范文一:苹果采摘简易机械手
苹果采摘简易机械手设计说明书
一、引言
近年来,随着农业产业机构的调整,林果生产已经成为很多地区经济发展和农民增收的支柱产业,随着种植面积的不断扩大,果园规模化发展和规范化管理的要求日益提高,从而果园机械化日益重要。果园收获机械的发展,可以减轻果农的劳动强度,提高生产效率,节约劳动成本,提高经济效益。由于我国果园作业机械研究起步较晚,基础相对较差,因此,果园作业机械化程度和欧美等国家还是存在差距。所以,针对我国各地林果生产特点研究相应的作业机械,对林果产业的发展有重要意义。
我国是世界第一大水果生产国,也是世界第一大水果消费国。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%~50%,目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂,季节性很强,若使用人工采摘,不仅效率低、劳动量大,而且容易造成果实的损伤,如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。使用采摘机械不仅提高采摘效率,而且降低了损伤率,节省了人工成本,提高了果农的经济效益,因此提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着现代农业机械化生产,大面积的种植果树,农民朋友的农产品获得丰收,果实的采摘问题也凸显而出,在面对果树高而无法采摘造成了苹果的摔落,因而这些苹果无法上市进行出售,为解决高空采摘苹果难,故设计此苹果采摘简易机械手来解决此问题。
二.项目设计的内容
(1) 果蔬收获机器人作业环境和工作对象的特殊性
工业领域是机器人技术的传统应用领域.由于在工业生产中,机器人的工作位置和障碍往往都能够事先预知,因此机器人的性能能得到很好的体现。和工业机器人相
比,果蔬收获机器人有很多独特的特点,主要表现在:
(1)作业环境的非结构性 收获机器人的工作环境往往是非结构性的、未知的和不确定的.例如,机器人所处的地势可能崎岖不平,天气条件(如光照)也可能随时改变。即使在温室环境中,也必须考虑温度、湿度、天气以及其它环境参数的影响。在这种复杂多变的环境条件中,机器人必须具有智能化的传感、规划和控制能力,要有很强的自适应能力。
(2)作业对象的个体差异和随机分布性 果蔬收获机器人的首要任务是识别和定位水果,而果实有的可能单个生长,有的则是一簇一簇的,形状、尺寸、颜色、成熟度也都不一样,而且果实总是随机分布在田地、藤蔓或树枝上,有的可能被茎杆和叶子遮挡,还要遇到不同的自然条件,如刮风可能导致果实摇动而不断改变其位置,并且果树和藤蔓的形状大小也往往不一样,从而使得机器人检测和接近果实变得异常困难。
(3)作业对象的柔软、易损性 水果等作物一般都比较娇嫩、柔软,收获时很容易遭受机械损伤,因此必须小心处理.这需要从机器人结构、传感器、控制系统等方面加以协调和控制。
(4)收获机器人成本方面的特殊性 农业机器人要想成功地应用,其成本必须低于同样结构的工业机器人,因为农业的利润往往很小,设备也只能季节性地使用。此外,农民一般不具备太多的专业知识.因此,收获机器人必须结构简单、操作性好、可靠性高,并且价格合理。
2采摘机器人的制造成本高、应用推广难
果蔬采摘机器人的采摘对象具有多样性,工作时间具有季节性,设备利用率低,操作对象大部分为农民,这就要求其要具有良好的通用性、可编程性、高可靠性和操作简单性。另外采摘机器人的使用和维护都需要相当高的技术水平和费用。只有当其使用成本低于人工收获成本时,采摘机器人才会真正被普及。因此,成本问题将成为制约采摘机器人市场化的瓶颈问题。
3解决对策
每一个事物的发展都是一个遇到问题解决问题的过程。为了很好的解决以上问题,解除限制采摘机器人发展的因素,可以从以下几个方面加强探索与研究:
(1)研究出一种高可靠性、高精度的视觉系统技术,可以使所有成熟果实都能够识别出来并能精确地对其定位。这就需要在三维立体视觉技术、视觉传感器技术、图像获取和处理等方面进行更深入的研究。
(2)可以研究适合采摘机器人工作的果蔬栽培模式,通过降低作物生长环境的非结构化和复杂性,便于采摘机器人的视觉定位和移动。
(3)机械结构直接决定机器人运动的灵活性、平稳性和控制的复杂性。采摘机器人结构必须更加紧凑和简化,优化机器人结构。提高机械手和末端执行器的柔性和灵
巧性,成功避障,提高采摘的成功率,降低果实的损伤率。
(4)提高图像处理速度,优化软件算法,缩短机器视觉部分在整个采摘过程中所占用的时间,以提高采摘效率。
(5)采用开放式的控制系统,提高采摘机器人的通用性。只要改变机器人的机械本体和末端执行器,用一套控制系统就能完成不同果蔬的采摘,从而提高控制系统的利用率、降低成本。
设计此机构有构思阶段,实际模型的建立,对实际模型数据的测量,按相应比例缩小并计算各构件的尺寸和角度。构思阶段:仿照实际生活中人手采摘苹果的运动原理进行设计。数据测量:由于此机构在设计初期,无准确数据,故本人用铁丝模拟制作了一个苹果采摘机械手,来确定相应角度和尺寸比例。尺寸角度的确定:尺寸的确定会在下面做一详细介绍,此处构件圆角处的角度的范围是85--95度之间均可 。(如下图)
↓ ↓
三.项目设计的步骤
1·设计任务
设计此机构的主要作用是在离地面较高而且人无法采摘,能够按照要求的尺寸来采摘符合要求的苹果(直径为110mm)从而避免了误将未成熟和较小的苹果进行采摘,既方便又安全。
2·设计方法
设计此运动机构采用了Proe软件中拉伸·扫描·旋转放样等主要建模功能。 3·设计要求
构件分三个部分:采摘可控部分,连接部分和控制部分
1.确定固定圆环的直径D=110mm,在装配处确定一个基准面,按引导线切除10mm,在确定小圆d=6mm,按大圆环的引导线扫描10mm
。
上图右侧与圆环基准线相交且与左侧切除扫描部分关于直径对称的孔d=4mm.
2.如下图所示为圆环机械爪
↑ ↑
a.此杆长为95mm b. 圆内接三角形,圆d=90mm
说明:在画上图a杆时,按直径为12mm画一圆,给定一路径进行扫描。在a杆下面,确定两基准面,以底部向上12mm,进行切除。b 图中是一直径为90mm画圆,并作内切三角形。
3.连接杆
根据勾股定理:主杆连接部分长400mm,连接杆分别为95mm和350mm.当以下两连接杆成一条直线时,为防止卡死,两连接杆的实际长度大于理论长度。
4.控制转动杆
在主杆距离低端约100mm处,连接一构件,与主杆连接处倒圆角。
5.机构整体分析
a. 省力,易操作。将原动力加于机械爪和圆环连接处,这样安装源动力可以减少使用时操作者尽量少的握住手柄,当有苹果需要采摘时再将手柄握住,这样不但省力而且易于操作。使得机械爪始终是张开的。
b. 高空作业,无需重复。在采摘苹果时,可以给圆环底部安装一个直径为110mm,长根据实际需要确定的苹果输送管。(帆布制管子最好)此机构可以大大减少采摘高空苹果的危险性,提高了苹果采摘的效率,有效的解决了大型果园高空苹果无法采摘(危险系数大,采摘成本高)的问题。
四。设计总结
1从设计苹果采摘简易机械手的过程中,我逐渐体会到了运用Pore这个软件来设计产品的实用性,它的功能非常强大,在今后的学习中我们还要继续并不断深入的学习这个软件。
2虽然在画图的过程中我本人运用软件不熟练和不会的,也有需要同学帮忙,但我真正的理解了项目设计的真正意义。
3我设计的运动构件是我自己的想法,所有的尺寸和角度都是按照生活实际需要按相应比例来确定的。在设计的过程中有很多不足,希望老师予以指导。
4.果蔬收获是一个季节性强的劳动密集型工作,由于劳动力的高龄化和人力资源越来越缺乏,采用机器人进行果蔬的自动化收获变得越来越迫切。但由于收获机器人的工作环境往往是非结构性的、未知的和不确定的,因此给机器人的实际应用带来了很大的困难。要成功地实现机器人的智能化收获,必须要在机器人的本体设计、果实的自动化识别和定位、机器人运动规划和控制技术等方面进行深入的研究。
范文二:苹果采摘机械手对果实损伤的影响
www.grain17.com
张麒麟,姬长英,高峰,赵文旻
(南京农业大学工学院/江苏省高等学校智能化农业装备重点实验室,江苏南京210031)
要:我国是苹果种植大国,机械采摘的快速发展与大面积推广应用为我国苹果产业的后续发展提供了强大的动
力。但同时由于机械采摘带来的果实机械损伤每年都在增加。以此为依据,设计了一种采摘机械手,对果实进行模拟摘
采摘,并使用仪器检测采摘后苹果硬度和可溶性固形物含量的变化,确定是否造成损伤。结论表明,该机械手在满足工作要求的同时,对果实几乎没有损伤。关键词:苹果,采摘机械手,机械损伤,硬度,可溶性固形物
*
Effectofapplepickingmanipulatoronfruitsdamage
ZHANGQi-lin,JIChang-ying*,GAOFeng,ZHAOWen-min
(CollegeofEngineeringNanjingAgriculturalUniversity/IntelligentAgriculturalEquipmentalKeyLabof
InstitutionofHigherLearninginJiangsuProvince,Nanjing210031,China)
Abstract:Chinaisabigcountryplantingapples.Appleindustrydevelopedveryfastwithwidelyusingofmechanicalharvesting.Thelossoffruitsmechanicaldamagehasincreasedeveryyearbecauseoftherapiddevelopment.Inordertosolvethisproblem,akindofrobothandwasdesignedtopickapples.Instrumentswereusedtodiscoverthechangeoftheapplehardnessandsolublesolidscontent.Theresultsindictedthattherobothandcouldmeettherequirementsofuseandtherewaslittledamageonfruits.
