丘陵山区果树冠层嫁接辅助机械臂设计与试验研究
发布时间：2021-05-22 16:06
丘陵山区果园果树的冠层嫁接目前主要依赖人工踩高,攀爬进行嫁接作业,危险性较高且劳动强度大。果树冠层嫁接区域具有复杂空间形状,需要一种机械化辅助装置在冠层嫁接过程中提供力支撑和定位。因此针对果树高冠嫁接作业机械化的需求,本文设计可实现频繁位姿变换和位姿保持的嫁接辅助机械臂,依靠关节制动器来制动定位并保持位姿,可在机械臂末端安装用于嫁接作业的末端执行器装置,辅助园艺工作者完成果树的冠层嫁接工作。嫁接辅助机械臂可以在丘陵山区果园作业环境下完成辅助嫁接作业任务,具有一定研究意义与应用前景。本文的主要研究内容如下:（1）对丘陵山区嫁接果园进行调查研究。根据果树冠层嫁接区域的分布特点,提出机械臂的设计指标。采用4R串联人机协作机械臂设计方案,通过对被动关节制动定位实现嫁接辅助作业。确定其结构尺寸参数。对机械臂的旋转和俯仰大臂进行有限元分析校核,并基于蒙特卡洛方法分析出了末端可达工作空间。（2）根据嫁接辅助机械臂的结构设计方案,对机械臂牵引运动过程进行运动学分析,推导出机械臂静力平衡方程。基于拉格朗日动力学建模方法建立4R嫁接辅助机械臂在牵引运动过程和制动定位过程中的动力学模型,同时在ADAMS中建...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 果园冠层管理机械化研究现状
1.2.2 国内外苗木嫁接装备研究现状
1.2.3 辅助机械臂研究现状
1.3 研究内容
2 嫁接辅助机械臂结构设计
2.1 机械臂的设计指标
2.2 机械臂的整体设计方案
2.2.1 机械臂的结构设计方案
2.2.2 机械臂的工作方式
2.2.3 机械臂臂体及关节设计方案
2.3 臂体结构有限元分析
2.4 机械臂的工作空间
2.5 本章小结
3 嫁接辅助机械臂动力学分析
3.1 机械臂静力学分析
3.2 机械臂动力学建模
3.2.1 机械臂运动学分析
3.2.2 基于拉格朗日方程的机械臂动力学模型
3.3 机械臂工作过程动力学仿真
3.3.1 机械臂ADAMS虚拟样机
3.3.2 机械臂牵引运动过程仿真
3.3.3 动力学模型仿真验证
3.3.4 机械臂静力学仿真验证
3.4 本章小结
4 机械臂制动过程和定位过程分析
4.1 机械臂制动过程的动力学仿真分析
4.2 辅助定位过程的关节制动力矩分析
4.3 关节力矩耦合作用对制动的影响
4.4 本章小结
5 关节制动控制方法设计与仿真
5.1 理想关节制动定位过程
5.2 基于动力学模型前馈补偿PID控制
5.3 制动过程控制仿真分析
5.4 本章小结
6 机械臂控制系统与样机试验
6.1 机械臂样机及试验设备
6.1.1 机械臂控制系统硬件
6.1.2 机械臂控制系统程序设计
6.1.3 试验仪器及测量传感器
6.2 关节制动定位过程试验分析
6.2.1 试验目的
6.2.2 试验过程
6.2.3 试验结果分析
6.3 制动过程中的稳定性试验分析
6.3.1 试验目的
6.3.2 试验过程
6.3.3 试验结果分析
6.4 机械臂输出测量试验
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术成果
作者简历
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]果园升降式高空作业平台设计研究[J]. 许鹏,何林,钟朝鸷,陈中武. 现代农业装备. 2019(02)
[2]一种被动柔顺控制的平面研磨力/位控制方法[J]. 闫雯,黄玉美,林文周,穆卫谊. 机械科学与技术. 2019(06)
[3]丘陵山区农机化创新发展的实践与思考[J]. 王隆刚,张锋. 农业工程技术. 2019(09)
[4]带式输送机盘式制动器控制系统性能研究[J]. 冯彬,李军霞,梁绍伟. 煤炭技术. 2019(02)
[5]我国果园机械装备现状及发展思路[J]. 王祺,王艳玲,俄胜哲. 农业机械. 2019(01)
[6]山地果园机械化:发展瓶颈与国外经验借鉴[J]. 邹宝玲,刘佛良,张震邦,洪添胜,吴伟斌,赖少雄. 农机化研究. 2019(09)
[7]果树枝条修剪机械装置设备研究进展[J]. 杨振,李建平,杨欣,王鹏飞. 现代农业科技. 2018(19)
[8]国内外油茶苗木自动嫁接技术装备研究现状[J]. 李全罡,吴晓峰,李芝茹,张北航,胡景阳,曹曦明. 林业机械与木工设备. 2018(03)
