六自由度采摘机械臂采摘姿态规划研究

为了解决采摘机器人末端执行器无法根据果实位置自动调整采摘姿态的问题,提出了一种第五关节分离的姿态规划方法。根据机械臂的结构形式,在机械臂的第五关节进行分离后形成机械臂本体和末端执行器部分,在自定义的采摘平面内将末端执行器移动到果实处形成果实采摘圆,根据末端执行器部分第五关节边界曲线与果实采摘圆交点个数对末端执行器的采摘方式进行了分类,结合各种采摘方式的特点求解了末端执行器合适的采摘姿态。以MATLAB GUI为仿真平台,对采摘姿态进行了仿真,并在实验室内进行了采摘实验,结果表明:该方法能够为机械臂规划出合适可行的采摘姿态,为机械臂采摘提供了理论基础。     

基于多领域统一建模的采摘机械手运动仿真

水果采摘机械手的运动特性决定其采摘效率与合格率。通过将适于串形水果采摘的末端执行器与六自由度工业机械臂结合,建立荔枝采摘机械手本体结构模型与运动学模型;在SimulationX多领域统一仿真环境中,搭建整机控制—伺服—机构耦合分析模型。依据运动学方程数值求解结果,利用瞬态仿真测定模型阶跃响应并在时域中校正系统动态稳态误差使之符合采摘工况要求;依据三次多项式轨迹规划结果,通过运动仿真验证伺服参数与控制策略的有效性,为采摘机器人结构设计与控制优化提供了切实可行的实现方法。     

基于欠驱动原理的脐橙采摘末端执行器的设计与试验

果蔬采摘机器人的末端执行器是采摘机器人的重要组成部分,直接影响采摘的成功率与采摘效率。通过分析脐橙特性,基于欠驱动原理设计了一种夹剪一体的脐橙采摘末端执行器。其整体机构由一个两层3指机械爪手构成,两层手指中的一层为剪切机构载体,另一层则为对果实抓取固定的夹持手指;剪切机构由摇杆滑块机构组成。构建剪切机构与机械手的力学模型,根据需求对相关零部件进行了设计与选型;判断了防止机械手剪切机构发生干涉的运动误差范围,并对关键受力部位进行了有限元分析。结果表明,因关键受力点变形导致的运动误差在安全误差范围内,验证了结构的合理性。通过Adams软件对其进行运动学仿真,进一步证明了该末端执行器的可行性。最后,通过末端执行器实物样机进行脐橙采摘剪切试验,机构整体采摘成功率为95%,采摘周期为4.3 s。     

基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人设计与试验

针对菠萝智能机械化采摘需求，研究一种基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人。根据菠萝茎秆较脆的特点，设计一种由V形悬臂、切刀及挡板组成的推剪式末端执行器，实现菠萝果实与茎秆的分离；设计由多个两自由度机械臂组成的机器人，每个机械臂可带动末端执行器在菠萝垄体的高度、长度和宽度方向上移动；为实施智能采摘，应用深度神经网络YOLOv5检测菠萝果实，通过三维点云分析获得菠萝采摘点位置。结果表明：菠萝果实检测精度为97%，检测召回率为95.75%；在实验室环境下菠萝采摘成功率为90%，平均成功采摘时间为5.4 s，验证了该机器人结构的合理性。     

八自由度机械臂正运动学及工作空间分析

对一种八自由度机械臂的正运动学和工作空间问题进行了研究。首先,根据机械臂的结构特点,利用D-H法建立了该机械臂的连杆坐标系,得到其运动学正解;其次,利用MATLAB Robotics Toolbox建立机械臂的仿真模型,验证了机械臂运动学正解的正确性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行了分析,得到机械臂末端执行器的工作空间范围,仿真结果与机械臂的设计参数相符。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

