基于Java3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真研究

为了实现采摘机器人机械手臂运动虚拟仿真过程的交互性,基于Java3D和VRML虚拟现实技术,提出了一种机械臂交互式三维场景生成及运动仿真系统。为了验证系统的可行性,以采摘机器人机械臂为研究对象,设计了基于采摘机器人机械臂运动仿真系统,并基于网络的特征,通过接口导入机械臂关节的造型文件,实现了采摘机器人机械臂仿真三维虚拟场景创建。对仿真系统进行了实验,结果表明:开发的采摘机器人机械臂三维运动仿真系统可以对采摘路径进行合理的规划,得到和实验基本吻合的轨迹,能够实时地显示关键力矩的变化,为关节结构的优化提供了数据参考。将仿真目标位置和预设位置进行对比发现,最大位置偏差不超过1 mm,从而验证了运动模型和算法的可靠性。     

采摘机器人作业行为虚拟仿真与样机试验

为开展采摘机器人智能防碰损作业行为及规划算法的仿真试验与验证,设计了一种基于虚拟现实的采摘机器人仿真试验系统。以葡萄采摘机器人为对象,先构建虚拟现实环境下采摘机器人及其作业场景模型,用于模拟设施果园试验环境;然后对虚拟采摘机器人进行运动学建模,运用D-H参数法解算机械臂运动学正解和逆解;再依据葡萄串形状等特性设计一种夹-托-剪式的采摘机器人末端执行器及其采摘过程控制模型;建立机械臂末端连杆与执行器之间的空间位姿变换关系,并对机械臂运动进行轨迹规划;设计并定义仿真系统各模块间的数据接口,最终基于虚拟现实平台EON开发出采摘机器人虚拟仿真系统。基于该系统进行18次葡萄防碰损采摘路径规划及夹剪行为试验,成功率达88.89%;将相关算法移植到物理样机进行43次室内试验,成功率为86.05%。结果表明,开发的仿真系统可为采摘机器人智能行为算法的测试及改进提供虚拟试验平台。     

振动式林果采摘机采摘臂动力学仿真分析

应用三维建模软件Pro/E构建振动式林果采摘臂虚拟样机模型,然后将模型导入仿真软件ADAMS中建立动力学模型,并进行采摘臂动力学仿真计算。同时,分析了采摘臂在采摘头定位以及振动过程中所受的力及力矩特性,验证了采摘臂的设计能够满足要求,并为振动式林果采摘机的物理样机优化设计提供理论参考。     

基于虚拟仿真软件的采摘机器人运动分析

为了实现采摘机器人最优设计,建立了采摘机器人的虚拟样机模型,借助D-H矩阵方法建立了机器人运动分析的理论模型,确定了机器人各运动构件与末端执行器在空间位置之间的关系。采用Pro/E软件建立了采摘机器人三维模型,并将模型导入到了ADAMS仿真软件进行了运动学仿真分析。结果表明,采用虚拟仿真软件可以得到转动副角度随时间变化的情况。依据此方法可以求出每个转动副的位移、角速度、角加速度的变化情况,从而分析整个机器人的运动情况,对于采摘机器人的优化设计具有重要的参考价值。     

基于Gazebo虚拟世界的草莓采摘机器人仿真研究

【目的】提高草莓采摘的自动化水平,解放劳动力并降低采摘成本。【方法】研究小组设计了一种基于曲柄连杆机构的三爪同步夹持式采摘机器人,分析了其主要部件Kinect深度相机、六轴机械臂以及三爪夹持式采摘机械手的结构设计,并在Gezebo虚拟世界中构建了采摘机器人的模型,生成了草莓采摘机器人的末端运动轨迹,完成了该草莓采摘机器人的前期开发试验和算法验证。【结果】该草莓采摘机器人可精准地夹持草莓,减小了采摘过程中对草莓表皮的损伤,同时机械臂末端运动半径最大可达770 mm,完全满足小型辅助采摘设备的基本需求。【结论】Gazebo能真实地还原草莓采摘的自然环境,充分验证了该草莓采摘机器人的可行性,同时还可以在虚拟环境中模拟不同的任务场景,可为六轴机械臂或其他多轴运动机械的运行轨迹设计提供准确的实验数据,并为机器人的实际应用提供指导。     