Keywords:apple;pickingmanipulator;mechanicaldamage;hardness;solublesolidscontent中图分类号:TS255.35
文献标识码:A
文章编号:1002-0306(2011)12-0404-05
[8]
(质构仪)美国食品特性研究开发机构FTC;SupNIR-1000型便携式近红外分析仪北京英贤仪
2010年苹果苹果是我国生产的主要果品之一,
产量占果品总产量的32.73%,居三大果品(苹果、柑橘、梨)之首。同时我国苹果种植面积2848万亩,产量2600万t,分别占世界苹果面积、产量的35%以上,规模居世界第一
[1]
器有限公司。
表1
编号
苹果1苹果2苹果3苹果4苹果5
苹果规格
质量(kg)0.150.170.210.250.18
。机器人采摘在苹果采摘过程
中的大量应用能够极大地提高采摘效率、节约成本,但同时水果在采摘过程中容易产生机械损伤,机械损伤也是病源微生物的入侵之门,是导致水果霉烂的最主要的原因。由于在各个作业环节中受载荷后瘀伤、破损,从而导致变质腐烂的水果多达30%~
[2]
40%,每年的损失高达数百亿人民币。机械手是与果实直接接触的部分,因此设计一种轻巧易用且对果实损伤小的机械手显得尤为重要。
端面直径(mm)
6875798577
1.2
1.2.1
实验方法
处理方法使用自行设计研制的苹果采摘机
5号果实作为械手对1~4号果实进行模拟采摘实验,
1
1.1
材料与方法
材料与仪器
红富士苹果
[3]
未经处理的对比项,保持原有状态。王学林通过实验研究,提出了末端执行器稳固抓取水果的条件
5颗,要求果实饱满、大小均匀,无
病虫害和机械损伤。将苹果编号为1~5号,果实规格见表1。
TMS-PRO食品物性分析仪普通5倍放大镜,
公式。
-G'-1mgwgfc≥
式(1)
式中:fc-抓持力(N);G'-果蔬的非刚体抓取映
00100射矩阵(行满秩);mg-水果自重(N);wg=[
T
。00]
收稿日期:2011-05-25*通讯联系人
同时给出了对直径在60~90mm范围内的苹果,
稳定夹持力在3~6N范围内,所以在此选取6N为阈值。整个采摘过程为苹果采摘机械手闭合抓持果实,当安装在手指内侧的力传感器达到6N时,电机
作者简介:张麒麟(1987-),男,硕士,研究方向:机电一体化。“863”基金项目:国家计划项目(2006AA10Z259)。
404
停止转动并保持一段时间,然后电机反转,机械手回到初始位置。1.2.2
使用5倍放大镜观察果
实夹持处有无表皮损伤或汁液溢出,如果有损伤,测
苹果表面损伤测定
2.3机械采摘对可溶性固形物的影响
可溶性固形物是指食品中所有溶解于水的化合
物的总称,包括糖、酸、维生素、矿物质等。可溶性固形物含量对水果口感有着很大的影响,是评价水果
[6]
内部品质的重要指标之一。
如图2所示,在10d内,苹果可溶性固形物百分比先下降后上升,然后经历了反复升降的过程。这是因为苹果一直在进行呼吸,呼吸会消耗糖等养分,造成可溶性固形物的百分比下降,同时苹果其他部
[7]位的养分也会向消耗处补充,阻止其继续分解。如果果实局部发生机械损伤,养分会快速流失且加剧
量面积大小。
1.2.3果实硬度测量
将苹果置于质构仪实验台
架,苹果与机械手的接触面作为测试面,设定好相应参数后开始运行,探头与果实接触后测出果实硬度,多次测量取平均值,连续测量10d。
1.2.4果实可溶性固形物检测将苹果置于桌面
上,然后将探针放于立架上的固定高度对准苹果待检测部位,选用波长范围为600~1100nm。选取苹果夹持处多个位置进行5~6次检测,然后取平均值,连续测量10d。
消耗,苹果可溶性固形物百分比会快速下降到一个
1~4号苹果和5号一很低的水平。从实验结果看出,样,都保持了正常的变化规律
。
2
2.1
结果与分析
机械采摘对苹果表面产生的影响
使用5倍放大镜观察果实表面的变化情况,表
皮损伤情况见表2。
表2
项目
苹果表皮损伤实验
苹果3苹果4苹果5一处轻微凹痕
表皮损伤情况无无无无2
且小于0.3cm
(GB/T我国关于苹果的国家标准《鲜苹果》
[4]
10651-2008)对碰压伤的规定见表3,对比表2和
苹果1苹果2
表3可以看出唯一产生表皮损伤的苹果3也在国家二等品苹果规定的范围以内。
图2苹果可溶性固形物变化图
3结论
表3
项目碰压伤
鲜苹果质量等级要求
等级
二等品
允许轻微碰压伤,总面积不超过
22
1.0cm,其中最大处不超过0.3cm,伤处不得褐变,对果肉无明显伤害
本文针对苹果机械采摘过程中对果实产生损伤
的问题,设计了一种新型采摘机械手。对经过机械手采摘的苹果的重要生理指标进行了实验研究。实验结果表明,该机械手在满足抓取要求的同时对果实几乎没有损伤,值得推广使用。
优等品一等品无
无
参考文献
[1]J].果翟衡,赵郑阳,王志强.世界苹果产业发展趋势分析[2005,22(1):44-50.树学报,[2]徐丽明,张铁中.果蔬果实收获机器人的研究现状及关键J].农业工程学报,2004,20(5):38-42.问题和对策[[3].控制工程,王学林.基于力矩外环的软物体抓取控制[J]2010,17(2):232-235.
[4]中共和华人民国国家质量监督检验检疫总局,中国国家.北京:中国标标准化管理委员会.GB/T10651-2008B31[S]
2008.准出版社,
[5]潘秀娟,屠康.红富士苹果采后品质变化的破坏与非破坏J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2004,32检测研究[
(9):40-42.
[6]J].吝凯,王维新.果品的冲击损伤研究现状及发展趋势[2010(1):233-235.农机化研究,[7]熊秀芳.红富士苹果采摘及贮藏期间抗压性能与品质实
2.2机械采摘对苹果硬度的影响
同一品种的苹果硬度略有差异,由于果肉细胞
所以会造每时每刻都在进行呼吸作用并消耗养分,
成果实硬度缓慢下降。如果果实受到机械损伤,会
[5]
在破坏细胞结构造成果实迅速软化。从图1看出,10d内苹果的硬度都在缓慢下降,苹果1~4与苹果5
的下降趋势相同,经过机械采摘的苹果并未表现出快速软化的现象
。
图1苹果硬度的变化曲线
D].杨凌:西北农林科技大学,2004.验研究[
[8]FoodTechnologyCorporatio.TMS-ProManual[OL].(2008-2011-05-22]http://www.foodtechcorp.com.07-1)[
405
http://www.grain17.com/yq_class/yq_264_1.html
范文三:苹果采摘机械手分析的论文及仿真
基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析 题 目:
张耀龙 姓 名:
工学院 学 院:
农业机械化及其自动化 专 业:
74 班 级:
3017417 学 号:
指导教师: 姬长英 职称: 教授
2011 年5 月20 日
南京农业大学教务处制
目 录
摘要.................................................................2 关键词...............................................................2 Abstract.............................................................2 eywords.............................................................2 K
1 引言 ............................................................... 3 1.1 选题的背景 ....................................................... 3 1.1.1 本课题的研究意义及概况 ......................................... 3 1.1.2 采摘机械手应用前景 ............................................. 3 1.2 课题的研究内容及方法 ............................................. 4 1.2.1 课题的研究内容 ................................................. 4 1.2.2 课题的研究思路 ................................................. 4 2 苹果采摘机械手的建模 ............................................... 5 2.1 苹果的生长特性介绍 ............................................... 5 2.2 苹果采摘机械手方案的选择 ......................................... 5 2.2.1 第一种方案的分析 ............................................... 5 2.2.2 第二种方案的分析 ............................................... 6 2.2.3 第三种方案的分析 ............................................... 7 2.2.4 第四种方案的分析 ............................................... 8 2.2.5 确定本课题方案 ................................................. 9 2.3 机械手结构的设计 ................................................ 10 2.3.1 三维建模软件 .................................................. 10 2.3.2 创建装配体 .................................................... 11 2.4 传动机构的结构简图及分析 ........................................ 12 3 机械手的仿真分析 .................................................. 14 3.1 仿真分析软件介绍 ................................................ 14 3.2 模型导入及建立约束 .............................................. 14 3.2.1 模型的导入 .................................................... 14 3.2.2 实体质量属性的添加 ............................................ 15 3.2.3 模型约束的建立 ................................................ 15 3.3 机械手的仿真 .................................................... 16 3.4 仿真结果的后处理 ................................................ 16 3.4.1 绘制仿真曲线及进行优化分析 .................................... 16 3.4.2 产生仿真结果的动画AVI文件 ..................................... 18 4 结论 .............................................................. 19 4.1 主要工作及成果 .................................................. 19 4.2 展望 ............................................................ 19
1
致谢 ................................................................ 19
参考文献: ........................................................... 19
基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析
农业机械化及其自动化专业学生 张耀龙
指导老师 姬长英
摘要:本文介绍了国内外农业机器人的发展概况和采摘机械手的应用前景。通过对多种不同结构
机械手的优缺点分析,提出了一种结构简单、操作方便的机械手结构。利用三维建模软件
Pro/Engineer进行机械手各零部件的设计,并将其组装成一个完整的机械手。将机械手装配图导
入仿真分析软件ADAMS中进行机械手的仿真。运用求解器模块Adams/Solver进行机械手的静力学、
运动学和动力学运算。利用后处理模块Adams /Postprocessor进行仿真视频和各种数据曲线的输
出。通过对仿真结果的分析,对苹果采摘机械手的研究方向提出了展望。
关键词:机械手; Pro/E; 三维建模; ADAMS; 仿真;
Simulation of Apple Picking Manipulator based on Pro/E and
ADAMS
Students majoring in Agricultural Mechanism and Automation Zhang Yaolong
Tutor Ji Changying
Abstract: This paper introduced the overview of the development of agricultural robots and the prospect of picking manipulat. By comparing the structure of different robots, analyzing the advantages and disadvantages, a kind of manipulat has been put forward which has a simple structure is easily operated. All the parts of the robot manipulat were designed, assembled with the help of Pro / Engineer. After leading the assembling drawing into the simulation software of ADAMS, the simulation was made through Adams/View. The statics, kinematics, dynamics computation were carried out with Adams / Solver. The simulation videos Curve Data of simulation were obtained with the help of Adams / Postprocessor. By analyzing the results of the simulation, the prospect of apple picking manipulat research was given.
