手葡萄采摘装置,一个电动机通过连杆机构驱动双指四指节手爪从果实中部接近并包络抓取葡萄,复合在双指手上的旋切部件摆动-伸缩带动圆盘刀切断果梗,实现果实与果梗分离。基于此设计思路,首先通过葡萄赤道面直径分析确定了欠驱动手指机构指节尺寸与转角范围,然后通过建立欠驱动手指机构静力学模型,基于传力最优和接触力均布的要求确定了驱动连杆尺寸,结合接触力分析和葡萄挤压破裂试验,获得抓持2 kg葡萄不发生损伤的最大接触力为20 N,再通过手指机构静力学模型求解获得驱动电动机的推力,从而指导驱动电动机的选型。设计了葡萄采摘装置控制系统,通过指节处压力传感器实时反馈接触力实现最大接触力的有效控制。采用加减速梯形控制方式实现了旋切部件运动,圆盘刀转速1 200 r/min可对果梗有效切断。对赤道面直径95~200 mm的葡萄进行50次采摘试验,试验结果表明该装置的采摘成功率为100%,果实挤伤率为5.2%,不考虑视觉定位葡萄与果梗的耗时,完成一次抓持-旋切动作平均耗时29.4 s。     

丫形欠驱动库尔勒香梨采摘机械手的设计与仿真分析

目前,香梨主要依靠人力采摘,多果聚集情况明显,采摘作业强度大、采收期短,又因常见果蔬采摘机械装置自适应能力弱、抓果不稳定,会造成较多损伤,不适合用于多果聚集的香梨采摘。为此,仿照人工采摘动作,基于欠驱动原理设计了一种“丫”形香梨采摘的机械手,由传动部件、抓取装置和指间差动系统3部分组成,单个电机驱动机械手对果实进行抓取,在辅助装置作用下完成采摘分离动作。同时,对抓取装置模型进行运动学分析,得到单指的运动空间,计算出了远指节抓取平均范围大于55mm,能满足范围内不同形状、尺寸香梨的包络抓取。通过Adams软件对抓取装置进行运动学仿真,结果显示机构运动平稳,结构设计合理。实验室台架试验结果表明:在机械臂辅助操作采摘时,机械手可实现抓取动作,抓取成功率为96%,平均采摘时间约为2.6s,验证了采摘方案可行性和机械结构设计的可靠性。研究结果可为香梨采摘装置关键结构设计提供参考依据。     

果实采摘机械手机构设计与工作性能分析

采摘机器人是农业机器人的一种类型，在农业生产中具有广阔的应用前景。为此，从型综合和尺寸综合两方面介绍了果实采摘机器人机械手的机构设计，并分析了机械手机构的工作空间、可操作度、避障能力、冗余空间和姿态多样性等工作性能指标以及各指标的计算方法，为果实采摘机械手的机构没计与工作性能评价提供了理论依据。     

平面弹性欠驱动并联机构刚度特性分析

根据多维运动模拟的需求,提出一种包含螺旋圆弹簧(圆柱形螺旋弹簧)的欠驱动运动模拟台。利用螺旋圆弹簧的轴向和横向刚度约束运动模拟台的工作空间,通过两个驱动分支和动力耦合实现其3个自由度的运动。将螺旋圆弹簧等效为RePeRe弹性运动支链,进而将并联运动模拟台等效为2RPR/2RePeRe弹性欠驱动机构,并利用Grassmann线几何分析该机构的输入选取原则。基于旋量及其迁移公式,建立等效机构的运动学模型。借助于影响系数和虚功原理,对该弹性欠驱动机构进行静力学分析,得到其静力学约束方程。最后,建立了该机构的连续非线性柔度模型,并以此为基础得到其方向刚度模型。     

苹果采摘机器人仿生机械手静力学分析与仿真

提出了一种应用于苹果采摘机器人末端执行器的仿生机械手。采用腱传动式仿生机械手取代了简单的夹具,提高了末端执行器在复杂环境中抓取苹果的适应性。建立了腱传动式机械手开环控制的驱动力和抓握力间的力学模型。仿真结果表明,在相同的驱动力下,腱传动仿生机械手的抓握力与其机构参数相关。其中,有效抓握力由手指的长度和厚度决定;抓握力的分布由各指节的长度比例决定;手指的初始张角决定了其可抓取苹果的半径范围;随着苹果半径的增大,有效抓握力将减小。摩擦力能够改善抓握力在各指节的分布,使抓握力分布均匀化,同时使有效抓握力变大。     

曲轴设计及静力学有限元分析

对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析,应用Pro/E软件对曲轴建立实体模型,应用ANSYS软件对模型进行有限元分析。     

