甜橙采摘机械手路径优化及末端夹持器创新设计研究

发布时间：2020-08-27 21:00

【摘要】：本文基于对机械手夹持器和橙子的物理力学特性,通过实验得出其抗压参数值和摩擦特性,进行甜橙采摘机械手末端夹持器创新设计研究。试验研究的主要内容:基于前人研究基础上的机械手避障路径规划算法的改进;对机械手整体进行建模和运动学仿真分析、欠驱动末端夹持器的设计和参数优化;欠驱动手指具有较强的自适应抓取功能,对果实进行包络抓取,对不同直径大小的果实进行了试验。(1)在前人研究基础上改进算法,并对构建的环境地图进行了避障仿真试验,对机械手模型进行运动学仿真试验,从而得出速度、加速度曲线。此外,从理论上分析了夹持力的计算方法和夹持稳定分析,并通过试验结果,进一步分析了手指关节参数对接触力的影响;检验了手指关节不同位置受力对夹持稳定性的影响。(2)利用优化后的参数值进行了机械手末端夹持器的三维模型的设计,检验模型的正确性并优化了手指关节的速度波动。(3)通过实验测定甜橙抗压参数值、果实屈服极限值为254N以及摩擦力系数为0.67,这些实验结果为机械手末端夹持器接触力的测量提供重要的参考。进行不同扭簧刚度参数值下的对比试验得出合理的扭簧刚度参数范围为0.025 N.mm/(?)~0.25 N.mm/(?),研究了不同滑块速度对接触力的影响,得出滑块速度在-2*time~-4.5*time范围内时,接触力比较合理,进一步得出手指关节抓取果实稳定的范围为65mm~85mm。这间接为驱动电机功率、扭矩等参数的选定提供了重要参考依据,也为后续研究提供理论依据,实现果实防损伤并能够实现稳定的抓取功能,利用有限元分析主要构件的受力云图得出最大应力位置和应力值。(4)得出基本结论为:首末两指节关节长度值分别为50mm、60mm,夹持力保持在10N对果实的抓取比较安全;多次仿真确定最优扭簧刚度值0.05N.mm/(?),滑块速度参数值为-3.5*time,通过设定这些优化后的参数值,进一步使手指关节速度、角速度波动得到显著的优化。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225.93
【图文】：

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图 1.1 荷兰黄瓜采摘机器人图 1.2 意大利橙采摘机器人Fig.1.1 Dutch cucumber picking robot Fig.1.2 Italian orange picking robot最初采摘机器人研制采用的收获方式主要是机械震动式和气动震摇式[11]，其缺点是果实易损,效率不高,特别是无法进行选择性的收获，采摘机械智能化较低，在采摘果实

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(a) (b)图 1.3 比利时的苹果末端夹持器(a)机器人整体图(b)末端夹持机构Fig.1.3 Belgian Apple End Holder(a) Overall robot picture(b) End clamping mechanism

【参考文献】