林業(yè)修剪機器人運動學、動力學仿真.pdf

1、隨著我國園林綠化面積的不斷擴大，綠籬及景觀樹木的修剪成為一項既繁重又費時的工作，用自動化機械設備代替人力來完成林業(yè)工作是未來的一個必然趨勢。南京林業(yè)大學引進高層次人才和高層次留學回國人員科研基金項目“林業(yè)修剪機器人系統(tǒng)研究”就是針對修剪綠籬和草坪提出的，希望開發(fā)研制出一種機器人能代替人工自主進行綠籬和草坪的修剪。本文在分析前人研究的基礎上，機器人執(zhí)行機構采用四自由度的機械臂結構。 建立四自由度機器人簡化模型，利用D-H法建立機器

2、人各關節(jié)坐標系，并求得機器人運動學方程和雅可比矩陣，針對作業(yè)對象和要求，在機器人末端實現直線和圓弧軌跡兩種工況下，運用幾何法分別求得其運動學逆解，為運動學仿真做了必要的準備。 由于作業(yè)空間對于該機器人的設計很重要，本論文采用蒙特卡羅概率算法對機器人機械臂作業(yè)空間進行了求解，在MATLAB中輸出機器人的作業(yè)空間圖，結合實際作業(yè)目標，來確定機器人機械臂參數，如果作業(yè)空間不滿足要求，則重新設計機械臂長度參數，直至最終滿足要求。

3、 對于機器人模型的建立，本論文采用了用具有強大功能的三維設計軟件ProEngieer建立該機器人的三維模型，通過Pro/E與ADAMS之間無縫接口軟件MECHANISM/Pro，把三維模型導入ADAMS中。對于ADAMS中機器人模型各關節(jié)的驅動，本論文先是通過在MATLAB/SIMULINK中構建機器人運動學和逆運動學程序模塊，得到機器人各個關節(jié)角隨時間的變化曲線，然后把曲線導入ADAMS中用樣條曲線來擬合，最后在ADAMS中用樣條函數

4、來作為機器人各關節(jié)的驅動函數進行運動學和動力學仿真。通過仿真可以清楚地看到機械臂運動情況，利用ADAMS強大的測量功能可以測得機器人運動的一系列運動特性參數，例如關節(jié)角位移、角速度、角加速度、驅動力矩的大小，從而可以確定機械臂各關節(jié)上所用電機的參數。 運用拉格朗日法求解出了機器人機械臂各關節(jié)理論驅動力矩，通過與ADAMS仿真過程中測量得到的驅動力矩相比較，從來確定了該機器人動力學方程的正確性。 本論文研究為機器人的下一步