[9]果园修剪机械的发展现状与趋势[J]. 付威,刘玉冬,坎杂,潘俊兵,崔健,张慧明. 农机化研究. 2017(10)
[10]电子焊接生产辅助机械臂设计[J]. 马琪. 机械. 2017(05)
硕士论文
[1]悬挂式丘陵山地果园作业升降平台设计[D]. 王建超.山东农业大学 2013
[2]七自由度颅颌面外科手术辅助机械臂设计与分析[D]. 周巍.上海交通大学 2012
本文编号：3201288
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 果园冠层管理机械化研究现状
1.2.2 国内外苗木嫁接装备研究现状
1.2.3 辅助机械臂研究现状
1.3 研究内容
2 嫁接辅助机械臂结构设计
2.1 机械臂的设计指标
2.2 机械臂的整体设计方案
2.2.1 机械臂的结构设计方案
2.2.2 机械臂的工作方式
2.2.3 机械臂臂体及关节设计方案
2.3 臂体结构有限元分析
2.4 机械臂的工作空间
2.5 本章小结
3 嫁接辅助机械臂动力学分析
3.1 机械臂静力学分析
3.2 机械臂动力学建模
3.2.1 机械臂运动学分析
3.2.2 基于拉格朗日方程的机械臂动力学模型
3.3 机械臂工作过程动力学仿真
3.3.1 机械臂ADAMS虚拟样机
3.3.2 机械臂牵引运动过程仿真
3.3.3 动力学模型仿真验证
3.3.4 机械臂静力学仿真验证
3.4 本章小结
4 机械臂制动过程和定位过程分析
4.1 机械臂制动过程的动力学仿真分析
4.2 辅助定位过程的关节制动力矩分析
4.3 关节力矩耦合作用对制动的影响
4.4 本章小结
5 关节制动控制方法设计与仿真
5.1 理想关节制动定位过程
5.2 基于动力学模型前馈补偿PID控制
5.3 制动过程控制仿真分析
5.4 本章小结
6 机械臂控制系统与样机试验
6.1 机械臂样机及试验设备
6.1.1 机械臂控制系统硬件
6.1.2 机械臂控制系统程序设计
6.1.3 试验仪器及测量传感器
6.2 关节制动定位过程试验分析
6.2.1 试验目的
6.2.2 试验过程
6.2.3 试验结果分析
6.3 制动过程中的稳定性试验分析
6.3.1 试验目的
6.3.2 试验过程
6.3.3 试验结果分析
6.4 机械臂输出测量试验
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术成果
作者简历
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]果园升降式高空作业平台设计研究[J]. 许鹏,何林,钟朝鸷,陈中武. 现代农业装备. 2019(02)
[2]一种被动柔顺控制的平面研磨力/位控制方法[J]. 闫雯,黄玉美,林文周,穆卫谊. 机械科学与技术. 2019(06)
[3]丘陵山区农机化创新发展的实践与思考[J]. 王隆刚,张锋. 农业工程技术. 2019(09)
[4]带式输送机盘式制动器控制系统性能研究[J]. 冯彬,李军霞,梁绍伟. 煤炭技术. 2019(02)
[5]我国果园机械装备现状及发展思路[J]. 王祺,王艳玲,俄胜哲. 农业机械. 2019(01)
[6]山地果园机械化:发展瓶颈与国外经验借鉴[J]. 邹宝玲,刘佛良,张震邦,洪添胜,吴伟斌,赖少雄. 农机化研究. 2019(09)
[7]果树枝条修剪机械装置设备研究进展[J]. 杨振,李建平,杨欣,王鹏飞. 现代农业科技. 2018(19)
[8]国内外油茶苗木自动嫁接技术装备研究现状[J]. 李全罡,吴晓峰,李芝茹,张北航,胡景阳,曹曦明. 林业机械与木工设备. 2018(03)
[9]果园修剪机械的发展现状与趋势[J]. 付威,刘玉冬,坎杂,潘俊兵,崔健,张慧明. 农机化研究. 2017(10)
[10]电子焊接生产辅助机械臂设计[J]. 马琪. 机械. 2017(05)
硕士论文
[1]悬挂式丘陵山地果园作业升降平台设计[D]. 王建超.山东农业大学 2013
[2]七自由度颅颌面外科手术辅助机械臂设计与分析[D]. 周巍.上海交通大学 2012
本文编号：3201288
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/3201288.html
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