基于双目视觉定位的智能葡萄采摘机设计

针对传统人工采摘葡萄效率低、人力成本高的问题,本文设计了一款基于双目视觉定位的智能葡萄采摘机。分析人工采摘葡萄过程中的托住葡萄、剪裁葡萄柄和收集葡萄一系列动作,设计了基于可沿环形运输臂运动的袋装装置和夹持装置的葡萄托住机构、末端执行器带剪子的六自由度机械臂葡萄剪裁机构和采用滚珠丝杠原理实现葡萄分装的葡萄收集机构。利用Solidworks建立了基于双面视觉定位的智能葡萄采摘机三维模型,系统仿真了采摘机的葡萄采摘、封装、运输功能,输出目标葡萄串的运动轨迹,可实现采摘、封装和运输为一体的自动化操作;驱动机构采用市面上成熟产品具备较大安全设计余量,基于ANSYS Workbench软件对主要受力部件进行了分析校核,对结构方案设计及材料选型进行了验证分析。结果表明,该设计方案可满足使用需求,具有较强的工程实施价值,可为其他类似自动化产品设计提供参考。     

三手指拉拔式红花采摘末端执行器的设计

通过分析人手工采摘红花时人手指所处的形态,提出了三手指拉拔式红花采摘末端执行器的设计方案.通过采收期红花物料拉拔特性的测量与统计分析,确定机械采摘红花所需最大拉拔力,并通过红花植株生物特性分析,设计计算末端执行器采摘手指及其它关键部件.利用运动学仿真分析三手指拉拔式末端执行器在工作过程中夹持力、运动位移和时间的关系,最...     

基于SimMechanics的六自由度机械臂运动算法验证

建立了基于SimMechanics模块的六自由度机械臂离线仿真平台,创建了机械臂模型,并在虚拟环境下根据六自由度机械臂末端的运动轨迹规划,通过逆运动学模型得到了各个关节角度数据,将其发送给伺服电机,从而驱动各个关节,使机械臂能够按照预期轨迹运动。通过离线仿真,证明了机械臂运动规划算法的正确性。     

一种基于电子经纬仪的机械臂运动精度测试新方法研究

基于电子经纬仪首次提出了一种全新的机械臂末端执行器位姿精度测试方法。利用该方法对一种6自由度机械臂末端执行器的位姿精度进行了实测,与用激光跟踪仪所测数据进行了对比,两者之间的最大差值小于1mm,结果表明这种方法切实可行。     

3-PUPU并联机器人运动学分析

提出一种3-PUPU并联机器人机构,结合其结构特点,利用螺旋理论分析了该并联机器人末端执行器的自由度,采用三点坐标法为该机器人建立运动学模型,再利用解析法对机器人末端执行器进行运动学分析研究。最后根据一组算例通过MATLAB仿真得出该并联机器人末端执行器的位移、速度、加速度曲线,对理论推导的正确性加以验证。     

一种新型多自由度混联运动平台的设计与仿真分析

以3-RPS三自由度并联机构为原型,设计了一种新型多自由度混联运动平台,研究其工作空间及动力学性能。采用欧拉法计算分析混联运动平台末端执行器的逆解,采用立体几何法计算分析混联运动平台末端执行器的正解。在MATLAB中采用数值搜索法求解混联运动平台末端执行器的工作空间边界,并将其与3-RPS机构的工作空间作对比。利用ADAMS对混联运动平台进行运动仿真,获得运动平台的动力学仿真数据,为后续实体平台的结构设计、运动控制和误差分析提供可靠依据。     

一种机器人自动攻丝系统的设计与分析

针对传统攻丝存在孔分布跨度大、分布复杂时攻丝繁琐的问题,设计了一种以六自由度KUKA机器人为基础、结合快换末端执行器以及可自适应薄板大小的工作台的自动攻丝系统,对该系统进行了结构设计,并基于SolidWorks软件对其进行了三维建模。运用有限元分析软件ANSYSWorkbench对夹具工件系统进行了攻丝过程静力分析,获得了工件应力变形分布规律;对工作台结构与末端执行器结构进行模态分析,获得了模态振型图及前六阶固有频率,验证了设计的合理性与有效性。     

