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1、末端執(zhí)行器是果蔬采摘機(jī)器人的核心裝置之一,其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響機(jī)器人采摘裝置的采摘方式和效率。本文針對(duì)果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)時(shí)損傷果蔬、效率低下等問(wèn)題,在總結(jié)國(guó)內(nèi)外欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)之上,研究了一種新型帶有剪枝機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)三指手式果蔬柔性采摘裝置,并對(duì)該裝置進(jìn)行了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、力學(xué)分析和抓取試驗(yàn)研究,在果實(shí)收獲中該機(jī)構(gòu)主要針對(duì)類球形果實(shí)進(jìn)行采摘。
本文所設(shè)計(jì)的欠驅(qū)動(dòng)三指手式果蔬柔性采摘裝置主要包括:欠驅(qū)動(dòng)三指手
2、機(jī)構(gòu)、機(jī)架和手掌機(jī)構(gòu)、仰俯伸縮機(jī)構(gòu)、剪枝機(jī)構(gòu)、壓力傳感器以及步進(jìn)電機(jī)等機(jī)構(gòu)。欠驅(qū)動(dòng)三指手機(jī)構(gòu)為:三根欠驅(qū)動(dòng)手指均布在手掌機(jī)構(gòu)上,每根手指包括三個(gè)指節(jié),三根手指分別由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。采用串聯(lián)四連桿機(jī)構(gòu)將每根手指的三個(gè)指節(jié)依次連接起來(lái),采用機(jī)械限位和扭簧的限制,能夠?qū)崿F(xiàn)手指機(jī)構(gòu)依次順序包絡(luò)果實(shí),并且能夠穩(wěn)定的返回初始位置。
利用虛功原理對(duì)每根欠驅(qū)動(dòng)手指進(jìn)行靜力學(xué)分析,建立總驅(qū)動(dòng)力和三個(gè)指節(jié)接觸分力之間的力學(xué)模型,并應(yīng)用ADA
3、MS仿真計(jì)算出總驅(qū)動(dòng)力和各個(gè)指節(jié)的接觸力的大小關(guān)系,從而驗(yàn)證了力學(xué)模型的正確性。
通過(guò)對(duì)傳動(dòng)原理的研究,設(shè)計(jì)了一種剪枝機(jī)構(gòu),通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)一對(duì)錐齒輪嚙合傳動(dòng),從而帶動(dòng)雙向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)剪刀機(jī)構(gòu)的張開與閉合。對(duì)番茄果梗進(jìn)行了剪切試驗(yàn),得出了剪切力的大小。對(duì)剪枝機(jī)構(gòu)建立了力學(xué)模型,計(jì)算出剪切力與步進(jìn)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,為步進(jìn)電機(jī)的選型提供了理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)剪枝機(jī)構(gòu)剪刀的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得出了剪切速度與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。
4、
對(duì)本文所設(shè)計(jì)的采摘裝置進(jìn)行了物理樣機(jī)的制造,并將其安裝在果實(shí)自主采摘機(jī)器人機(jī)械手臂末端。并對(duì)該末端執(zhí)行器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制,從控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件方面進(jìn)行了分析,得出了一整套控制系統(tǒng),并建立了抓取試驗(yàn)的樣機(jī)系統(tǒng)。對(duì)安裝在每個(gè)手指遠(yuǎn)指節(jié)上的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn),得出了壓力傳感器壓力與電壓的關(guān)系曲線。對(duì)不同形狀大小、不同姿態(tài)的番茄做了一系列的抓取試驗(yàn),得出了欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)指節(jié)的接觸力大小,并通過(guò)比較抓取時(shí)間和回程時(shí)間得出了該采
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