manipulator;M-3DM; simulation Keywords:Pro/E; ADAMS;
2
1 引言
1.1 选题的背景
1.1.1 本课题的研究意义及概况
果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高,因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性,采摘自动化程度仍然很低。目前,国内水果采摘作业基本上都是人工进行, 其费用约占成本的50%~70%,并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型,其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收,因而具有很大发展潜力。
21 世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要时期。随着农业生产的规模化、多样化和精确化,农业生产作业要求逐渐提高,许多作业项目(如蔬菜和水果的挑选与采摘、蔬菜的嫁接等)都是劳动密集型工作,再加上时令的要求,保证作业质量成为关键问题;同时,工业生产发展迅速,农业劳动力将逐渐向社会其他产业转移;随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,农业生产成本也相应提高,这样大大降低了产品
[1]的市场竞争力。
国外农业机器人发展迅速。自1983年第1台西红柿采摘机器人在美国问世以来,采摘机器人的研制和开发得到了快速发展(如图1所示)。法国、荷兰等国家相继立项研究了采摘苹果、柑橘、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。日本近年在收获机器人的研究方面进展很快,目前已经研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器人,但技术不太成熟,还没有真正实现商业化。我国在农业机器人领域的研究始于20世纪90年代中期,上海交通大学机器人研究所的曹其新、刘成良等人完成了智能化联合收割机样机的研制。南京农业大学沈明霞和浙江工业大学张立斌等人正在进行农业机器人视觉方面的研究。2001年,张瑞合等运用双目立体视觉的方法研究了番茄收获中果实的精确定位问题。采摘机器人是未来智能农业机械化的发展方向,具有广阔的应用
[2]前景。
图1 水果采摘机器人 图2 番茄采摘机械手结构简图 1.1.2 采摘机械手应用前景
3
机械手又称操作机,是指具有和人手臂相似的动作功能,并使工作对象能在空间内移动的机械装置,是机器人赖以完成工作任务的实体.在收获机器人中,机械手的主要任务就是将末端执行器移动到可以采摘的目标果实所处的位置。日本冈山大学研制出
[3]一种具有7个自由度的西红柿收获机械手(如图2所示)。收获作业是一项劳动强度大、消耗时间长、具有一定危险性的作业。研究开发适合目前生产实际的果蔬果实收获机器人不仅可以在很大程度上减轻劳动强度、提高生产效率, 而且具有广阔的市场应用
[4]前景。果蔬收获是一个季节性强的劳动密集型工作,由于劳动力的高龄化和人力资源越来越缺乏,采用机器人进行果蔬的自动化收获变得越来越迫切. 但由于收获机器人的工作环境往往是非结构性的、未知的和不确定的,因此给机器人的实际应用带来了很大的困难. 要成功地实现机器人的智能化收获,必须要在机器人的本体设计、果实的自
[5]动化识别和定位、机器人运动规划和控制技术等方面进行深入的研究。本课题的研究主要是运用Pro/E软件设计出一种结构简单小巧的苹果采摘机械手模型,然后导入到ADAMS 机械系统动力学自动分析软件中。利用已有的模块对此机械手进行多项内容的模拟仿真。因此,收获作业所必需的采摘机械手的仿真分析同样具有非常广阔的应用前景。
仿真设计集多种设计方法于一体, 在虚拟的环境下, 综合运用多种设计方法, 通过添加运动、约束、力、碰撞等, 对该机械进行运动和动力仿真模拟, 不仅能在虚拟的环境中看到机械手的运动方式, 并且用动画、图形、数据等多种形式输出零部件的轨迹、速度、加速度、作用力、反作用力等运动和动力参数, 获得的设计数据和真实的情况基本一致, 克服了传统设计在农业机械手设计中的弊端, 使农业机械手的设计
[6]能达到很高的要求。
1.2 课题的研究内容及方法
1.2.1 课题的研究内容
本课题研究的主要内容是在已有的研究成果的基础上,了解苹果采摘机械手结构设计的基本方法,基本原理及遵循的规则等。通过三维制图软件Pro/E设计出结构简单、操作便捷、经济效益好等方面的要求。由于机械结构直接决定机器人运动的灵活性和控制的复杂性,所以机器人必须紧凑,行走、转弯灵活,同时还要保证机器人运动平稳和灵活避障. 设计末端执行器时,要求准确快速切除果实并确保不损伤果实. 同时,还
[7]必须进行机构的运动学和动力学分析,运用优化的观点来设计机器人结构。
在对所设计的苹果采摘机械手进行仿真的基础上,还可以通过对仿真结果进行分析,以对机械手加以改进,为以后实物的制造给予指导性作用。评价机械手的结构性能参数主要有工作空间、可操作度、位置多样性、冗余度等。末端执行器必须根据对象的物理属性来设计,包括形状、尺寸、动力学特性(如抓取力、切割力、弹性变形、光特性、声音属性、电属性等) ;水果的化学和生物特性也必须考虑.末端执行器的性能评估指标一般有:抓取范围、水果分离率、水果损伤率等。
1.2.2 课题的研究思路
1.研究苹果的生长特性和采摘方式。
2.分析国内外已有苹果采摘机械手的结构形式及其优缺点。
3.使用三维建模软件Pro/E,将自己设计的机械手用Pro/Engineer进行建模,并构建初步的运动约束。
4
4.将Pro/E设计的苹果采摘机械手三维图形保存为ADAMS能够识别的文件,该过程是实现ADAMS对机械手进行仿真的基础,也是对机械手进行分析、优化的关键所在。
5.运用仿真分析软件ADAMS中模块对机械手进行各项仿真,如手指开合的角度,角速度,稳定性,运动轨迹等。
6.输出仿真结果并进行一些简单的分析,提出了改进方案。
2 苹果采摘机械手的建模
2.1 苹果的生长特性介绍
苹果是蔷薇科苹果属植物的果实,该属约25种,苹果是栽培最广泛的果树。苹果是梨果的一种,由子房和子房外围的组织发育而成。苹果树多为异花授粉,有2,4%的花座果较为理想。虽然成熟苹果的大小、形状、颜色和酸度因品种和环境条件的不同而差异很大,但通常圆形,直径50,100毫米,带红色或黄色。苹果是落叶乔木,有较强的极性,通常生长旺盛,树冠高大,树高可达15米,栽培条件下一般高3,5米左右。树干灰褐色,老皮有不规则的纵裂或片状剥落,小枝光滑。单叶互生,椭圆,叶缘有锯齿。果实为仁果,颜色及大小因品种而异。喜光,喜微酸性到中性土壤。最适于土层深厚、富含有机质、心土为通气排水良好的沙质土壤。
苹果自花结实力差,栽植时必须配置授粉树。由于顶端优势和芽的异质性综合作用的结果,苹果通常具有较强的干性和明显的层性。因品种间的萌芽力和成枝力有差异,其层性的明显程度也不同。苹果是世界性果品,由于其生态适应性较强,果品营养价值高,耐贮性好,供应周期长,世界上相当多的国家都将其列为主要消费果品而
[8]大力推荐。现以红富士苹果树为例,简单介绍苹果树的生长特性:
(1)生长旺盛.红富士苹果成冠块,枝量大,新梢旺,萌芽率高,成枝力强,剪口下可形成长枝3,6个;萌芽早,副梢多,副梢自然抽生率较高。
(2)早果丰产。红富士苹果腋花芽较多,前期腋花芽可占总花芽的20,左右;结果初期长果枝和腋花芽占一定比例,但很快转为以短果枝结果为主,矮砧树尤为明显,五年
[9]生M7砧长富6短果枝比例达89%。
由以上苹果的生长特性及栽培方式,实现苹果的机械化采摘仍然面临较大的挑战。国外已有一些国家开展了苹果采摘机器人的研究工作。法国、韩国相继开展了苹果收获机器人研究,并试做了样机。下面将国内外常见的机械手结构作分析比较。
2.2 苹果采摘机械手方案的选择
2.2.1 第一种方案的分析
针对苹果的外形,采用两个直动手指,手指内侧附有一层橡胶材料,以保证抓起苹果具有足够的摩擦力,同时减少抓取过程中对苹果表面的损害。采用正反螺纹杆的转动来实现手部的夹紧和分离。当机械手夹住苹果时,启动电机以扭转果梗的方式实现苹果与树枝的分离,机构简图如图3所示。
在设计时,夹持机构的驱动机构是正反螺纹杆。对于苹果的分离,将夹持机构、光杆、正反螺纹杆和驱动电机用支架连接起来,通过电机6使整个支架旋转,在手部抓紧苹果后扭转果柄,这种扭断果柄的方式不会造成树枝的晃动。
本方案具有以下特点:1、夹持缓慢, 采用内附橡胶材料夹持装置来夹持果实, 减
5
少了水果与机械手接触过程中冲击、挤压等作用而造成的苹果的机械损伤;2、采用两个电机分别实现不同的功能,效率较高。
缺点只要表现在:1、成本较高,灵活性较差。2、两个电机作业,控制难度较大,要求采摘人员具有较高的专业能力,通用性差; 3、末端执行机构体积过大、质量过重、要求机械手运动空间较大。
图3 方案一的结构简图
1、末端夹持机构 2、正反螺纹杆 3、光杆 4、电机一 5、轴承一 6、电机二 7、轴承二 8、支架
2.2.2 第二种方案的分析
本方案仍然采用电机控制来实现手指的夹持工作,在分离水果的时候也同样采用扭断果梗的方式。其机构简图如图4所示。
