蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器柔性抓取技術(shù)研究.pdf

1、抓取是果實(shí)采摘機(jī)器人收獲作業(yè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，抓取的效果決定了果實(shí)采摘的質(zhì)量。因此，作為完成果實(shí)抓取執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器，既要能夠穩(wěn)定抓取果實(shí)，同時(shí)又不損傷果實(shí)。影響果實(shí)抓取效果的主要因素包括手指結(jié)構(gòu)以及抓取力的控制方法。本文以蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器柔性抓取為研究目標(biāo)，從蘋果抓取損傷分析，末端執(zhí)行器抓取穩(wěn)定性分析，以及末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)和控制方法等方面進(jìn)行了研究。主要工作包括:
　　(1)建立了由果皮、果肉和果核三部分組成的蘋果幾何

2、模型，在試驗(yàn)測(cè)試得到蘋果各組織力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，使用有限元分析軟件ANSYS建立了蘋果有限元模型，不同指面類型兩指末端執(zhí)行器與蘋果的接觸模型。然后模擬分析了不同指面類型末端執(zhí)行器以不同抓取力抓取蘋果的過程，得到了蘋果各部分節(jié)點(diǎn)Von Mises應(yīng)力云圖。將蘋果各部分應(yīng)力與蘋果組織的破壞應(yīng)力對(duì)比，得到了蘋果損傷應(yīng)力范圍以及不同指面類型對(duì)蘋果的損傷大小。
　　(2)根據(jù)兩指抓取物體穩(wěn)定性的充分必要條件制定了兩手指末端執(zhí)行器抓取蘋果的接

3、觸策略，以三指抓取蘋果為例，分析了穩(wěn)定抓取下蘋果抓取力的最小內(nèi)力分量和接觸力分量。
　　(3)結(jié)合蘋果抓取損傷有限元分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)了兩弧面手指末端執(zhí)行器，詳細(xì)介紹了包括抓取力檢測(cè)傳感器在內(nèi)的多種傳感器及其信號(hào)調(diào)理電路。同時(shí)為了提高末端執(zhí)行器抓取的柔順性，設(shè)計(jì)了基于模糊自整定PID的采摘機(jī)器人抓取力矩控制器，利用MATLAB建立了仿真模型，驗(yàn)證了力矩控制器的性能。
　　(4)利用自行研制的蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，進(jìn)行了蘋果