用于微创外科的线驱动连续型手术机器人设计与仿真研究

针对传统手术器械定位精度低,且难以进入人体自然腔道或微创切口的问题,设计了一种用于微创外科的线驱动连续型手术机器人系统。首先,介绍了该系统的各个部分模型,包括UR串联机械臂、Stewart并联平台、连续型末端执行器以及触觉式力反馈手柄;然后,对系统中的UR机械臂和连续型末端执行器进行了运动学分析,将分析的结果导入Matlab进行了仿真,得到了不同角度的UR机械臂操作空间位姿以及不同驱动线变化量的连续型末端执行器操作空间位姿;最后,利用蒙特卡罗法对连续型末端执行器的工作空间进行了仿真分析。研究结果表明:UR机械臂可以扩展系统的工作空间,连续型末端执行器可以灵活地进入狭小非线性手术环境,整个系统能帮助医生进行手术操作,提高医疗精度。     

一种多指手及其力与位移反馈控制系统

机械手末端执行器的研究一直是机器人研究的重点,有着广阔的应用前景(如采摘机械手等)。设计了一种基于步进电机控制的机械多指手,该多指手具有结构简单、控制方便等特点。分析了结构及原理,介绍了整个控制系统的构成,用LabVIEW做上位机控制。实验结果表明,该末端执行器能较好地抓持物体。     

基于TRIZ理论苹果采摘机器人的设计与分析

针对现阶段人工采摘苹果效率低、劳动强度大、采摘设备功能单一的问题，以TRIZ理论为基础，通过发明原理的启发，对苹果采摘机器人的末端执行器、运输装置、收集箱和其他结构进行了创新设计，设计出一款集采摘、收集、分拣功能于一体的机器人。建立采摘机械臂的D-H模型，运用Matlab对机器人的工作空间进行了分析；通过Adams对机器人采摘过程进行运动仿真，并制作1∶3实验样机，对各部分功能可行性进行了验证。结果表明，该机器人的各部分功能完善、设计合理、运行可靠、满足使用需求，为后续机器人的进一步研制和改进提供了理论支撑。     

基于气动式机械末端执行器主动柔性接触研究

针对现有很多基于气压式机械执行器末端与环境接触冲击过大,容易造成机械损伤等问题,该文提出了一种基于阻抗控制的柔顺控制器,用于缓解机械末端执行器接触力,实现友好接触。首先,以气压式机械末端执行器为研究对象,设计并阐述气动执行器工作原理和基本组成,并建立气压执行器基本数学模型;然后设计基于阻抗的柔顺控制器算法;最后搭建基本实验平台,以该平台作为实验,验证执行器末端对于期望力的跟踪性能,间接验证执行器末端对力的柔顺效果,实验结果表明,该控制器算法能够有效的实现主动柔顺控制效果。     

苹果采收机器人结构设计与仿真分析

为了提高苹果采摘机器人的工作效率,运用TRIZ理论进行结构创新设计.通过矛盾矩阵分析实现了采摘收集一体化;直接运用TRIZ理论中抛弃与修复的发明原理,简化了采摘步骤及末端执行器结构;运用分离原理解决了物理矛盾,提高了机械臂的灵活性.完成了机器人结构设计,分析了机器人的工作空间,通过D-H法建立了运动学方程,通过ADAM...     

码垛机械手末端执行器挡板静态分析及优化

本文通过SolidWorks建立码垛机械手末端执行器三维模型,并直接应用SolidWorks Simulation分析模块对码垛机械手末端执行器挡板进行有限元静态分析计算,并进行了优化和校核.结果表明优化后的结构满足要求,减轻了机械手末端执行器的重量,也验证了SolidWorks Simulation插件进行机械构件有限元分析正确性,对相关工程技术人员具有一定参考价值,并提供了一种实用的分析计算优化方法.     

基于SimMechanics的六轴机械臂仿真分析

基于库卡6R机械臂的结构特点,利用Sim Mechanics工具箱对机械臂建立正逆运动学仿真模型,末端添加执行器,使模型与实体的结构保持一致。仿真结果表明利用仿真模型能快速、准确地得到机械臂各关节的角度函数,并可在Figure窗口可以实时观察末端执行器的轨迹,其轨迹变化趋势与实际数学函数相符,验证了模块化建模的合理性和实用性,为6R机械臂后续研究提供了理论依据和仿真模型。