水果采摘机器人通用夹持机构设计

为提高采摘机器人的实用性和利用率,提出了一种通用型夹持机构,并构建了虚拟样机。为使机械夹持不损伤水果,研究了水果受力对夹持构型的影响,以柑橘为例进行变形、应力分析,为机构提出设计依据,进而对结构进行优化,确定了机构外壳及杆件的合理参数和对果实损伤最小的夹持量,单类型水果夹持量为直径方向小于2mm。     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

一种新型攀爬机器人的设计与性能分析

针对杆状建筑的换装和清洗等问题,根据冗余理论设计了一种新型攀爬机器人,采用了气缸夹持机构和凸轮机构作为攀爬机器人。研究了攀爬机器人在攀爬过程中的步态,并对夹持机构进行了D-H参数运动学正向求解,分析了夹持机构的运动位移方程。利用ADAMS对机器人攀爬过程进行仿真,分析了攀爬过程中的上下夹持机构位移、速度和夹紧力的变化情况。仿真结果表明,攀爬机器人可以按照预设步态平稳地完成运动,速度最大为9.5 mm/s,夹持机构的夹紧力有一定的波动,但对机器人的攀爬稳定性影响较小,该夹持机构爪部可偏转,对锥状柱体的抓取也有一定的适应能力。     

蔬菜采摘机器人通用夹持机构设计——基于UG和ADMAS联合仿真

为了提高夹持机构的设计效率和精度,提出了一种新的采摘机器人通用夹持机构的同步设计优化方法,将UG和ADMAS软件引入到了夹持机构的设计过程中,并利用软件的联合虚拟仿真功能,实现了夹持机构的合理布局和夹紧力的计算与同步优化。利用夹持机构的加工工序,在UG软件中对夹持机构进行了布局,并通过运动约束的添加使夹持机构处于完全打开状态。将UG夹持机构模型导入到ADMAS软件中进行了动力学仿真,通过计算得到了影响弹簧夹紧力关键点变量的敏感度,取对弹簧夹紧力影响较大的点进行了优化,得到了弹簧产生最大夹紧力时变量点的弹簧位移,从而实现了夹持机构的优化设计。最后,对夹持机构的运动性能进行了仿真计算,为夹持机构的稳定性设计提供了理论依据。     

一种果树攀爬仿尺蠖机器人设计

【目的】利用机器人完成农业高大果树采摘,以便短时间、高效率、低成本地完成采摘任务,进而满足智能农业建设需求,课题组设计了一种果树攀爬仿尺蠖机器人。【方法】仿尺蠖机器人由曲柄滑块机构、弹簧单向锁紧机构、齿轮减速装置三部分构成,夹持装置是两对靠弹簧机构夹紧的“X”型夹持器,齿轮减速装置减速后连接到凸轮和曲柄,曲柄连杆机构使机器人躯干产生伸缩动作,三部分机构互相配合实现机器人爬升。与此同时,设计了传动装置动力参数,计算了曲柄滑块的速度和加速度,并利用动力学仿真软件ADAMS验证了仿尺蠖机器人结构的可行性和运动的平稳性。【结果】仿真结果表明,该结构设计可以实现机器人在30 mm～35 mm变化直径的果树直杆上进行爬行,能够保证果树攀爬的稳定性。【结论】在进行爬升的基础上简化了电动机驱动机构,与多电机机器人相比,结构较为紧凑,有利于提高结构可靠性。     

柔顺微夹持机构理论分析与实验

微操作系统中柔顺微夹持机构作为执行端是完成微操作的关键部件。提出了一种新型柔顺微夹持机构,利用虚功原理建立了该微夹持机构的伪刚体模型,推导了微夹持机构的位移方程,得到了该微夹持机构的输入位移与输出位移以及驱动力与输出位移关系。建立了该微夹持机构的三维模型,并在ANSYS软件中进行仿真,将仿真结果与理论结果进行比较,验证理论模型的准确性。最终加工了该微夹持机构并进行了实验,将实验数据与理论值、仿真值进行对比,进一步验证了理论模型的准确性。     

农作物打顶机夹持打顶机构的设计及其应用分析

我国是农业大国,农业经济在国民经济中的地位举足轻重。随着农业的发展,农业生产技术不断提升,农作物打顶技术的运用,显著增加了农业产量,但是,打顶机夹持打顶机构的设计直接影响农作物打顶效率与水平。本文重点探讨农作物打顶机夹持打顶机构设计相关问题。     

基于有限元分析的木薯削皮机夹持机构设计

为填补国内木薯剥皮机械领域的空白,用机器代替手工工作,解决手工劳动强度高、效率低等问题。设计一种"夹紧式"木薯去皮机,它不仅保证木薯去皮过程的稳定性,而且防止木薯在削皮时被设备损坏。设计夹持辊旋转轴的长度为300 mm,夹持辊的长度为120 mm,最大工作载荷56 N。选定的轴材料是45号钢,通过计算轴的弯扭强度要求为10.4 MPa,该材料满足强度要求。利用ANSYS对夹紧机构进行静力分析和模态分析,得出夹紧辊的最大总变形为2.3×10~(-3) mm,最大应力、应变为0.95 MPa、4.72×10~(-6),最大处能量变化为5.6×10~(-4) MJ。验证此结构设计合理安全。     