本方案的工作过程主要是:当活塞向后运动时,推动齿条向后运动,根据齿条与齿轮的啮合关系,两个手指平移并实现夹紧果实;当活塞向前运动时,手指平移松开。在手指的外轮廓固定连接一个微型电机,用它来驱动手指转动,实现果柄的扭断。
本方案具有以下几个特点:
1、本方案对微型电机的要求非常严格,需要电机的重量足够轻,尺寸足够小,以最大限度的减少手指在运动过程中与果枝的碰撞。
2、通过活塞杆和齿条带动两个齿轮转动,齿轮与手臂的连接采用固定连接的方式,形成双支点回转机构,易于保证较高的采摘率和成功率。
3、采用电动和气动共同工作,可以实现进给和后退速度快,动作可靠准确,效率
6
较高,但缺点是整体结构体积大,不利于避障。
图4 方案二的结构简图
1、电机 2、手臂 3、左齿轮 4、活塞杆 5、右齿轮 6、齿条 7、轴承
2.2.3 第三种方案的分析
在上述方案的基础上,本方案仍然采用滑槽的方式实现手指的开合。苹果的分离采用割断的方式实现,当两手指夹持苹果后,在电机的驱动下,双面刀片在手指指尖部位进行转动,以割断果柄。其机构简图如图5所示。
其工作过程主要是:活塞杆前后运动,两个手指绕支架上的轴转动,实现苹果的抓取。抓住水果后,启动电机,驱动刀片绕手指在手指包裹区域的外围旋转,以割断苹果的果梗。
本方案有以下特点:
1、本方案的末端执行器的苹果分离方式是切割果柄,与扭断果梗的方式有很大的区别,这省略了电机带动整个手部转动扭断果梗这一复杂的过程。
2、驱动刀片的电机要求较高,要求具有较大的输出扭矩,不利于避障,并且如果刀片不够锋利就不能顺利割断果梗,刀片需要经常更换或维护。
3、该方案具有较好的通用性,可应用于包括柑橘、梨、桃等多种水果的采摘。
4、本方案的末端执行器结构简单,可靠性较好,智能控制简单,成本较低廉。手部外侧加电机降低了进给过程中的蔽障能力。
7
图5 方案三的结构简图
1、手指 2、滑槽 3、销轴 4、气缸 5、活塞杆 6、转轴 7、直流电机 8、刀片
2.2.4 第四种方案的分析
由本课题的研究内容和研究目的,需要设计一个结构紧凑,行动性和轻便性好,易于控制,灵活性和通用性都较好的末端执行器。第四种方案可满足以上要求,并且该结构在综合了上述的一些机械手的优缺点的基础上,采用平行四边形的传动架构,采用滑槽的形式有利保证传动的平稳性,对于苹果在实际的采摘具有更现实的意义,其结构简图如图6所示。
工作过程主要是:活塞杆向后运动时,手指在连杆的作用下沿着滑槽方向向内作平动,即可完成夹持果实。随着旋转电机的转动,夹紧苹果的机械手绕电机轴方向转动,实现果梗的扭断。
本方案具有以下特点:
1、引入了包括连杆,滑槽,销轴等基本机构,动力分别以液压和电动实现,实现了采摘机械手整体结构的紧凑性和灵活性。
2、扭断果梗的过程中,电机带动手部机构和苹果共同转动,由于整个末端执行器体积小,质量较轻,所以排除了空间方位上的忧虑,运动较灵活。
3、采用的零件较多,结构较复杂,对各部件之间的配合与精度有一定的要求。
8
图6 方案四的结构简图
1、夹持机构 2、滑槽 3、销轴 4、活塞杆 5、旋转电机 6、轴承 7、转轴 8、连杆
2.2.5 确定本课题方案
比较以上各种方案的优缺点,现提出以下方案,其机构简图如图7所示。电机固定在电机支架上,电机轴与气缸架通过联轴器固定在一起,气缸后端固定安装在气缸架上,气缸前端安装四指夹持机构,每个手指的内侧焊接有与手指面拟合的弧形刀片,刀片内侧附有橡胶,以缓和冲击,减少苹果表面的机械损伤。
该方案的工作过程为:在夹持苹果前,四个手指处于张开的状态,当苹果在夹持机构的包围范围内时,活塞向后运动,通过一系列传动杆件使手指夹紧,直到手指夹紧苹果。此时,启动电机,电机带动机械手整个手指及传动机构和苹果共同转动,通过扭动和指尖处的刀片的共同作用,以扭断和割断分离苹果。
本方案具有以下特点:
1、对于体积不是非常大的水果品种,夹持手指与苹果之间无径向的作用力,只是将苹果包围,不损伤果实,以利于提高采摘的效率。
2、当苹果进入四个手指的包围范围中的时候,活塞即向后运动使手指包围苹果,然后电机开始转动即可在扭转和切割两种状态下分离苹果。通用性强,灵活高,可采摘多种类球状果实。
3、结构简单紧凑,可靠性较高,操作和控制简单,成本较低。
9
图7 本课题所用方案
1、电机 2、联轴器 3、气缸 4、活塞 5、连杆 6、手指 7、橡胶 8、支架 9、销轴
2.3 机械手结构的设计
2.3.1 三维建模软件
Pro/E是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation)的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今最成功的
[10]CAD/CAM软件之一。Pro/E的分析流程图如图8所示。现在使用最多的版本:Pro/ENGINEER Wildfire野火4.0。
Pro/Engineer的功能主要有以下几方面:
1(特征驱动(例如:凸台、槽、倒角、腔、壳等);
2(参数化(参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等);
3(通过零件的特征值之间,载荷/边界条件与特征参数之间的关系来进行设计。
4(支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件,交替排列,Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。
10
图8 分析流程图
5(贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。
由于本课题使用的三维建模软件的版本为Pro/E 4.0,仿真软件的版本是ADAMS 2010,当前MDI公司并没有发布这两个软件该版本的接口,mech/Pro的最高版本只能支持Pro/E3.0和ADAMS2005的版本。但是高版本的Pro/E和ADAMS可以通过设置某些参数,在一定的条件下,将Pro/E创建的装配图或者零件图以一定的方式导入到ADAMS2010中。为了使该导入过程不至于出错,在Pro/E 中造型时应注意以下几点:1.尽量采用Pro/E 中提供的缺省模板;2.在三维建模时要尽量减少零件的数量。如果不同零件的相对位置是固定的, 那么在不影响仿真效果的前提下, 可以考虑将它们做成一个零件。3.在系统中如果存在几个相同零件时, 应将它们另存为不同的名字, 以示区别, 否则同样
[11]的零件只生成一个SLP 图形文件, 就会导致图形丢失。
2.3.2 创建装配体
首先,需要在Pro/E 4.0中创建机械手各部件,包括电机,电机支架,联轴器1对,汽缸,活塞,手抓支架2个,手爪,连杆和刀片等各零件的三维图,标示所有零件及其对应的名称,并将所有的零件图的Pro/E文件放置在一个文件夹里,以便装配的时候能够快速准确的找到零件。本设计将各部件的零件图及之后的装配图放入名为“三维建模图”的文件夹里面。此时需要注意的是所建立的模型的单位应该设置为“MKS”(即:Meter,Kilogram,Second),同样在进行组装的时候也应该注意到该问题,因为在将实体模型导入到仿真软件ADAMS中的时候,ADAMS只能识别这种单位设置。如果设置成其他单位,在导入时就会发生错误。
在装配模式下,采用不同的连接方式,包括匹配、对齐等对元件进行约束, 放置相
[12]应的零件,并对零件之间的位置关系做出准确的定位。在完成连接定义后, 还可适当增加一些约束, 以便于在ADAMS 中生成设定各约束的关键点,此类点在仿真的时候是可以捕捉到的点,有利于减少将模型导入ADAMS后,设置约束这一块的工作量。完成的装配图(三维模型图见附件),并将其转换为工程图,如图9所示:
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图9 苹果采摘机械手工程图
根据该苹果采摘机械手的工程图的,对该机械手的结构进行描述。其组成自右向左的分别为:发动机、发动机支架、联轴器、气缸、手抓支架1、连杆、手抓支架2、手抓、刀片等零件。可以将其主要的工作原理概括为:发动机支架固定在行动机构中,
[13]行动机构完成整个机械手和苹果相对位置的控制工作。当机械手和苹果具有正确的采摘位置时,驱使机械手向水果靠近,与此同时,通过气动实现活塞前运动以使手指张开。直到苹果在机械手的包围范围内,控制气动机构是活塞向后以将手指合拢,实现抓取水果。手指合拢后,启动电机带动整个机械手绕轴线旋转以割断果梗,使苹果与果树分离。行动机构将整个机械手收回,到一定位置活塞向前运动使手指张开,以放开苹果。此过程为一次采摘苹果的全过程。
2.4 传动机构的结构简图及分析
该机械手的工作原理主要为:电机支架通过刚性连接到行动机构上,该行动机构负责将末端执行器移动到合适的位置,以便于机械手工作时通过直线的运动进给和机械手手部的张合动作夹持苹果。当机械手到达正对苹果且距离适中的位置时,开始慢速的进给,同时机械手抓慢慢张开,直到将苹果包围在手爪的范围内。控制外界的气压装置,调整使活塞后退,通过传动的杆件将手指合拢以夹持住苹果。然后电机开始工作,转动数圈后,通过扭动和切割双重的作用将苹果与树枝分离。行动机构后退,到一定位置时气缸工作,活塞向前运动使手指分开,以放开苹果。
由于在采摘前的进给和采摘后的后退过程中,机械手手指部位发生的运动只是随着电机的直线运动,该过程只涉及到行动机构运动参数的设置,与本机械手的参数没有关联,所以该过程只涉及到运动学的研究。而在中间的过程,即手指的合拢和转动过程涉及到了运动学和动力学等多方面复杂的内容。下面对机械手手指部位的运动机构的结构进行分析,简化的手指结构及其传动机构如图10所示:
