一种基于混联机构的割胶机器人运动控制技术研究
发布时间：2021-01-14 06:30
橡胶作为工业设备和生活用品的制造原料,在工业生产和日常生活中起着举足轻重的作用。当前仍以劳动密集型为主的传统割胶已远远满足不了我国橡胶种植业的发展,胶园生产作业的机械化、智能化将是未来发展的必然趋势。本文根据橡胶树割胶要求,设计了一种基于六自由度混联机构的橡胶树割胶机器人,并对机器人基础理论和关键技术进行了研究,主要研究内容如下:提出一种由两自由度并联机构（2SPU+U）和四自由度串联机构（RRRR）构成的新型六自由度混联割胶机器人,该机器人通过布置在末端执行器水平方向和竖直方向的两个接触式传感器的实时反馈实现对橡胶树割胶痕迹的仿形。通过等效法将混联割胶机器人等效为6R串联机构,利用D-H法对等效后的6R串联机构进行了运动学正反解分析,并推导了其速度和加速度表达式。同时对两自由度并联机构（2SPU+U）进行了运动学正反解计算,推导了其速度和加速度表达式。通过Matlab验证了等效后的6R串联机构运动学正反解的正确性。根据等效后的6R串联机构和两自由度并联机构运动学反解求出了割胶机器人六个主动关节的关节变量,为机器人运动控制奠定了理论基础。利用极限边界搜索法分别对两自由度并联机构（2SP...
【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1900-2010年全球天然橄胶产盆图
中国农业大学博士学位论文?第一章绪论??第一章绪论??１．１研究背景和意义??橡胶作为工业设备和生活用品的制造原料，在工业生产、医疗卫生和日常生活中起着举足轻??重的作用，是世界经济车轮前进动力之一，也是许多国家的重要经济支柱｜｜］。??据统计，完全或部分使用橡胶制成的物品有７万多种，如果数量储备不足，一旦有突发状况??发生，将会带来灾难性后果，因此，国家的健康有序发展需要一定数量橡胶储备。图１－１为??１９００－２０１０年全球橡胶产量变化图，图１－２为１９８５－２０１５年全球天然橡胶消费量变化图ｌｕ，从这两??张图中可以看出橡胶不论产量还是销量都是急剧增加，而我国每年橡胶消耗占据世界首位｜２１。??橡胶有天然橡胶和合成橡胶之分，合成橡胶种类很多，常见的有顺丁橡胶、丁苯??橡胶等。天然橡胶是产胶植物自动产生的一种具有绝缘性和弹性的聚异戊二烯有机高??分子化合物，天然橡胶主要产自橡胶树。??１?２００１
１．２橡胶树割胶原理??橡胶树树皮由粗皮、砂皮外层、砂皮内层、黄皮、水囊皮、形成层、射线和乳管等构成，如??图１－３所示。产胶地方为橡胶树树皮中的乳管，乳管是以橡胶树树干中心轴为圆心且呈同心环状??排列的细小管束，同列乳管交叉成网状结构，互相连通，如图１－４所示，当用刀具把乳管割断时，??胶乳就会从乳管流出。??嘯圓??图１－３橡胶树树皮构成?图１－４橡胶树乳管网状连接图??：编■??（ａ）?（ｂ）??图１－５橡胶树收胶示意图??橡胶树通过割胶而获取天然橡胶，如图卜５所示，割胶是一项技术性要求较高的操作，目世界各国多采用人工手持割胶工具进行割胶，传统割胶工具有拉刀（图〗－６）、推刀（图１－７）、磨??刀石（图１－８）等［４］，其中常用的为拉刀和推刀。割胶时要求割线平滑、深度均勾、伤树少、耗??皮少，割胶刀的好坏和割胶工熟练程度均会影响割胶效果。割线是指树千上沿固定方向和形式切??割树皮以获取胶乳的地方，每棵树割线数目不宜超过２条。割胶有阳刀和阴刀之分，阳刀为排胶??面在割线下方，阴刀为排胶面在割线上方。许多国家对割线长度和割胶频率进行了研宂
【参考文献】：
期刊论文
[1]五自由度混联机器人优化设计与运动学分析[J]. 张东胜,许允斗,侯照伟,姚建涛,赵永生. 农业工程学报. 2016(24)
[2]6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计[J]. 樊锐,刘力军,王丹,郭江真. 航空制造技术. 2016(18)
[3]新型3T2R龙门式混联机床动力学模型[J]. 王书森,梅瑛,李瑞琴. 机械工程学报. 2016(15)
[4]新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析[J]. 高建设,李明祥,侯伯杰,王保糖. 光学精密工程. 2015(11)
[5]橡胶草的研究进展[J]. 仇键,张继川,罗世巧,校现周,王锋,张立群,刘实忠. 植物学报. 2015(01)
[6]基于PLC控制的小型割胶机的设计[J]. 张慧,张燕. 农机化研究. 2015(01)
[7]可调节式橡胶树割胶机的设计[J]. 何焯亮,王涛,成满平. 湖北农业科学. 2014(17)
[8]一种共轴混联机构的运动学分析[J]. 郭希娟,张涛,王玉镇,奚风丰. 机械工程学报. 2014(11)
[9]世界天然橡胶产业现状及科技对其推动力分析[J]. 祁栋灵,王秀全,张志扬,黄月球. 热带农业科学. 2013(01)
[10]基于多约束的机器人关节空间轨迹规划[J]. 张斌. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]大型空间望远镜次镜精密调整机构研究[D]. 于阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[2]6R型串联弧焊机器人结构优化及其控制研究[D]. 丁渊明.浙江大学 2009
[3]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
[4]开放式数控系统关键技术研究[D]. 游有鹏.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]一种新型五轴联动机床的数控系统关键技术开发与研究[D]. 郭小宝.天津大学 2014
[2]一种五自由度混联机器人的运动学分析与仿真[D]. 王燕伟.哈尔滨工业大学 2013