棉秆切碎器的浮动夹持喂入机构设计

针对棉秆切碎收获机械介绍了一种新型带自调节、夹紧和主动输入功能的喂入机构。同时,对其结构组成、工作原理和关键部件参数设计分别进行了详述,并验算了最大通过量,分析了几种改变切碎长度的方法。实践表明,该机构还可适用于其它硬质冠状秸秆切碎前的强制喂入,具有结构简单、稳定性好、使用维修方便以及使用寿命长等特点。     

一种可重构轮式机器人的对接机构设计

为了让机器人具有良好的环境适应性,本研究设计了一种可重构的轮式机器人系统,系统中的每个单元模块都可以作为独立个体进行作业或与其他单元模块重构连接进行协同工作;单个模块主要由对接箱体、三轮全向轮底盘等组成,模块间通过对接箱体侧面设计的对接机构组合连接;使用SolidWorks和ADAMS对单模块机器人进行三维建模以及对接机构的运动仿真。仿真结果表明,电推杆的位移量约为7.7 mm,小于所选择的电推杆的最大位移量10 mm,验证了对接机构设计的合理性,为进一步实现多模块机器人的自重构打下基础。     

面向夹持机构的紧凑型串联弹性力控驱动器设计与试验

串联弹性驱动器力控性能优异,在机器人无损抓持应用领域具有较好的应用前景。设计一种集成伺服电机、弹性元件、编码器等部件的高度紧凑型串联弹性驱动器。采用试验手段对串联弹性驱动器进行模型辨识,获得控制角度轨迹与驱动力观测模型,并通过PD控制器实现力控。通过刚性与超弹性物体力控加载试验,研究串联弹性驱动器力控响应与误差特性。通过物体自适应抓持与人机交互试验分析串联弹性驱动器力控自适应抓持与外力自感知特性。试验结果表明,串联弹性驱动器对刚性物体加载控制较快,力控稳态时间约0.35s,且无超调出现。由于超弹性物体变形迟滞特性,其力控响应时间显著高于刚性物体。串联弹性驱动器力控模式能够实现物体自适应抓持,且抓持力度与速度可调。串联弹性驱动器可在不依赖指尖力传感器的情况下实现抓持力感知,有利于简化硬件与控制系统。     

三平移全柔性微动机器人机构的位置运动分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}的运动学特性,首先求解机构的位置正解方程,并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析,发现该三平移机构为近似完全解耦;求解出该机构的位置反解方程及中间变量的表达式;利用ADAMS软件对该机构的位置正解特性进行了仿真模拟,验证了理论推导的正确性。     

一种红树林智能植树机器人的设计

【目的】大多数植树机器人仅适用于硬质泥土或沙地,而红树林以沿海滩涂地形为主,机器人若以传统轮子作为行进结构,在行进过程中易陷入淤泥,因此需要解决机器人行进困难、车轮受损等问题。【方法】本研究设计了一种新型红树林智能植树机器人,该机器人由同步带行进机构、钻孔机构、树苗安放机构、泥土回填机构等组成。同步带行进机构采取轻量化设计,由一个主动同步带轮、一个从动同步轮和6个托带轮组成,搭载一个三相马达减速器及一个精密转向器;钻孔机构由轴承导柱、丝杆、梅花联轴器、换向器、步进电机、永磁直流电机以及一个可根据种植树苗的根茎大小进行更换的螺纹钻组成;树苗安放结构由树苗安放转盘、步进电机和开门板组成,转盘上孔洞直径180 mm、深250 mm,可安放7棵树苗,中心位置连接步进电机,可精准控制旋转角度,开门板通过齿条完成与步进电机之间的传动,实现开关门功能;泥土回填机构由回填装置主体、压泥板、分别控制压泥板与泥土回填平台高度升降的两部蜗轮蜗杆升降机和减速电机组成。【结果】与传统植树机器人相比,该机器人的泥土回填机构和树苗安放机构在同一竖直面上,当完成树苗植入后可以快速回土,可有效提升树苗成活率,同时钻孔机...     