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图10 手抓结构示意图
该图为由苹果采摘机械手三维模型创建的工程图,该图所标注的尺寸比例为1:1,即该图中各零件的尺寸为其真实的尺寸,这样对于手指的运动的规律的研究能够实现较高的精度,其真实性也能够得以验证。由于该机械手的四个手指是相同的运动规律,所以通过对一个手指的研究可以将其结论总结到其他几个手指上面。
零件1为手抓支架1,它是固定在汽缸上面的,即可将其于汽缸的部件看作一个整体。连杆2和手抓支架1、手抓3都是通过铰链连接,手抓3和手抓支架4也是通过铰链连接。通过连接到汽缸上的活塞(即手抓支架1)的伸缩,将手抓支架2顶起或者拉回来,以实现手抓3的张合,达到抓取和松开苹果的功能。
通过对手爪的传动结构的几何分析,在不考虑手指顶部干扰的情况下,分别列出了该结构的初始位置和活塞处于最短和最长的位置的示意图,如图11所示:
图11 手抓计算简图
由图可计算出活塞的发生作用的过程中的最大量和最小量,分别为:
L = 31.7mm L = 14 + 35 = 49 mm minmax
13
该长度主要是通过平面上的几何模型及参数计算所得,在机械手的实际运动的过程中,由于机构存在厚度,机构之间可能存在的相互间的干涉等原因,机械手的运动范围应该是在该范围内的某一区间里。并且由于苹果的尺寸存在大小不一的情况,所以本机械手手部的活动范围的误差总是小于普遍采摘过程中的苹果尺寸差异。所以对于精度的要求并不高。
另,手部机构的尺寸对于采摘效果的影响是直接的,而后部的汽缸的尺寸,各连接处螺栓杆的尺寸方面并没有要求,只需能够完成各自的机械传动的任务即可。其他零件的具体尺寸和装配的位置关系见附件。
3 机械手的仿真分析
3.1 仿真分析软件介绍
ADAMS,即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical
Systems),该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统几何模型,其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法,建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰
[14]撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件,用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面,又是虚拟样机分析开发工具,其开放性的程序结构和多种接口,可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成,如表3-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真,而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与
[15]仿真分析。
本课题的仿真分析采用的是最新的ADAMS2010版本,下面介绍机械手的仿真。
3.2 模型导入及建立约束
3.2.1 模型的导入
将模型导入ADAMS 中常用的方法有两种:1、将Pro/E 中创建的模型另存为ADAMS 可以识别的文件格式( 如.x_t、IGES、STEP) , 然后导入ADAMS 中。2、利用MSC 公司提供的Pro/E 与ADAMS 专用接口模块Mechanism/Pro, 导入ADAMS。
由于硬件设计及版本等软件方面的原因,本设计的仿真过程采用第一种导入的方法。导入的主要过程为:打开三维建模软件Pro/E Wildfire 4.0,将设计的苹果采摘机械手的装配图打开,在file菜单里点击保存副本,在文件格式一项选择保存为 .x_t 格式文件,该格式是ADAMS能够识别的文件类型。启动ADAMS2010 仿真软件,在进入后选择 import a file (如图12所示),弹出File Import对话框,在File Type右侧的下拉菜单里选择包含.x_t一项的格式序列,然后选择刚保存的机械手的.x_t格式的文件,点击OK按钮即可打开模型。
14
图12 Pro/E文件导入ADAMS
3.2.2 实体质量属性的添加
在ADAMS里完成几何建模的实体,Adams/View会根据系统自动赋予的材料信息(在默认状态下,材料设置为钢),计算出实体的质量和转动惯量。导入的几个模型是没有质量信息的,需要用户进行添加修改,因为0质量将会导致无穷大的加速度,在进行计
[16]算时会出错。因此要为所有的实体都设置一定的质量。进行质量属性的修改主要使用一下的方法。选择要编辑的实体并单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择该实体,在下一级菜单中单击“Modify”弹出“Modify Body”,通过“Category”下拉列表将其设置成“Mass Properties”选项,然后可以进行实体质量属性的修改。在质量属性的“Defined Mass By ”下拉菜单中选择“User Input(用户输入)”选项,然后输入质量和转动惯量(此部分数据为三维建模过程中定义获得),并输入零件的标记点名称,完成零件质量属性的修改。本设计中由于某些零件之间是刚性连接,在整个采摘过程中并不发生任何的相对运动,所以可以将其看作一个整体,如将电机和电机支架看作一个整体。按照该方法,可以将整个机械手分为几个大的部分:DIANJIZHIJIA(电机和电机支架),SHOUZHUAZHIJIA1(联轴器,气缸,手抓支架1),LIANGAN(4个),1GB67A_M4(手抓支架2和活塞等),XIANGJIAOC(刀片,手抓,橡胶层)(4个)等共11个块。研究是分别将其看作一个整体。
3.2.3 模型约束的建立
通过 ADAMS 提供的多项功能完成约束的建立。在Adams/View中,提供的约束可以分为以下4种类型:常用运动副(转动副Revolute、移动副Translational、圆柱副Cylinder等)、基本约束(轴平行约束、轴垂直约束、方向定位约束、共面约束、共线约束)、运动(直线运动Translational Joint Motion、旋转运动Rotational Joint
[17]Motion)和高副(点-曲线约束、曲线-曲线约束)。根据上面叙述的机械手的工作原理及机械手的结构特点,需要施加转动副的地方共13处,分别是:电机_联轴器(1个),手抓支架1_连杆(4个),连杆_手抓(4个),手抓和手抓支架2(4个)。施加移动副的地方有2个,分别是电机支架_行动机构(1个)和气缸_活塞(1个)。需要施加运动的地方共4个,分别是电机支架相对于ADAMS界面里的Ground的直线运动,活塞相对于气缸的直线运动,气缸相对于电机的旋转运动和苹果相对于Ground的直线运动。另外,为了便于在仿真的过程中对某些点的运动情况和动力学情况进行研究,需要绘制若干
[18]连体坐标系(Marker点)。Marker点起到连接坐标系或者局部坐标系的作用,与其他几何体固联在一起,不发生相对运动。它是有方向的,在求解几何体上某点处的位移、速度、加速度等时,则需要在该点创建Marker点。完成所有的约束后添加运动约
15
束后,在命令菜单栏的File下选择save database,将设置好的有关机械手的 .bin 格式的文件保存。
3.3 机械手的仿真
在完成了机械手的所有约束的设置后,就可以进行机械手的仿真了。打开已创建的ADAMS文件,进入工作界面。单击主工具栏上的仿真工具按钮,住工具箱的下半部分将转变成仿真分析的参数设置栏。在主工具箱中显示的是最常用的仿真工具和参数设置,包括:仿真类型(默认的分析类型Default、动力学分析Dynamic、静力学分析Kinematic、静态分析Static);仿真分析时间(停止时间End Time、持续时间Duration);仿真结果的频率(步长Step Size、步数Steps)。将分析类型设置为默认的Default,仿真时间设置为End Time,参数输入25,仿真结果的频率设置为Steps,参数输入200
[19-20]步,即每0.125s输出一次仿真结果,即一张瞬时照片。
完成以上设置后,单击开始仿真按钮,开始仿真分析。在仿真分析过程中,可以实时显示样机的运动状况。如果仿真分析运行顺利,计算机将一直仿真分析到设定的停止时间。通常ADAMS仅保存最后一次的仿真分析结果,可以利用保存命令将所需的仿
[21]真结果存入数据库。
3.4 仿真结果的后处理
3.4.1 绘制仿真曲线及进行优化分析
完成一次仿真后,即可对刚才有特定参数的仿真进行分析。在主工具箱的测量工具集中单击两点相对运动测量工具按钮,或单击角度测量按钮,在主工具箱的下部即显示测量的属性characteristic(位移Displacement、速度velocity、加速度acceleration)和component(x、y、z、magnitude)。选定测量的属性后,在工作屏幕区选择两个Marker点,即可弹出一个以时间为横轴的坐标系和一条平滑的曲线,该曲线描述了在整个采摘过程中选定的两个Marker点之间的相对位置、相对速度或者相对加速度的曲线。在该坐标系中单击鼠标右键选择transfer to full plot,即可显示完