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。     

欠驱动式柑橘采摘末端执行器设计与试验

为实现柑橘采摘的机械化、智能化,设计了一款欠驱动式柑橘采摘末端执行器。该执行器通过三指充分抓握与偏转的融合控制,实现对不同大小及椭圆度的柑橘的稳定采摘。针对不同尺寸柑橘采摘需求,设计了双连杆并联式手指,在抓握直径差异较大的柑橘时,手指能够自动进行抓取或捏取动作,并实现被动柔顺。通过静力学分析,得到抓取力与电机输出力矩间的关系。针对不同椭圆度柑橘采摘需求,为手指根部添加旋转关节。在建立电机驱动控制系统模型的基础上,提出基于电流反馈的主动柔顺控制策略,指根能够旋转合适的角度使指面与柑橘表面紧密贴合,在防止手指棱边刮伤柑橘表皮的同时,增大接触面积、提高摩擦力。仿真结果表明,该末端执行器结构在运动学方面满足设计要求。制作物理样机并在实验室环境下进行了柑橘抓取试验,试验结果表明采摘执行器针对直径30~100mm的柑橘抓取成功率为98.3%,平均耗时5.3s。该末端执行器能够针对不同尺寸、不同形状的柑橘实现采摘功能,具有适应性强、抓取稳定、不损伤果实等优点。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。     

棉花采摘机械手机构设计及参数优化

针对国内棉花采收存在的问题,提出了运用棉花采摘机械手代替人工和采棉机采收的方法。在对棉花农业特性及收获特性分析的基础上,结合新疆棉花种植模式以及棉花采摘要求,遵循机械手设计原则,设计了一种5自由度多行采收的关节型棉花采摘机械手。为使机械手能够高效灵活地收获目标空间棉铃,尽可能减小机械臂的操作空间和结构尺寸,结合采摘对象棉铃的生长分布空间和作业要求,分析了在给定空间下的设计变量、优化目标和约束条件,建立了优化设计的数学模型,并利用MatLab优化工具箱进行编程,实现了棉花采摘机械手的机构参数优化。     

基于ADAMS的油茶果采摘机械臂试验设计及优化

针对目前我国油茶采摘主要以人工为主,劳动强度大、采摘效率低等问题,设计了一种适合园艺化栽培的履带式油茶果采摘机,并在Adams软件中对机械臂进行试验设计和优化仿真。试验数据表明:油茶果采摘机工作区间与各机械臂的长度和液压缸安装距离呈线性相关,最佳组合处的机械臂长度总和减小25.67%,可为油茶果采摘机的机械臂设计提供参考。     

四自由度混联天线机构静力学及运动特性仿真与设计

研究天线机构静力学和运动特性是提高天线轨迹跟踪精度的有效途径.首先,对混联天线机构结构进行构型描述;然后,基于力旋量变换关系对混联天线机构各部件进行受力分析,借助数值计算软件进行静力学求解,分析特定位姿混联天线机构驱动力的分布情况,并将理论求解结果与仿真结果进行对比,以验证理论分析的正确性;应用有限元软件分析混联天线机...     

基于单片机的仿人多指番茄采摘机械手设计

为了降低番茄采摘过程的破碎率,提高采摘效率,实现自动化采摘过程,利用单片机和PID控制技术,设计了一种新型的仿人多指采摘机械手,并采用反馈调节控制方案设计了仿人多指机械手的控制系统。基于AT8 9 S5 2单片机构建了单手指控制器,来对机械手手指夹紧力信号进行采集和处理,并发出夹紧指令。为了测试机械手的有效性和可靠性,首先对番茄的质量尺寸相关性和电压产生的夹紧力进行了测试,通过参数调整后得到了番茄夹紧力随时间变化曲线和破碎率随时间变化曲线,最后对果实采摘的采摘时间和漏采率进行了8次试验。由测试结果可以看出:对于单颗番茄的采摘最高用时仅为2.32s,最高漏采率仅为0.42%,采摘作业效率和采摘精度均较高。     

水果无损采摘机械手工作空间分析及参数确定

水果采摘机器人在我国起步晚、发展缓慢,没有系统的方法用以设计采摘机械手,特别是机械手参数确定方法不成熟,造成工作空间浪费、影响机械性能等问题。为此,提出了一种蒙特卡洛法结合控制变量确定摆动关节范围的设计方法,利用D-H参数法对机械手臂进行正运动学分析,在MatLab平台下用蒙特卡洛法计算机械手的工作空间,并结合控制变量法,求出不同参数下的工作空间范围,根据相对较合理的工作空间范围,确定机械手臂的合理参数。以水果无损采摘机械手为例,根据具体设计要求,确定了手臂长度,利用蒙特卡洛法确定了摆动关节的转角范围,并验证参数的正确性。结果表明:该方法可以迅速有效地确定摆角范围,解决了以往摆动关节转角范围靠设计经验确定而存在的空间浪费的问题。