大蒜联合收获机夹持输送机构的设计与分析

针对现有大蒜联合收获机夹持输送机构存在的生产效率低、可靠性差等问题,设计一种柔性夹持输送机构。根据机具性能要求和大蒜的生长环境特征,阐述了夹持输送的结构和工作原理,通过对大蒜在夹持输送过程中的力学特性分析,确定了结构参数和技术参数。所设计的柔性夹持输送机构倾斜角为25°,输送带为B型双联带,夹持高度距离地面162mm可调,生产效率为0.2~0.5hm^2/h。该研究对大蒜可靠输送、降低伤蒜率、减少大蒜输送损失、提高大蒜联合收获机整机性能具有重要意义。     

面向机器人抓取的小型直线串联弹性驱动器设计与控制

面向机器人力控自适应抓取,设计一种微型直线串联弹性驱动器及其机电一体化系统。开展非线性校正试验,采用BCM法对微型直线串联弹性驱动器感知系统进行校正,以提高力控系统测量精度。基于双位移传感器构建驱动力、位移同步感知方法,并开展模型辨识试验建立目标变形轨迹及驱动力观测模型,根据目标变形轨迹模型建立驱动力PID控制策略。开展阶跃力控与自适应抓取试验,优化力控制器参数并研究串联弹性力控自适应抓取特性。试验结果表明,建立的微型串联弹性驱动器具备感知驱动一体化特性,可在无力传感器的情况下实现驱动力准确感知与控制。微型串联弹性驱动器力控超调量极低,当目标驱动力幅值为15N时,超调量为0.6%。在机器人力控自适应抓取试验中,指尖抓持姿态可通过驱动力控制实现调控,使指尖抓持力方向指向物体质心,从而达到增强抓持稳定性的目的。     

基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪研究

多指机器人手爪普遍存在指端作用力弱的问题,柔性机器人手爪也出现末端作用力不足的现象,采用气压驱动的软体手爪虽驱动力增强,但不利于手爪控制的准确性,为此,设计了一种基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪。该手爪每根手指的指尖、指中节采用滑块摇杆机构实现,不仅增强了指端作用力,而且结构简单、易实现。为避免手指与目标物的刚性接触,手指尖、指根运动均通过弹簧来实现手爪的柔性;指尖驱动弹簧设计得较软,有利于初始接触的柔性;指根采用腱传动方式,指根腱采用较硬的弹簧来传递舵机扭力,可保证足够的作用力;手指表面均设计有较平的表面,有利于粘贴触觉传感器。通过理论分析与计算,证明指尖可获得较大的作用力,并分析了弹簧的选取方法。通过抓取实验证明本文设计的机器人手爪具有较好的适应性和抓取能力;与本课题组前期设计的钢丝绳耦合欠驱动式机器人手爪进行了抓取力对比测试,结果表明,手爪的抓取力有了很大提升,最大抓取质量达1.71kg;通过测试指端正压力与驱动舵机旋转角的关系以及抓取典型目标物的损伤情况,证明了设计的手爪具有一定柔性。有关性能实验证明了设计的手爪具有较好的实用性。     

木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇杆与机架间为转动副连接的方式进行了对比分析。结果表明:移动副连接使拉簧的拉力全部提供为夹持力,无拉力损失,夹持力最大;同时,自动调节带间距,夹持牢固。根据土薯生物环境特性,设计了夹持轮、带轮、夹持带、张紧装置和导向装置等主要结构,并对各结构进行了分析,确定了主要结构参数。根据木薯块根拔起时的速度分解图,建立了块根拔起时的力学模型,且通过分析推导得到了夹持输送机构对块根的拔起力和对茎秆的夹持力计算公式。该研究对于快速拔出、输送薯块、减少薯块损失、降低伤薯率、提高挖拔式木薯收获机整机性能具有重要意义。     

永磁变刚度机构柔性机器人力学特性研究

提出了一种柔性机器人用永磁变刚度机构。由于电动机转矩有限,在不用增加绳索拉力的情况下,通过该机构实现了柔性机器人关节更强的变刚度能力。该永磁变刚度机构主要由磁弹簧单元和滑轮绳索单元构成。通过虚位移法建立了弹簧磁力和绳索拉力解析模型,通过实验对永磁体间磁力和绳索上的拉力进行测量,测量结果和模型计算结果基本吻合。其结果表明,永磁体间磁力、绳索拉力和刚度随永磁体间气隙减小呈非线性增加,随永磁体长度和平均半径的增加而增加,保持三角形结构高不变,绳索拉力和刚度随着三角形结构底长的增加而增加,减小滑轮半径,可以进一步增加绳索刚度变化范围。     

农作物打顶机夹持打顶机构的设计与试验

目前,我国烟草、棉花打顶主要依靠人工,存在劳动强度大和效率低的缺点;现有的机械打顶主要采取割刀向前滚动切割的方式,存在打顶不精确、烟花无法收集等弊端。针对这些问题,设计了一种夹持打顶机构,主要由左右扶禾器、夹持皮带、浮动张紧轮、浮动张紧轮摆动铰链、切割刀、弹簧、直流夹持电机和割刀电机组成。该机构可实现烟芽的收拢、夹持切割、割刀消毒及抑芽剂喷施等作业,具有结构紧凑、功能齐全的优点。同时,通过烟草茎秆切割力学特性试验,得出剪切规律,为烟草打顶切割力的研究提供了试验依据。田间试验结果表明:该机构打顶准确率为97%,夹持准确率为98%,能够满足使用要求。