[3]串联机器人运动学分析、结构优化设计及仿真研究[D]. 王润.天津大学 2012
[4]六自由度坦克驾驶模拟器设计优化及其轨迹规划[D]. 温海营.大连理工大学 2011
[5]6自由度串联机器人的分析与仿真[D]. 石磊.沈阳航空航天大学 2011
[6]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[7]基于五自由度混联机构的新型高速重载铝锭堆垛机器人结构设计及优化[D]. 尹艳君.兰州理工大学 2010
本文编号：2976401
【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1900-2010年全球天然橄胶产盆图
中国农业大学博士学位论文?第一章绪论??第一章绪论??１．１研究背景和意义??橡胶作为工业设备和生活用品的制造原料，在工业生产、医疗卫生和日常生活中起着举足轻??重的作用，是世界经济车轮前进动力之一，也是许多国家的重要经济支柱｜｜］。??据统计，完全或部分使用橡胶制成的物品有７万多种，如果数量储备不足，一旦有突发状况??发生，将会带来灾难性后果，因此，国家的健康有序发展需要一定数量橡胶储备。图１－１为??１９００－２０１０年全球橡胶产量变化图，图１－２为１９８５－２０１５年全球天然橡胶消费量变化图ｌｕ，从这两??张图中可以看出橡胶不论产量还是销量都是急剧增加，而我国每年橡胶消耗占据世界首位｜２１。??橡胶有天然橡胶和合成橡胶之分，合成橡胶种类很多，常见的有顺丁橡胶、丁苯??橡胶等。天然橡胶是产胶植物自动产生的一种具有绝缘性和弹性的聚异戊二烯有机高??分子化合物，天然橡胶主要产自橡胶树。??１?２００１
１．２橡胶树割胶原理??橡胶树树皮由粗皮、砂皮外层、砂皮内层、黄皮、水囊皮、形成层、射线和乳管等构成，如??图１－３所示。产胶地方为橡胶树树皮中的乳管，乳管是以橡胶树树干中心轴为圆心且呈同心环状??排列的细小管束，同列乳管交叉成网状结构，互相连通，如图１－４所示，当用刀具把乳管割断时，??胶乳就会从乳管流出。??嘯圓??图１－３橡胶树树皮构成?图１－４橡胶树乳管网状连接图??：编■??（ａ）?（ｂ）??图１－５橡胶树收胶示意图??橡胶树通过割胶而获取天然橡胶，如图卜５所示，割胶是一项技术性要求较高的操作，目世界各国多采用人工手持割胶工具进行割胶，传统割胶工具有拉刀（图〗－６）、推刀（图１－７）、磨??刀石（图１－８）等［４］，其中常用的为拉刀和推刀。割胶时要求割线平滑、深度均勾、伤树少、耗??皮少，割胶刀的好坏和割胶工熟练程度均会影响割胶效果。割线是指树千上沿固定方向和形式切??割树皮以获取胶乳的地方，每棵树割线数目不宜超过２条。割胶有阳刀和阴刀之分，阳刀为排胶??面在割线下方，阴刀为排胶面在割线上方。许多国家对割线长度和割胶频率进行了研宂
【参考文献】：
期刊论文
[1]五自由度混联机器人优化设计与运动学分析[J]. 张东胜,许允斗,侯照伟,姚建涛,赵永生. 农业工程学报. 2016(24)
[2]6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计[J]. 樊锐,刘力军,王丹,郭江真. 航空制造技术. 2016(18)
[3]新型3T2R龙门式混联机床动力学模型[J]. 王书森,梅瑛,李瑞琴. 机械工程学报. 2016(15)
[4]新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析[J]. 高建设,李明祥,侯伯杰,王保糖. 光学精密工程. 2015(11)
[5]橡胶草的研究进展[J]. 仇键,张继川,罗世巧,校现周,王锋,张立群,刘实忠. 植物学报. 2015(01)
[6]基于PLC控制的小型割胶机的设计[J]. 张慧,张燕. 农机化研究. 2015(01)
[7]可调节式橡胶树割胶机的设计[J]. 何焯亮,王涛,成满平. 湖北农业科学. 2014(17)
[8]一种共轴混联机构的运动学分析[J]. 郭希娟,张涛,王玉镇,奚风丰. 机械工程学报. 2014(11)
[9]世界天然橡胶产业现状及科技对其推动力分析[J]. 祁栋灵,王秀全,张志扬,黄月球. 热带农业科学. 2013(01)
[10]基于多约束的机器人关节空间轨迹规划[J]. 张斌. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]大型空间望远镜次镜精密调整机构研究[D]. 于阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[2]6R型串联弧焊机器人结构优化及其控制研究[D]. 丁渊明.浙江大学 2009
[3]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
[4]开放式数控系统关键技术研究[D]. 游有鹏.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]一种新型五轴联动机床的数控系统关键技术开发与研究[D]. 郭小宝.天津大学 2014
[2]一种五自由度混联机器人的运动学分析与仿真[D]. 王燕伟.哈尔滨工业大学 2013
[3]串联机器人运动学分析、结构优化设计及仿真研究[D]. 王润.天津大学 2012
[4]六自由度坦克驾驶模拟器设计优化及其轨迹规划[D]. 温海营.大连理工大学 2011
[5]6自由度串联机器人的分析与仿真[D]. 石磊.沈阳航空航天大学 2011
[6]工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究[D]. 陈伟华.华南理工大学 2010
[7]基于五自由度混联机构的新型高速重载铝锭堆垛机器人结构设计及优化[D]. 尹艳君.兰州理工大学 2010
本文编号：2976401
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