采摘机器人末端执行器设计与抓取特性研究

发布时间：2020-05-29 14:26

【摘要】：在科技的高速发展今天,农业智能装备,自动种植技术等在农业生产方面得到了大力的推广。我国的果蔬种植量也呈现大规模增长,传统的人工采摘方式已经不能满足需求;加之国家城镇化的建设加速,导致农村青壮年劳动力大量减少,用工成本急剧上升。果实采摘机器人作为农业生产方面重要的工具,能够为人们节省大量的劳动力,提高工作效率,大力推广和发展果实采摘机器人具有重要的意义。末端执行器作为采摘机器人直接与采摘对象接触的工具,是采摘机器人极其重要的组成部分。因此,本文提出了开展采摘机器人末端执行器设计与抓取特性研究,为提高采摘机器人的通用性和抓取稳定性提供有效的设计方案和理论基础。具体研究内容如下:首先,对国内外的采摘机器人末端执行器研究现状进行分析,发现目前缺少专门针对欠驱动机械手在农业采摘领域的研究,因此本文根据采摘作业的实际需求,基于欠驱动原理和可变约束机构,研究设计了一种通用性强、结构简单、易于控制的欠驱动三指手。通过手指的静态构型及静力学分析,得到能让三指手实现稳定抓取的条件;然后,通过对典型果实进行生物力学特性的测定,得到果实的生物力学特性。通过分析机械采摘过程中果实生物力学性能的影响因素,从降低果实机械损伤的角度,提出了一种采摘末端执行器稳定抓取的控制策略;最后,为了验证稳定抓取条件和稳定抓取控制策略,先在仿真环境下建立虚拟样机模拟实际抓取效果,对控制策略和抓取条件进行抓取动作仿真,验证了稳定抓取控制策略的正确性和抓取条件的可行性;然后,通过物理样机的抓取实验验证其在抓取果实方面的通用性。最后,搭建包括灵巧手和机械臂在内的抓取系统实验平台,验证本文所提出的稳定抓取控制策略。论文主要创新点在于设计了一种面向农业果实采摘的欠驱动三指手,并通过对该三指手的抓取力和抓取特性分析,为欠驱动三指手的抓取控制提供了理论依据。
【图文】：

图 1-2 吸附式苹果采摘末端执行器ig.1-2 Adsorptive terminal actuator for apple pick端执行器是德国雄克公司生产了一种末端状果实。该末端执行器的最大夹持范围为 3 秒以内（张麒麟 2011；陈真真 2016）

图 1-3 两指末端执行器Fig. 1-3 Two finger End-effector是两指形式的末端执行器，，其适用范围都存索和研究通用性高的末端执行器，并提出了欠飞 2013）。欠驱动的含义是指，一个机构能
【学位授予单位】：天津农学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225;TP242

【引证文献】

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1 刘凡;面向棚室果蔬采摘软体机械手研究[D];湖北工业大学;2019年

本文编号：2687061