采摘机器人机械手夹紧装置优化设计——基于Pro/E和ADAMS联合仿真

采摘机器人作业过程中,果实的机械损伤是影响采摘效果的主要因素之一。为了降低采摘机械手对果实的伤害、缩短设计周期、降低实验成本,提出了一种新的机械手夹紧装置的优化设计方法。该方法利用软件的联合虚拟仿真功能,实现了虚拟环境下夹持机构夹紧力的计算与同步优化。同时,构建了采摘机械手虚拟样机多体系统框架,设计了采摘机械手仿真计算的多体动力学模型,利用Pro/E软件建立了机械手的数字化模型,并导入ADAMS中进行了模拟仿真分析;通过计算得到了不同机械手手指尺寸的夹紧力大小。由夹紧力的多组仿真结果可以得到:在不超过水果破碎夹紧力阈值时,最大夹紧力所对应的机械手手指长宽比,从而有效缩短了机械手的设计周期,提高了设计效率,为采摘机器人的研究提供了重要的数据参考。     

农业采摘机器人机械臂结构设计

【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。     

机械臂夹剪苹果采摘机的仿真设计与制造

针对苹果采摘存在的一些问题,设计出一种机械臂夹剪苹果采摘机;运用三维造型软件UG对其进行三维建模,并在Adams软件中进行仿真试验;根据仿真生成的数据曲线进行计算分析,验证了机械臂夹剪苹果采摘机的采摘性能和机械机构的可行性。通过UG和Adams进行仿真设计之后,制造出一台物理样机并进行试验,结果表明:机械臂夹剪苹果采摘机能够适应我国大多数苹果种植园的采摘环境,使苹果采摘效率大大提高,极大地减轻了果农采摘的工作强度,实现了苹果采摘的半自动化,能够满足中小果农对苹果采摘机械的需求。     

基于虚拟样机技术的玉米收获机拨禾轮运动仿真分析

运用虚拟样机技术,可简化机械产品的设计开发过程,缩短产品的开发周期和降低开发成本,获得最优化和创新的设计产品。阐述虚拟样机的先进性及应用软件ADAMS的功能特点,通过玉米收获机拨禾轮的仿真设计给出虚拟样机的具体应用。     

一种树生水果采摘机器人的结构设计

【目的】像苹果、梨子、桃子这类树高3 m左右的树生水果的采摘仍主要采用传统的手工作业方式,劳动强度大、劳动成本高,人工采摘作业不仅效率低下还具有一定的危险性。而目前研究开发的农业采摘机器人多采用刚性关节型机械臂,难以满足某些地方果树生长密集、枝条随机生长等情况的采摘需要,为了解决这些问题,亟需设计一款柔性采摘机械臂。【方法】课题组根据仿生学原理,模仿大象鼻子的运动机理,设计了一种拉绳驱动的仿象鼻柔性采摘机械臂,并基于该机械臂设计了一种树生水果采摘机器人。采用三维数字化软件SolidWorks对树生水果采摘机器人进行三维建模,树生水果采摘机器人的整体结构主要由机械爪部分、机械臂部分、收集装置部分、车身部分组成。【结果】机械爪部分可以夹裹目标果实;机械臂部分可实现多自由度、较大幅度的柔顺弯曲运动,用于实现机械爪在抓取、采摘过程中所需的各种柔性运动,配合可升降的收集装置部分,能有效缩短机械臂的运动行程,进一步提高采摘效率;车身部分带有水果收集箱,采摘后的水果能暂时储存在车身部分中。【结论】该采摘机器人具有工作空间更大、灵活性更强、安全性更高等优点,可以满足枝条密集、作业空间狭窄环境下的采摘作...     

五自由度并联机床虚拟样机建模与仿真

为了验证五自由度完全并联机床的设计方案和理论模型,将虚拟样机技术应用于该并联机床的设计开发过程.利用三维机械CAD软件SolidWorks建立该并联机床的虚拟样机模型,应用OLE接口技术实现了该并联机床的数控加工仿真、刀具轨迹显示验证和仿真过程中自动换刀与毛坯的自动设计,采用多体动力学仿真软件ADAMS实现了该并联机床的动力学分析和仿真.计算机仿真结果证实了理论模型的正确性,验证了设计的合理性和可靠性.     

击打式松果采摘机器人设计与试验

针对人工采摘松果过程中存在严重安全隐患的问题,设计了一种击打式松果采摘机器人,该机器人系统主要由电机驱动模块、主控模块、视觉模块、夹持模块、采摘模块组成,视觉模块完成松果识别与定位,实时反馈给主控模块,并控制电机驱动模块,配合夹持模块和采摘模块作业实现松果采摘。采用Matlab仿真软件建立松果采摘机器人运动学模型,求解出机械臂工作空间为直径4.5 m的球体;基于冲量原理和Lagrange方程建立碰撞动力学模型,通过动态分析求解出碰撞后各关节保持原有运动规律所需的驱动力矩;运用静力学原理建立关键组件有限元模型,利用ANSYS Workbench对结构进行优化设计,优化后其安全系数最低为1.577 1,支撑关节最大变形4.148 4 mm。仿真结果表明:该机器人结构在运动学、动力学及静力学方面均满足设计要求。制作物理样机并在实验室环境下进行了松果采摘试验,样机初始状态尺寸1 000 mm×1 200 mm×1 100 mm,试验结果验证了机器人结构设计的合理性与实用性。     

