發(fā)布時(shí)間：2020-09-09 21:33

　　 隨著農(nóng)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,采摘機(jī)器人將逐步成為水果采摘的主要工具,它能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。機(jī)械臂作為采摘機(jī)器人的核心部件,能根據(jù)視覺信息控制水果的采摘。因此,采摘機(jī)械臂的控制算法的研究具有重要的意義。本文以柑橘采摘為例。首先,根據(jù)柑橘生長狀況給出機(jī)械臂相關(guān)參數(shù),得到機(jī)械臂工作空間與柑橘樹冠覆蓋范圍的關(guān)系圖,驗(yàn)證了所采用的機(jī)械臂參數(shù)合理、有效。其次,對機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)方面建模,分別得到關(guān)節(jié)空間與操作空間在速度、位置等方面的關(guān)系,并使用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析了模型的準(zhǔn)確性,同時(shí)根據(jù)給定的連桿質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)得到了動(dòng)力學(xué)方程,分析了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)中關(guān)節(jié)力矩與位置及速度的關(guān)系,使得機(jī)械臂能夠更加精確地對軌跡進(jìn)行跟蹤。對機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行了規(guī)劃與驗(yàn)證,對期望軌跡與實(shí)際軌跡的誤差進(jìn)行了分析,并采用反饋線性化與PD控制相結(jié)合方式對機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明,采用的控制算法能夠使機(jī)械臂快速跟蹤期望軌跡,并按照期望軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng),控制精度較高。最后,根據(jù)所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型、規(guī)劃的期望軌跡及跟蹤算法等建立三維仿真模型。仿真結(jié)果表明,機(jī)械臂能夠快速跟蹤,并按照期望的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng),整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程平穩(wěn)。結(jié)果表明建立的模型與使用的算法有效。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP241;S225.93
【部分圖文】：

對于機(jī)械臂的控制算法研究，運(yùn)動(dòng)學(xué)建模是基礎(chǔ)部分。如果運(yùn)動(dòng)學(xué)建模產(chǎn)誤或者不夠準(zhǔn)確，則會(huì)影響到動(dòng)力學(xué)方面的建模，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)械臂控制。因此，使用合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法建模不僅能避免在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面產(chǎn)生錯(cuò)誤，還于機(jī)械臂整體控制算法的研究。首先，限于時(shí)間以及工作量，本研究暫不考慮末端執(zhí)行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)及空用情況，默認(rèn)果實(shí)位置、末端執(zhí)行器位置及機(jī)械臂末端位置等價(jià)。運(yùn)動(dòng)學(xué)包運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩方面[38-39]。其中，正運(yùn)動(dòng)學(xué)表示研究在已知各關(guān)節(jié)參數(shù)下獲取機(jī)械臂末端執(zhí)行器(即果實(shí))位置，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)表示在已知末端執(zhí)行器位前提下獲取各關(guān)節(jié)參數(shù)。兩者都不考慮機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中力的關(guān)系，只對建立坐標(biāo)系，將關(guān)節(jié)參數(shù)及機(jī)械臂末端位置變化情況轉(zhuǎn)化為與時(shí)間相關(guān)的函。正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)可用關(guān)節(jié)空間及操作空間相關(guān)參數(shù)來表示[40]：假定關(guān)節(jié)空間位量為q ，操作空間位置和朝向向量為 x ，則正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的問題可以描述f(q) = ，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的問題可以描述為 qf( x) = 。方框圖表示如下：

圖 2.7 機(jī)械臂仿真圖空間仿真結(jié)果如下圖：圖 2.8 工作空間 2.8 中可知，根據(jù)所給定的數(shù)據(jù)，機(jī)械臂工作范圍可達(dá) 3 米高水平面以及垂直面，可以更加直觀地看出其工作空間的準(zhǔn)確范 所示。

圖 2.8 工作空間知，根據(jù)所給定的數(shù)據(jù)，機(jī)械臂工作范圍可以及垂直面，可以更加直觀地看出其工作空間0.5 1 1.5 2 2.5 3x/m012300.511.522.53/zmy/m圖 2.9 工作空間投影圖臂工作空間的水平面投影以及垂直面投影其中

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本文編號：2815501