林木球果采集机器人机械臂起升运动分析

为了使林木球果采集实现自动化操作，研制了林木球果采集机器人。其总体结构分为三个部分：机械手、行走机构和计算机控制系统。文中对林木球果采集机器人在采集过程中机械臂起升时的运动做了分析计算，求出了当采集爪匀速直线上升时，大、小臂协调动作的运动规律，为液压驱动和计算机控制系统的设计提供了依据。     

六自由度解耦机械臂的逆运动学通解

为求解六自由度解耦机械臂逆运动学通解,提出一种基于欧几里得范数的位姿分解逆运动学求解方法。先推导前3个关节角的解析解,快速、准确的获取机械臂的腕心位置;再利用已知的执行器姿态,计算后3个关节角,经六自由度机械臂的正逆运动学仿真互验,验证了方法的有效性。     

机械臂位置控制的研究

该文设计组建了以直流力矩电机为执行元件,LMD18200为电机驱动器件,增量式光电旋转编码盘作为位置检测元件,TMS320F2812为控制器的位置控制系统,实现对机械臂运行模式的简单仿制和模拟。同时根据机械臂位置控制的原理和系统组成,编写了系统的软件测试程序,并从动力学的角度在MATLAB环境下,进行了性能分析仿真,得出了仿真结果。     

基于滑模控制的多自由度采摘机械臂振动抑制方法

针对机器人末端柔性负载的残余振动问题,提出了一种多自由度采摘机械臂振动的滑模控制方法。考虑到组成结构、运动原理、动力方式等因素,构建了多自由度采摘机械臂数学模型。获取采摘机械臂的振动信号,并对其进行特征分析,计算机械臂振动控制量,生成采摘机械臂全局滑模面,设计了具有自动调节系数的滑膜控制器。对比实验显示,优化后的滑膜控制器由于工作时机械臂的运动参数会根据采摘任务产生动态变化,机械臂振动幅值明显减小,振动频率下降,而且能够消除轮廓误差,振动抑制效果明显,能够适合采摘需要。     

采摘机械臂的自适应神经网络滑模控制

针对采摘机械臂的位置终端的精确控制问题,提出了一种将自适应神经网络与滑模控制相结合的控制策略.首先通过神经网络来估计系统模型中的不确定性,提出了一种具有神经网络补偿作用的滑模控制器,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性,并改善了系统的动态性能.仿真试验表明,该控制方法能够有效地削弱抖振现象,具有很好的鲁棒性和动态特性.     

基于三维重建的柑橘采摘机械臂避障研究与实验

利用机器人采摘柑橘果实需要解决机械臂运动过程中对障碍物的感知与避障问题。根据枝干的特征对枝干进行分段标记,使用深度学习Mask R-CNN神经网络进行训练、识别,然后与Kinect v2相机得到枝干障碍物关键点的三维信息进行重建。应用快速扩展随机树（rapidly-exploring random trees,RRT）的改进算法进行机械臂的避障运动规划。搭建了仿真及控制平台,并在实验室环境下通过课题组自行研制的柑橘收获机器人进行了验证,结果表明,样机避障成功率为90.7%,平均规划时间为1.5 s。上述结果为进一步进行实际环境采摘奠定了基础。     