[22]整的特性曲线并可显示控制面板以实现对曲线的处理。部分曲线如图13,图14所示:
图13 相对两指尖相对位移 图14 四指尖角度图
16
图13为相对两个手指指尖之间距离随时间的变化曲线图,右边1列为指尖顶点在X方向上的位移随时间变化的曲线。横坐标为时间T(s),纵坐标为距离(mm)。本次绘图的曲线是周期为25秒的仿真曲线。在0秒处,纵坐标的值表示机械手初始位置时两手指尖的距离。随着仿真的进行,机械手手指慢慢的张开,距离不断增大,直到某点处距离不再变化,手指张开程度达到最大。当苹果在机械手的采摘范围内时,机械手开始合拢以包围苹果,直到下面的水平线时机械手安全合拢,该过程近似为平滑的直线。然后是旋转切割果梗及苹果分离后机械手后退的过程,距离不再改变。当机械手后退到收集苹果的位置时,手爪将再次慢慢张开,以放下苹果。该过程也是一条近似直线的平滑的曲线。由该曲线图可以很方便的读取苹果采摘机械手手指间距的最大和最小值,并了解手指在整个采摘过程中的运动的规律。另可由ADAMS计算出机械手上各点处的速度和加速度随时间变化的规律。通过对曲线的分析,了解机械手在各个方向上的运动规律。另外还可以通过分析,了解手指关节处的运动情况并描述处手指运动规律[23]等。图14为手指指尖与电机底平面的角度,随时间变化的规律。由图可知,四个点的运动规律相同,即机械手4个手指的运动情况呈现出一致性。这对于采摘过程中,手指对苹果的作用力在各个方向是均匀的,这有助于减少苹果采摘过程中位置的无规则变动,也可有效的减少苹果采摘的机械损伤。通过仿真,绘制出机械手各点处的运动规律,其曲线见附件。
位移 速度 加速度
图15 指尖的运动规律
图15中分别为:某一手指指尖相对于电机支架的位移、速度、加速度。每列的4个图,分别表示在x,y,z和Magnitude方向上随时间的变化情况。由位移图可知,手指在x,y,z方向上的极限位置。由速度图可以对机械手的运动情况进行记录。通过加速度图可以间接对机械手上各点的动力学情况进行计算。
由物理学和理论力学等学科的某些原理可知,速度曲线上某点的曲率越大,其加速度越大,曲率越小,其速度变化越平稳。在加速度曲线上,某些点曲率越大,表明
17
该点短时间内的作用力变化较大,即发生的冲量就越大,这对于机械结构的使用寿命存在一定的影响。所以在机械手结构的设计过程中,应首先对机械手进行仿真,得到机械手各主要部位的速度、加速度等曲线图,然后对仿真结果中加速度曲线进行分析,得到机械手在工作过程中,受力情况比较特殊的点或者部位。对冲击大的点或部位进行加固加厚或者更换材料等预处理,以提高机械手的使用性能。
对仿真结果进行分析可知,在一定的条件下,手指的运动轨迹、各关节之间的作用力和角加速度都满足设计要求。即该机械手设计合理,零件的结构设计符合要求。
3.4.2 产生仿真结果的动画AVI文件
Adams/PostProcessor的动画功能可以将其他ADAMS产品中通过仿真计算得出的动画画面进行重新播放,有助于直观地了解整个物理系统的运动特性。当加载动画或者将Adams/PostProcessor设置为动画模式时,Adams/PostProcessor界面改变为允许对
[24]动画进行播放和控制。加载的动画主要分为两种类型:时域动画和频域动画,本课题采用时域动画,以时间为单位进行仿真分析,画面随输出时间步长而依次生成。本课题仿真的End Time设置为25s,Steps设置为200,则ADAMS将记录200步或帧的数据,它在25秒中每0.125秒创建一帧动画。
完成依次仿真后,单击主工具箱中的“后处理模块工具”,弹出如下图所示的控制面板。在该对话框中可以进行仿真的回放,可进行的操作包括顺序播放,倒放,播放速度的调整等。设置好一定的播放速度后,单击“Record”按钮,单击开始播放按钮,直到播放结束后,再次单击“Record”按钮,即可将回放的过程记录成AVI文件(AVI文件详见附件)并存放在工作目录中。视频制作的控制面板如图16所示:
图16 AVI视频的制作
18
4 结论
4.1 主要工作及成果
在本课题的整个实施阶段,根据已有的国内外材料,设计了一种结构简单小巧的苹果采摘机械手并运用Pro/Engineer完成了机械手的三维模型和初步的运动约束。之后利用美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件ADAMS中的多个模块实现了对该机械手的仿真分析,并能够从仿真结果中获取机械手作业过程中的运动学、动力学等方面的规律,完成了项目开题阶段设置的目标。同时在本课题的不同阶段分别完成了开题报告、外文翻译、文献综述和中期检查等工作。
4.2 展望
工业机械手是国际上机器人学研究的热点之一,构造出具有良好性能的工业机器人的众多构型,以便根据应用要求选择不同性能的机构,是机器人机构中的一项重要任务,当前众多研究人员的研究方向都集中于构建新型的机械手机构。传统的方法是通过试验样机制造实物来验证,而近年计算机技术的广泛应用提供了新的方法,那就是虚拟样机技术,这包括了三维CAD建模技术和机械系统运动学等相关技术。未来中国农业在参与市场竞争、融入自由贸易的必由之路上,农业产业化是必须的客观历史进程,而产业化的根本特征即是规模、速度、效率和效益,没有现代的机械化工具和技术是不可想象的。因此,可以毫不夸张地说,随着新世纪中国农业的飞跃,随着农业产业化的推进,中国农业真正意义上的机械化时代正向我们走来。正如农业产业进程有其自身的规律一样,新的一轮农业机械化浪潮的到来,完全区别于建国后数次人为的冒进,而是生产力自身发展的必然,是不以人的意志为转移的客观进程。与农业产业各个阶段相对应,农业机械化同样也将呈现出由低级到高级的发展规律。
总的来说,农业机器人技术的发展还远落后于工业机器人技术,由于农业机器人在技术和经济等方面的特殊性,目前还没有普及,但随着农业生产向规模化、多样化、精确化发展,以及逐步出现的农业劳动力不足的问题,可以预计,随着信息技术向农业领域的渗透,农业现代化技术的发展,农业工程技术的日趋成熟,农业机器人将越来越多
[25]地进入农业生产过程中。
致谢
本次设计是在我的指导老师姬长英教授的精心指导下完成的,在我的毕业设计选题、开题以及撰写过程中始终严格要求,同时及时地给我指导。姬老师严谨的治学态度、渊博的专业知识、崇高的职业品德很令我很感动,我从老师身上学到了做学问的态度、方法与知识,但更重要的是学到了做人的道理与做任何事情都应有的认真、严谨的态度。这将使我受用终身。另外我还要感谢张麒麟学长,即使自己很忙也会抽出时间来询问我的工作进度并不断给予我帮助,对这种无私奉献的精神也深感敬佩。同样还要感谢在毕业设计过程中给予过帮助的同学和朋友们。
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20
本科生毕业论文(设计)成绩评定表
(由指导教师填写)
农业机械化及其自学院 工学院 专业 姓名 张耀龙 动化
论文题目 基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析
一、对待毕业实习的态度及实习期间遵守纪律情况
优良(15—11分) 一般(10—6分) 较差(5—0)
二、观察、收集、整理、查阅资料及运用数据的水平
优良(30—21分) 一般(20—11分) 较差(10—0分)
三、学生的独立工作能力和动手能力
优良(20—16分) 一般(15—11分) 较差(10—0分)
四、毕业论文写作的规范化程度
优良(15—11分) 一般(10—6分) 较差(5—0分)
五、毕业论文(设计)总体评价
优良(20—16分) 一般(15—6分) 较差(5—0分)
评定意见、成绩及能否提交答辩:
指导教师签名: 单位公章: 年 月 日
21 / 25
本科生毕业论文(设计)成绩评阅表
(由评阅教师填写)
专农业机械化及其姓学院 工学院 张耀龙 业 自动化 名
论文题目 基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析
一、论文选题的价值与合理性
优秀(15—11分) 一般(10—6分) 较差(5—0)
二、论文的难度、工作量大小和创新性
优秀(30—21分) 一般(20—11分) 较差(10—0分)
三、数据资料分析、归纳、概括及运算的能力
优秀(20—16分) 一般(15—11分) 较差(10—0分)
四、文字表达水平、文章的逻辑性
优秀(15—11分) 一般(10—6分) 较差(5—0分)
五、论文写作的规范化程度
优秀(20—16分) 一般(15—6分) 较差(5—0分)
评阅意见、成绩及能否提交答辩:
年 月 日 评阅教师签名:
22 / 25
本科生毕业论文(设计)答辩及综合评分表
(由答辩小组填写)
农业机械化及其姓学院 工学院 专业 张耀龙 自动化 名
论文题目 基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析
一、内容的科学性、应用性和创新性
优秀(30—21分) 一般(20—11分) 较差(10—0)
二、论文写作水平及知识面掌握程度
优秀(30—21分) 一般(20—11分) 较差(10—0分)
三、语言表达能力、逻辑思维能力、回答问题的正确性
优秀(40—31分) 一般(30—11分) 较差(10—0分)
论文答辩成绩:
