采摘機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中,果實(shí)的機(jī)械損傷是影響采摘效果的主要因素之一。為了降低采摘機(jī)械手對(duì)果實(shí)的傷害、縮短設(shè)計(jì)周期、降低實(shí)驗(yàn)成本,提出了一種新的機(jī)械手夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法利用軟件的聯(lián)合虛擬仿真功能,實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境下夾持機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算與同步優(yōu)化。同時(shí),構(gòu)建了采摘機(jī)械手虛擬樣機(jī)多體系統(tǒng)框架,設(shè)計(jì)了采摘機(jī)械手仿真計(jì)算的多體動(dòng)力學(xué)模型,利用Pro/E軟件建立了機(jī)械手的數(shù)字化模型,并導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行了模擬仿真分析;通過(guò)計(jì)算得到了不同機(jī)械手手指尺寸的夾緊力大小。由夾緊力的多組仿真結(jié)果可以得到:在不超過(guò)水果破碎夾緊力閾值時(shí),最大夾緊力所對(duì)應(yīng)的機(jī)械手手指長(zhǎng)寬比,從而有效縮短了機(jī)械手的設(shè)計(jì)周期,提高了設(shè)計(jì)效率,為采摘機(jī)器人的研究提供了重要的數(shù)據(jù)參考。 

【文章來(lái)源】：農(nóng)機(jī)化研究. 2017年05期 第226-230頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

夾緊裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

仿真計(jì)算過(guò)程，其詳細(xì)框架如圖2所示。圖2機(jī)械手虛擬樣機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig．2Thestructurediagramofmanipulatorvirtualprototypesystem該系統(tǒng)由靜力學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真3大模塊組成，仿真方法主要是通過(guò)添加約束、施加驅(qū)動(dòng)和載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的自由度與構(gòu)成機(jī)械的構(gòu)件數(shù)量、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)量、原動(dòng)機(jī)的類型和數(shù)量，以及其它約束條件有關(guān)。在ADAMS軟件中，常用的運(yùn)動(dòng)副和自由度的約束個(gè)數(shù)如表1所示。表1ADAMS常用的運(yùn)動(dòng)副和自由度約束的個(gè)數(shù)Table1ThenumbersofmovemwntpairandfreedomconstraintcommonlyusedbyADAMS運(yùn)動(dòng)副自由度約束的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)平移總自由度約束的個(gè)數(shù)鉸接形式運(yùn)動(dòng)副235圓柱形式運(yùn)動(dòng)副224恒速形式運(yùn)動(dòng)副134固定形式運(yùn)動(dòng)副336萬(wàn)向形式運(yùn)動(dòng)副134采摘機(jī)械手的自由度個(gè)數(shù)可以通過(guò)式(1)進(jìn)行計(jì)算，有DOF=6n－∑mi=1pi－∑xj=1qj－∑Ｒk(1)其中，n表示裝置中活動(dòng)構(gòu)件的個(gè)數(shù);pi表示第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的約束個(gè)數(shù);m表示運(yùn)動(dòng)副的總個(gè)數(shù);qj表示第j個(gè)驅(qū)動(dòng)約束的個(gè)數(shù);x表示總驅(qū)動(dòng)約束個(gè)數(shù);Ｒk表示其他形式的約束條件個(gè)數(shù)。在采摘機(jī)器人機(jī)械手動(dòng)力學(xué)計(jì)算過(guò)程中，自由度和驅(qū)動(dòng)約束和系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性具有密切的聯(lián)系，在ADAMS軟件中，夾緊裝置的自由度決定了機(jī)構(gòu)的夾緊特性。2機(jī)械手夾緊裝置多體動(dòng)力學(xué)模型在ADAMS中采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的拉格朗日乘子法建立系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程。采用拉格朗日方程可以避免出現(xiàn)不做功的理想約束反力，使未知變量的數(shù)目減少到最低程度。ADAMS軟件中采用的動(dòng)力學(xué)方程的普遍形式為ddt?T?q()·T－?T?()qT+yTqp+θTq·μ－Q=0yq，()t=0θq，q·，()t=0

j=qj+1－qj，Δvj=vj+1－vj，Δλj－λj+1－λj(13)為了求解該微分方程，需要通過(guò)分解系統(tǒng)雅可比矩陣求解Δqj，Δvj，Δλj，計(jì)算出qj+1，vj+1，λj+1，q·j+1，v·j+1，λ·j+1，重復(fù)上述迭代校正步長(zhǎng)，直到滿足收斂條件。3Pro/E建模和ADAMS仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件ADAMS不具有專業(yè)的建模功能，因此需要在一般的三維建模軟件中進(jìn)行建模后導(dǎo)入到ADAMS軟件中進(jìn)行仿真。本次研究以Pro/E作為建模軟件，并將模型保存為．x_t格式文件，模型導(dǎo)入界面如圖3所示。利用ADAMS中的File－Import導(dǎo)入模型，文件類型選擇為Parasolid，在FileToＲead中找到建立好的模型，類型默認(rèn)為ASCLL，輸入模型的名字便可以導(dǎo)入模型，導(dǎo)入后的模型如圖4所示。圖3機(jī)械手模型導(dǎo)入界面Fig．3Theimportinterfaceofmanipulatormodel圖4導(dǎo)入后的機(jī)械手模型Fig．4Themanipulatormodelaftertheimport模型導(dǎo)入后可以在ADAMS軟件中設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，利用仿真計(jì)算功能可以得到機(jī)械手的力、力矩、位移、速度及加速度等。本次仿真主要是計(jì)算采摘機(jī)器人機(jī)械手指的末端夾緊力，因此在仿真計(jì)算過(guò)程中主要計(jì)算了機(jī)械手指的夾緊力，并利用ADAMS軟件的后處理功能輸出了夾緊力隨時(shí)間的變化曲線，如圖5所示。圖5夾緊力計(jì)算曲線Fig．5Thecalculatedcurveofclampingforce由圖5可以得到:在果實(shí)采摘過(guò)程中，機(jī)械手指的最大夾緊力，而優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程需要在不超過(guò)果實(shí)破碎夾緊力閾值的前提下，得到最大的果實(shí)采摘力。據(jù)·228·2017年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期


本文編號(hào)：2906058