浅析采摘机械臂的国内外研究现状

采摘作业约占整个果蔬生产作业量的40%,自动化程度仍然很低,目前国内采摘作业基本上都是手工进行,因此研究采摘机械臂具有巨大的应用价值。     

基于边界元法的高精度交流机械臂伺服动力特性分析

机械臂因其智能化与高精度广泛应用于各行各业中。针对机械臂因机电耦合极易造成控制精度低的问题,本文基于边界元法的高精度交流机械臂伺服动力特性分析,将转子磁链定向矢量控制子系统应用于机械臂伺服传动系统中,转子磁链定向矢量控制子系统选取齿轮传动控制机械臂传动,转子磁链定向矢量控制子系统选取RV减速机与谐波减速机控制机械臂关节运动,利用机械臂伺服传动系统中的三环控制子系统控制机械臂的稳定运行。将机械臂伺服传动系统应用于6自由度柔性机械臂中,选取边界元法分析该机械臂动力特性,通过机械臂中梁元件弯曲震动动态基本解获取梁单元于纵向和扭转方向边界控制方程,将不同方向的边界控制方程依据梁元件各方向的震动特点组合,获取机械臂动力学方程,依据动力学方程分析高精度交流机械臂伺服动力特性。通过以上方法获取机械臂动力学方程,通过动力学速度跟踪以及位置跟踪结果验证伺服传动系统的伺服特性,采用该伺服传动系统的机械臂关节结束运动时位置波动极小,波动范围与稳态误差小于18以及1.5′;该方法分析高精度交流机械臂伺服动力特性结果相对误差均在0.05%以内,验证基于伺服传动系统的高精度交流机械臂伺服特性,以及该方法分析高精度交流机械臂伺服动力特性的准确性。     

番茄采摘机器人机械臂结构设计与参数优化

农业采摘机器人属于非结构环境下作业的特种机器人,果实的采摘易受环境变化的影响,机械臂的结构特点直接决定机器人作业范围。根据番茄的特点及其植株的生长分布,设计了具有平行结构关节的四自由度机械臂,建立了机械臂运动学模型,完成了机械臂的结构参数优化设计,并使用MATLAB平台进行了仿真验证。在满足番茄采摘要求的前提下,实现了实际采摘无效空间最小化,证明了该机械臂结构设计合理。     

基于MATLAB的移栽机械臂运动学分析与仿真

为了实现对四自由度移栽机械臂的精确控制,采用D-H法建立机械臂的连杆坐标系和运动学方程,实现了机械臂运动学正解。根据移栽机械臂的特点及参数,用解析法求得移栽机械臂的运动学逆解。运用MATLAB中的Robotics Tool-box工具箱对移栽机械臂进行运动学仿真,验证了所求得的正解和逆解。     

基于SA-PSO算法采摘机械臂参数优化

当前油茶果的采摘方式为人工采摘,采摘方式落后,采摘效率低,导致生产成本高,严重制约油茶产业的健康发展。为解决这一问题,实现油茶果机械化和自动化采摘,设计了一款振动式油茶果采摘机。油茶果采摘机工作过程中采摘机械臂的结构尺寸将会限制其工作的范围。为确保采摘机能高效率的采摘油茶果,对采摘机械臂进行参数优化,寻找最优参数。结合实地考察的结果,确定优化设计的变量为举升液压缸行程Sj、伸缩液压缸行程Ss、俯仰液压缸行程Sf,建立目标函数,确定约束条件。基于SA-PSO算法,对油茶果采摘机械臂进行结构参数优化,得到最优参数解:举升液压缸行程为Sj=154mm,伸缩液压缸行程为Ss=320mm,俯仰液压缸形成为Sf=166mm,为采摘机的优化设计了提供了理论数据支持。     

旋转弹性机械臂Timoshenko梁固有频率的近似计算

旋转弹性机械臂Timoshenko梁的固有频率计算，有关影响参数较多，计算较繁琐．因此，本文对其进行简化，得出满足工程精度要求的简易近似计算公式．     

五自由度采摘机械臂运动学通用算法应用

通过建立通用采摘机械臂运动学模型,构造初始矢量方程,完成求解,验证了基于Groebner基法的运动学算法的可行性,为采摘机械臂结构设计与控制研究提供了参考数据。     

四自由度采摘机械臂坐标系的建立

为便于处理机械臂复杂的几何参数,机械臂各杆件的运动可在总体坐标系中描述,在每个杆件处建立一个附体坐标系。运动学问题便归结为寻求联系附体坐标系和总体坐标系的变换矩阵。     