答辩小组负责人(签名): 年 月 日
本科生毕业论文(设计)综合评定成绩
(由答辩委员会填写)
开中指导教毕业论文毕业论文综合题报告期检查师评定成绩(设计)评阅成(设计)答辩成评定成绩成绩10% 成绩10% 30% 绩30% 绩20% 100%
注:综合评定成绩等级:优秀(90-100),良好(80-89),中等(70-79),及格(60-69),不及格(60分以下)。
年 月 日答辩委员会负责人(签名):
23 / 25
24 / 25
范文四:苹果采摘机器人机械手避障算法研究
苹果采摘机器人机械手避障算法研究
姬伟,程风仪,赵德安
(江苏大学电气信息工程学院,江苏 镇江 212013)
摘要:针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的 5
路径规划算法。在保留传统人工势场法易于实现,结构简单等优点的基础上,针对其存在的 局部极小点,陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜 索过程跳出局部最优的极小点,而获得一条最优的平滑运动曲线,从而实现机械手的灵活避
障。仿真实验结果表明此方法简单,实时性好,规划路径的质量得到大幅提高,能够有效地 避开障碍物。 10
关键词:采摘机器人;避障;人工势场法;虚拟目标点 中图分类号:TP242
Research on the Obstacle Avoidance for Apple Picking
Robot Manipulator 15 JI Wei, CHENG Fengyi, ZHAO Dean (school of electrical and imformation engineering,jiangsu university, JiangSu ZhenJiang 212013) Abstract: In this paper, an improved artificial potential field method is present for obstacle
avoidance of apple picking robot. On the basis of retaining the merits of the traditional artificial potential field method which has simple structure and is easy to implement, for some of the 20 shortcomings of its existence, such as local minimum points, the stuck district, combined with the characteristics of obstacles in the apple growing environment, a virtual target point is introduced to help the search process escape local optimal minimum point. Then a smooth motion curve, which conducts the manipulator and the end-effector as it approached and picked the apples, is obtained.The experimental result indicates that the proposed method is simple and effective. 25 Keywords: Picking robot; Obstacle avoidance; Artificial potential field method; Virtual target 0 引言
果实采摘机器人不仅应具备准确识别成熟果实及精准定位的功能,还应该能够实时规划 出合适的采摘路径,引导机械手避开树枝、不成熟果实等障碍物,实现快速自主采摘。相对 30 于工业机器人来说,采摘机器人的工作环境往往是不确定、非结构性的,且果实较柔软易损 坏,这些特点给采摘机器人的路径规划问题提出了更高的挑战。目前,已有不少学者提出了 农业机器人避障路径规划的方法和策略[1-2],诸如:Ariadne’s Clew 算法 [3]、A*算法[4]、 SBL-PRM(Single-query,Bi-directional,Lazy collision checking,Probabilistic Roadmap Method) 算法[5]、神经网络算法[6]等等。 35
人工势场法是一种局部规划算法,结构比较简单,适合静态环境下的路径规划,但存在 局部极小点、陷进区以及在复杂障碍物前产生震荡现象等问题。针对这些缺陷,国内外许多 学者提出多种改进方法,如对斥力势场函数的改进[7],结合栅型声纳测试建立新的势场函数 [8] ,引入虚拟障碍物以及预测与势场法相结合的算法等等[9-10],但大部分改进方法的实时性 都难以保证。 40
基于以上分析,本文研究了一种基于改进人工势场法的采摘机器人机械手实时避障路径
规划算法。在传统人工势场法的基础上,针对其存在的局部极小点,陷进区等问题,结合果
基金项目:教育部博士点新教师基金(20093227120013);江苏省博士后基金(1102110C);
作者简介:姬伟,男,博士,副教授,主要研究方向农业机器人,智能控制。 E-mail: jwhxb@163.com
-1-
树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点[11]来使机器手摆脱局部极小值问题,获
得最优的、平滑的运动规划曲线,从而实现自主避障。实验验证了该方法的可行性。
45 1 人工势场法原理
人工势场法最初由 Khatib 提出[7],由于其结构简单,易于实现等优点而被广泛采用。基
本思想是把机器人在环境中的运动看作一种虚拟人工受力场中的运动。障碍物对机器人产生
斥力作用,而目标点对机器人则产生引力作用,这两者的合力控制着机器人的运动、运动方
向以及能够到达的位置。传统引力、斥力势场函数如下:
1 2 (1) 50 U att a d 2 ) d , d0 (2) d d0
,0 d , d0
式中: ka , kb 是引力和斥力增益系数, X 为机器人当前位置向量, X d 为目标点位置
向量, d 为机器人与障碍物之间的距离, d0 为障碍物斥力场的作用距离。相应的引力和斥
力分别为引力和斥力势场函数的负梯度,表达式如下:
(3) 55Fatt , ka ( X X d )
, 1 1 1 d 0 d , d(4) ,Frep
, d , d0
d
d0
d
d
X
,
0
机器人受到的合力 F , Fatt , Frep 决定了机器人的运动方向,如图 1 所示:
Fatt
F
rep F
图 1 传统人工势场示意图
Fig. 1 The traditional artificial potential field schemes 60
人工势场法是一种非常有效的局部路径规划算法,但是在复杂环境下应用存在一定的问 题,由公式(3)、(4)可知,引力是随着障碍物与机器人之间的距离变小而变小,而斥力
则恰恰相反,这样在机器人没有达到目标点时,极有可能因为多个障碍物形成的斥力和目标 点的引力的合力为零,即局部最小值问题。 65
-2-
( X ) , , k , X X
2 , 1 1 1, , kb , ( U rep (d ) , , 2
;
,kb , ( ) , 2 ,
;
2 改进人工势场法
虚拟目标点选取 2.1
由于局部极小点的存在,人工势场法在路径规划中的应用受到了很大的限制。要使机械
臂能够顺利的到达目标点,就必须跳出局部极小点,因此我们通过建立虚拟目标点,使得局
部极小点处的合力不为零,来有效解决极小点的问题。 70
由于虚拟目标点的作用是使机械臂逃离障碍物的影响,所以虚拟目标点位置的选择将是 非常重要的。为了便于计算,本文将障碍物近似为球形,使其尽可能的完全包含障碍物。如 图 2 所示,A 点为机械臂旋转关节的左端,B 为机械臂的末端,AB 为机械臂多个旋转关节 的简化模型,C 为目标点,O 为障碍物模型的圆心。为了使机械臂较快的避开障碍物到达目 标点,机械臂应转向平面 ABC 切障碍物 O 较小体积的那边,D 为 OD 与障碍物 O 边界的交 75
点,OD 与平面 ABC 垂直,虚拟目标点可以取在 AD 延长线上的点 M。
图 2 虚拟目标点 M
Fig. 2 Virtual target point
80
虚拟目标点坐标计算 2.2
假设 A( xA , yA , z A ) ,C ( xC , yC , zC ) ,B( xB , yB , zB ) ,O( xO , yO , zO ) 四点坐标均为已知,
R 为障碍物模型的半径,则球形的空间坐标表达式为:
(5) ( x xO )2 , ( y yO )2 , ( z zO ) 2 , R 2
85 设平面 ABC 的法向量为 r ,因为 A、B、C 三点坐标已知, r 可由 AB 与 BC 的叉乘获
得。
i k j v x (6) y B yA zB z A r , xB A
xC xB yC yB zC zB
v OD 与平面 ABC 垂直,则 r 的方向即是 OD 的方向,OD 的直线参数方程为:
