番茄收獲機械手機構(gòu)分析與優(yōu)化設計研究.pdf

1、果實收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié),為提高勞動生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量,降低勞動強度,改善工作環(huán)境,實現(xiàn)收獲作業(yè)機械化、自動化和智能化,基于番茄生物學特性與栽培方式,設計了7自由度番茄收獲機械手,并進行了機構(gòu)優(yōu)化設計與仿真試驗.(1)根據(jù)番茄生物學特性、栽培方式與番茄收獲機械手機構(gòu)型綜合原則,確定了番茄收獲機械手是由2個移動關節(jié)、5個轉(zhuǎn)動關節(jié)構(gòu)成的7DOF冗余度機械手;以工作空間和桿件結(jié)構(gòu)尺寸為目標建立了綜合優(yōu)化目標函數(shù),獲得了機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)

2、化解,并根據(jù)實際工作方式確定了機械手結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù).(2)采用Denavit-Hartenberg方法設定了番茄收獲機械手桿件坐標系,通過齊次變換建立了正運動學與逆運動學模型,獲得了番茄收獲機械手雅可比矩陣,為機械手運動學分析、仿真與性能優(yōu)化奠定了理論基礎.(3)利用包絡解析法和數(shù)值方法,并結(jié)合機械手末桿位姿圖,獲得了番茄收獲機械手腕點工作空間、總工作空間與靈活工作空間.(4)采用蒙特卡洛方法對番茄收獲機械手末端執(zhí)行器位置空間進行仿真.(

3、5)利用MATLAB/SIMULINK同時進行番茄收獲機械手正運動學與逆運行學仿真試驗.(6)通過雅可比矩陣奇異值分解進行番茄收獲機械手奇異性分析,并采用阻尼最小二乘法對機械手運動中的奇異位形進行處理,使番茄收獲機械手最小奇異值遠離零點,各關節(jié)運動速度、位置和加速度運動無異常波動,解決了機械手在奇異位形處某些關節(jié)運動無法控制的問題.(7)利用冗余度機械手自運動特性,綜合機械手可操作度、避關節(jié)極限和避障等性能建立了番茄收獲機械手綜合性能優(yōu)