基于SolidWorks与有限元理论联合采伐机机械臂的设计方法

应用SolidWorks软件实现联合采伐机在计算机平台下的虚拟设计,结合有限元理论对机械臂建立有限元分析模型,得到了机械臂的应力分布,并依据应力分析结果做出结构设计优化;探讨了一种该型机械臂的虚拟设计方法,以确定其结构设计的可靠性,缩短了产品的开发周期和减少研发费用,并成功地应用于制造和检测。     

柔性梁大变形分析的线性化方法

对欧拉梁的大变形问题进行了深入研究,直接从欧拉梁的非线性挠曲线微分方程出发,通过定义等效弯矩,提出了一种求解梁挠度的简便有效的线性化方法。数值计算结果表明了该方法的精度和有效性。     

基于深度强化学习的柑橘采摘机械臂路径规划方法

【目的】为解决非结构化环境下采用深度强化学习进行采摘机械臂路径规划时存在的效率低、采摘路径规划成功率不佳的问题,提出了一种非结构化环境下基于深度强化学习(Deep reinforcement learning, DRL)和人工势场的柑橘采摘机械臂的路径规划方法。【方法】首先,通过强化学习方法进行采摘路径规划问题求解,设计了结合人工势场的强化学习方法;其次,引入长短期记忆(Longshort term memory,LSTM)结构对2种DRL算法的Actor网络和Critic网络进行改进;最后,在3种不同的非结构化柑橘果树环境训练DRL算法对采摘机械臂进行路径规划。【结果】仿真对比试验表明：结合人工势场的强化学习方法有效提高了采摘机械臂路径规划的成功率;引入LSTM结构的方法可使深度确定性策略梯度(Deep deterministic policy gradient,DDPG)算法的收敛速度提升57.25%,路径规划成功率提升23.00%;使软行为评判(Soft actor critic,SAC)算法的收敛速度提升53.73%,路径规划成功率提升9.00%;与传统算法RRT-connec...     

模块式苗木抚育机辅助作业臂模块动力学分析

应用Solid Works软件及ADAMS仿真软件,对模块式苗木抚育机辅助作业臂模块进行了虚拟样机建立与动力学仿真。结果表明:应用软件建立三维模型以及动力学仿真,验证了抚育机辅助作业臂模块翻转、升降、恢复的动作过程,说明虚拟样机运行良好。借助ADAMS软件,对正载及偏载工况下辅助作业臂模块进行了动力学仿真,分别得到了辅助作业臂模块在不同工况下翻转油缸以及升降油缸受力曲线和关键铰点的受力曲线,辅助作业臂模块受力变化情况吻合辅助作业臂模块实际受力情况。应用虚拟样机技术,对抚育机辅助作业臂进行动力学仿真,有着过程高效、低成本、输出结果直观形象、仿真效果好等特点。     

柔性垂直摘锭结构与动力稳定性分析

为了诊断垂直摘锭在运作中由于振动与冲击所产生的变形与失效问题,以及由此产生的棉花掉落、整体噪音大等问题,首先介绍新型垂直摘锭式采棉机的工作原理以及结构特点;接着利用NX、ANSYS等软件对新型采棉机关键部件——柔性垂直摘锭,建立三维模型并获取合理有限元模型,对其进行单独与耦合模态分析。通过研究发现:摘锭轴和摘锭耦合前,柔性摘锭由于材料特性稳定较低,其前4阶固有频率都落在正常工作频率(0～16.7 Hz)之内,耦合之后外力较少的情况下摘锭内表面与摘锭轴1/4外表面接触并且其频率与振型和柔性摘锭单独分析的情况大致相同,而随着同时接触的面数量增多(最多4面),转子稳定性明显提高了,即与前者同一阶固有频率相比,第1、第3、第5阶固有频率比前者分别提高到约38.66倍、37.98倍、45.05倍,但是由于这种情况下柔性摘锭受到的外力和冲击力较大,柔性摘锭出于紧缩或膨胀的状态很容易出现折断或变形。