, x , xO , mt , (7) , y , yO , nt
, z , zO , pt ;
90 由式(5)与(7)得:
R t ,, (8)
m2 , n2 , p 2
将式(8)带入式(7)中,可以求得与障碍物的两个交点,再将这两个点分别与点 A
-3-
求距离,距离短的那个则确定为 D 点。
直线 AD 的方程为:
A y yA z z A x x, , , k 95 (9)
xD xA yD y A z D z A 虚拟目标点 M 与点 A 之间的距离:
( x xA ) 2 , ( y y A ) 2 , ( z z A ) 2 , l 2 (10)
由以上两式可求得大于 0 的 k 值,将其带入式(9)即求得 M 点坐标。
3 苹果采摘机器人机械手机构设计与建模
机构设计 100 3.1
相对其他果蔬而言(如茄子,番茄等),苹果树冠相对较高,果实较为分散。机械手自
由度的增加理论上提高了机构的避障能力,但同时也带来了机械手成本和计算量的增加,于
农业机器人的实用化不利,而苹果果枝密度越往上越小,这就降低了机械手避障性能的要求,
所以就苹果采摘机器人而言,应尽量减少自由度的数量。根据苹果生物特性和果枝等障碍物 105 [12]。 的实际分布情况,我们设计研制的苹果采摘机器人机械结构如图 3 所示
图 3 采摘机器人机械结构 Fig. 3 Robot structure
苹果采摘机器人机械结构主要包括两大部分:5 自由度的机械手部分和 2 自由度的车载 110
部分。机械手臂部分为 PRRRP 型结构,第一自由度主要用于机械臂的升降功能,第二自由
度为机械臂腰部旋转功能,第三、四自由度为旋转轴,第五自由度为伸缩自由度,根据机器
人的指令,将末端执行器送到对象的位置,实现苹果的采摘。
机械手模型 3.2 所设计机器人机械手机械结构运动参数如表 1 所示。采用 D-H 坐标变换建立机械手各 115
关节连杆的坐标系位置如图 4 所示:
120
-4-
表 1 机械手机械结构运动参数
Tab. 1 Motion parameters of manipulator mechanical structure
关节i 关节变量范围 , i / (:) , i / (:) ai / m di / m
1 0 90 0d 1 ( 0 .8 4 1 .8 4 m m ) d 1 : 2 0.133 -90 0 , 2 : : 3 0 0 1 , 3 : 4-90 00 , 4
5 0 0 0 d 5 (1 1 . 4 m ) d 5
125
图 4 机械手 D-H 坐标系
Fig. 4 The D-H coordinates system of the manipulator
由上述建立的连杆 D-H 坐标系和运动学参数可以推导出各连杆的位姿矩阵: 130
,0 1 0 0 , ,c2 2 0.1332 , ,3 cc s3 3 , 0 s0 c
, , 0 c2 0.1332 sc3 0 0 0 s3 ,, 1 0 0 ,0 0 0 , , 0 1 0 ,
, , , , , , 0 0 0 ,0 0 0 1 , , 0 1 , , 0 0 1 ,
0 0 0 0 , ,c4
0 1 s0 0 ,, M 34 1 0 , 0 0 0, ,0 4 , , , , 0 0 , 0 0 1 , 0 1, ,0 0
,
,
1
c
4
0
运动学方程为:
, nx x x x , oap
oy a y py ,, , , y M 05 , M 01M 12 M 23M 34M 45 oz az , , 0 0 , 0 1 ,
135 nx , s2c34 , ox , c2 , ax , s2 s34 , px , s2 s34d5 s2c3 0.133s2 , ny , c2c34 , oy , s2 ,
ay , c2 s34 , py , c2 s34d5 , c2c3 , 0.133c2 , nz , s34 , oz , 0 , az , c34 ,
1 。 pz , c34d5 s3 , d
其中: si , sin ,i , ci , cos,i , sij , sin(,i , , j ) , cij , cos(,i , , j ) 。
-5-
, , ,1 0
, , M 12 , , 2s , , M 23 , ,s3 M 01 , , 1 1 d, , 0
, , ,s , , 4 , , M 45 , ,0
1 d5 ,
,n
, nz pz ,
障碍物模型 3.3 果树果枝等三维障碍物一般具有不规则的形状,本文通过障碍物球形包络来近似建模。 140
障碍物球形包络可描述为 M ( p0 , rm ) ,如图 5 所示。其中, p0 ( x0 , y0 , z0 ) 为球心在基坐标系
中的坐标, rm 为半径。这种建模方法虽然在一定程度上扩大了障碍域,但简化了障碍域的
描述和球形包络近似求取方法的计算,有效的提高了规划的效率,同时能够保证路径规划的
安全性。
145 图 5 障碍物球形包络模型 Fig. 5 The model of obstacles spherical envelope
4 基于改进人工势场法的苹果采摘机器人机械手避障算法
本文通过引入虚拟目标点来解决人工势场法中局部极小点的问题,将其应用于苹果采摘 150
机器人机械手进行避障路径规划的具体步骤如下:
(1) 设置步长 , 、障碍物、目标点以及机械手的初始位姿信息。 (2) 获得当前关节角的相邻关节角的集合。每个相邻关节角取, , ,, ,, , , 三种情
况,并对所有情况进行运动学正解,获得机械手末端的位姿信息及与障碍物的距离
信息。 155
(3) 将机械手与障碍物的距离信息带入人工势函数,计算出势能的最小点,记下最小点
处的关节角信息。 断末端点是否为局部极小点。如果不是则转入(6),如果是则转入(5)。 (4) 判
(5) 引入虚拟目标点解决局部极小点问题。 (6) 判断当前末端点是否为目标点,若是,则规划结束,若不是则转入(2)。 160 5 仿真实验结果 为了验证上述算法的可行性,在 MATLAB 环境中进行了仿真实验。在直角坐标系下,
机械手的起始地址为(0,1.133,0),目标地址为(0.463,3.661,0.062),取 ka , kb 的
值均为 1,图 6(a)为 5 自由度机械手初始状态,机械手在移动的过程中受到目标点的引力影 响向目标点靠近,当进入障碍物影响范围内时,障碍物的斥力也发生作用,可能机器人会陷 165
入局部极小点,这时则需要引入虚拟目标点使机械手逃离局部极小点,图 6(b)所示为机械手
在避障过程中瞬间状态。最终,机械手成功避过障碍物到达目标点,如图 6(c)所示,避障成
功。
-6-
3 3 2 2 x 1 y z 1 x y 0 z 0 apple apple -1 -1 -2 -2
-3 -3 3 3 2 170 (a) (b) 3 2 x y z 1
0
apple -1
-2
-3 (c) 3 2 图 6 机械手避障仿真过程的瞬间状态图
Fig. 6 The process of obstacle avoidance for manipulator
175
6 结论
本文研究了一种基于改进人工势场法的采摘机器人机械手实时避障路径规划算法。在传
统人工势场法的基础上,针对其存在的局部极小点等问题,通过引入虚拟目标点,使机械臂
逃出局部极小点,之后撤消虚拟目标点,机械臂在原目标点和障碍物的合力影响下达到目标
点,从而实现机械手的灵活避障。仿真结果表明此方法简单,实时性好,规划路径的质量得 180
到大幅提高,能够有效地避开障碍物。 [参考文献] (References) [1] Kanae Tanigaki, Tateshi Fujiura, Akira Akase, Junichi Imagawa. Cherry-harvesting Robot[J]. Computers and
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-7-
范文五:水果采摘机械手
水果采摘机械手
声t品盔
lI械手
-
424.)研.
9990
一
水梁采摘
l,是采摘高处 苹果漂,桃, 作,灵
呈的求果;2.地 寸接触农药过 采摘水果,不 夹人手采摘易 l面操作,降低 率;5.可避免 言险.
蔬菜沽
设备
成套设备是广 0-38480290)
备,日前通过 用于叶菜,瓜 它开发了双道 饭网带调速输 先工序,使蔬
两次高效清洗
立体喷淋相结
记套超声波系
l先强度.清洗
净,该成套设
低和耗水率低
小时f以菜心
宙国田自固甸
勖忍宙国鱼锄
在宜州市刘三姐乡下枧屯的"三月 三"歌圩上,一种小巧灵活的多功能桑 树切割机引来群众的浓厚兴趣.据悉, 这种仅重30公斤的多功能桑树切割机 主要用来切割桑树枝,一般割完1亩桑 杆需2,5小时,一人即可操作,约消耗 9o号汽油3升,成本约lO元.而普通手 工砍1亩桑杆一般要两天.该机目前试 销价900多元,若加配一个8o元的水 泵,每小时还可抽水2o多平方米f扬程 弧米).据测算,若购该机帮人割桑杆, 按1天割2亩,1亩收费5o元计,l5天 即可徭本.宜州目前桑园多达2l万亩, 而每年都要割两次桑杆,推广使用这种 机子前景广阔.该机年前由宜州市青年 科技人员王瀛震领衔的创新机电技术 开发中心研制成功,并已小批量投放市 场,已获得国家专利号,用户反映良好.