番茄收獲機(jī)械手機(jī)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、果實(shí)收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié),為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化,基于番茄生物學(xué)特性與栽培方式,設(shè)計(jì)了7自由度番茄收獲機(jī)械手,并進(jìn)行了機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn).(1)根據(jù)番茄生物學(xué)特性、栽培方式與番茄收獲機(jī)械手機(jī)構(gòu)型綜合原則,確定了番茄收獲機(jī)械手是由2個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)、5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成的7DOF冗余度機(jī)械手;以工作空間和桿件結(jié)構(gòu)尺寸為目標(biāo)建立了綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),獲得了機(jī)械手結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)

2、化解,并根據(jù)實(shí)際工作方式確定了機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù).(2)采用Denavit-Hartenberg方法設(shè)定了番茄收獲機(jī)械手桿件坐標(biāo)系,通過(guò)齊次變換建立了正運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,獲得了番茄收獲機(jī)械手雅可比矩陣,為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、仿真與性能優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ).(3)利用包絡(luò)解析法和數(shù)值方法,并結(jié)合機(jī)械手末桿位姿圖,獲得了番茄收獲機(jī)械手腕點(diǎn)工作空間、總工作空間與靈活工作空間.(4)采用蒙特卡洛方法對(duì)番茄收獲機(jī)械手末端執(zhí)行器位置空間進(jìn)行仿真.(

3、5)利用MATLAB/SIMULINK同時(shí)進(jìn)行番茄收獲機(jī)械手正運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)行學(xué)仿真試驗(yàn).(6)通過(guò)雅可比矩陣奇異值分解進(jìn)行番茄收獲機(jī)械手奇異性分析,并采用阻尼最小二乘法對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)中的奇異位形進(jìn)行處理,使番茄收獲機(jī)械手最小奇異值遠(yuǎn)離零點(diǎn),各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度、位置和加速度運(yùn)動(dòng)無(wú)異常波動(dòng),解決了機(jī)械手在奇異位形處某些關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)無(wú)法控制的問(wèn)題.(7)利用冗余度機(jī)械手自運(yùn)動(dòng)特性,綜合機(jī)械手可操作度、避關(guān)節(jié)極限和避障等性能建立了番茄收獲機(jī)械手綜合性能優(yōu)