基于虚拟样机技术的玉米收获机分禾器仿真分析

虚拟样机技术是机械领域近年来兴起的先进技术,将其应用于工程机械的研究与设计采取代传统的机械设计、试验和研究方法必将成为一种发展趋势.运用虚拟样机技术.可简化机械产品的设计开发过程,缩短产品的开发周期和降低开发成本,获得最优化和创新的设计产品.阐述虚拟样机的先进性及应用软件ADAMS的设计流程,通过玉米收获机的仿真设计给出虚拟样机的具体应用.     

番茄采摘机械手的三维设计与试验研究

采摘机械的末端执行器作为果蔬收获类机器人的重要组成部分,其采摘机械手的设计是收获机器人研发的重要环节。为此,分析了当前采摘机械手在国内外的发展现状,结合番茄果实的生物学特征,以保护番茄果实不受损伤为设计目标,利用NX12.0三维制图软件设计出了一种将作用力施加于番茄桔梗生长节点的番茄采摘机械手。同时,通过三维软件的仿真模块对机械手的关键零件进行有限元分析,进而对整体机构进行模拟仿真,仿真结果验证采摘机械手的设计合理性,旨在为下一步番茄采摘机械手的研发奠定基础。     

基于ADAMS的采摘机器人动力学仿真研究

首先,对ADAMS动力学仿真过程进行了分析和介绍,采用SolidWorks三维机械设计软件建立采摘机器人虚拟样机;然后,建立了采摘机器人动力学方程并进行了动力学分析,并利用ADAMS软件进行了仿真.仿真结果表明:采摘机器人末端执行器在各坐标轴上的速度和加速度都比较稳定光滑,各个时间端没有间断点,表明采摘机器人各个关节在...     

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。     

基于UG的智能采摘机器人动画仿真设计

为了提高采摘机器人的设计效率,基于现代机械设计方法,将UG动画仿真软件引入到了采摘机器人的设计过程中,并采用参数化建模和虚拟现实技术,对采摘机器人样机进行性能测试和优化,有效提高了机器人的设计效率和设计质量。使用UG工程软件对采摘机器人进行了参数化建模,得到了采摘机器人装配体的各部分零件模型;然后利用虚拟现实装配技术,通过参数设置,对机器人的性能进行了仿真,实现了机器人的果实抓取、关节转动和移动等一系列的功能,从而验证了采摘机器人结构设计的可行性,为采摘机器人的结构设计和优化提供了基本依据。     

基于MCD的物料分拣搬运装置设计与仿真调试

机电产品开发前期运用机电一体化概念设计（MCD）对新产品进行虚拟调试验证,是验证新产品开发可行性的有效手段。项目组基于AHK机电一体化综合考试实训装置,利用MCD软件对装置进行改进设计,得到物料分拣搬运装置模型,结合TIA和S7-PLCSIM Advanced对改进后的装置虚拟样机进行虚拟调试。仿真结果表明,基于MCD的方法可以将所设计的物料分拣搬运装置在机械结构及电气控制等层面进行较为真实的仿真运行,为机电产品的开发调试提供有效的借鉴。为满足在现阶段实训设备不足情况下进行机电设备装调教学,提供了重要的技术支持。     

ADAMS环境下多关节型双足步行机器人步态仿真与结果分析

本研究应用虚拟样机的设计方法,在仿真软件ADAMS中建立多关节型双足步行机器人下肢行走机构的参数化仿真模型,应用ADAMS软件下的五次插值函数对行走姿态进行了规划,添加外部环境参数进行仿真试验,通过分析仿真过程截图、关节位移曲线以及比对关节位移曲线和规划关节角,验证步态规划的有效性。后期物理样机输入运动控制程序进行现场实验,其结果与仿真结果基本一致,进一步验证了双足机器人三维仿真的正确性,说明本设计的机器人步态建模方法与行走仿真具有较强的工程实用性。     

VR技术在采摘机器人仿真系统中的应用研究

采用VR虚拟现实技术,利用Novint Falcon控制器,以采摘机器人为研究对象,建立和搭建了采摘机器人的运动学模型和仿真平台,实现了采摘机器人的虚拟操作。仿真结果表明:采摘机械手精确地执行了圆形轨迹的运动模拟,实现了逆向运动学计算与仿真,为研究采摘机器人正、逆运动学提供了一定的理论参考。