立体苗盘管理机器人的机械臂参数优化与试验

发布时间：2019-01-13 07:01

【摘要】：为使立体苗盘管理机器人的机械臂能够在植物工厂狭窄的作业环境下,灵活、高效地完成目标工作空间的所有搬运和喷洒动作任务需求,同时尽量减小机械臂的操纵空间和结构尺寸,采用理论与试验相结合的方法对机械臂参数进行了优化设计。首先采用D-H法建立了机器人的运动学模型,然后通过工作空间分析确定出优化参数的工作空间约束条件。在此基础上,以"距离最短"和"结构紧凑"为性能指标建立目标优化函数,并利用遗传算法求解出最优的大臂杆长648 mm、中臂杆长472 mm和小臂杆长396 mm,最优机械臂关节转角极限值为96°、68°和126°。最后进行机器人样机的搬运和喷洒运动规划试验,并借助高速摄像系统标记机械臂末端运动轨迹坐标。试验结果表明:优化后的机械臂能够到达目标工作空间的所有极限位置及其他特征位置点,最大绝对定位误差为9.8 mm,最大相对定位误差为0.98%,在允许的误差范围内,能够满足机械臂工作空间对目标工作空间的有效包容。
[Abstract]:In order to enable the robotic arm of the three-dimensional plantlet management robot to accomplish all the moving and spraying tasks in the target workspace flexibly and efficiently in the narrow working environment of the plant factory, At the same time, the manipulating space and structure size of the manipulator are reduced as far as possible, and the parameters of the manipulator are optimized by combining the theory with the experiment. Firstly, the kinematics model of the robot is established by using D-H method, and then the workspace constraints of the optimized parameters are determined by workspace analysis. On this basis, taking "shortest distance" and "compact structure" as the performance index, the objective optimization function is established, and the optimal arm length of 472 mm and 396 mm, of the upper arm rod length of 648 mm, is solved by genetic algorithm. The optimal limit of joint rotation angle is 96 掳, 68 掳and 126 掳. Finally, the moving and spraying motion planning tests of the robot prototype are carried out, and the moving trajectory coordinates of the end of the manipulator are marked with the help of the high-speed camera system. The experimental results show that the optimized manipulator can reach all the limit positions and other characteristic position points of the target workspace, and the maximum absolute positioning error is 9.8 mm, and the maximum relative positioning error is 0.98. Within the allowable error range, the manipulator workspace can be effectively contained in the target workspace.
【作者单位】： 东北农业大学工程学院;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室;海马汽车有限公司;长安汽车股份有限公司;
【基金】：黑龙江省普通高等学校青年创新人才培养计划(LR-356214) 黑龙江省博士后基金(LBH-Z13022) 哈尔滨市科技局产业化重点项目(2014DB6AN026) 国家自然科学基金资助项目(51405078)
【分类号】：TP242;S224

【参考文献】

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本文编号：2408207