摘 要

采摘機(jī)器人的出現(xiàn)，能很好地代替人類從事單調(diào)又辛苦的果蔬采摘作業(yè)，能有效緩解人口老齡化帶來的社會(huì)勞動(dòng)力不足的問題，還能獲得更高品質(zhì)和高附加值的果實(shí)以便于果蔬的后續(xù)加工。自從1983年第一臺(tái)采摘機(jī)器人的誕生開始，采摘機(jī)器人的研究已經(jīng)持續(xù)了30多年。雖然目前采摘機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室研究狀態(tài)，并未正式進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)模式，但隨著科技的迅猛發(fā)展，果蔬采摘機(jī)器人的普及必將指日可待。

課題來源于教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目。本文的研究對象為比較主流的六自由度串聯(lián)式采摘機(jī)器人，在有具體實(shí)物的情況下分別運(yùn)用MATLAB和Pro/Engineer對該機(jī)器人進(jìn)行建模，并對該機(jī)器人的伸縮式PRRRPR型機(jī)械手進(jìn)行三維環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分析和運(yùn)動(dòng)仿真分析。

首先，在參考和總結(jié)了采摘機(jī)器人的機(jī)械手仿真分析研究的基礎(chǔ)上對伸縮式PRRRPR型機(jī)械手進(jìn)行D-H坐標(biāo)系的建立并求出其運(yùn)動(dòng)方程。然后，在D-H坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上對機(jī)械手進(jìn)行正解的運(yùn)算，并運(yùn)用MATLAB軟件的Robotics Toolbox對PRRRPR型機(jī)械手進(jìn)行建模、簡單的運(yùn)動(dòng)分析以及工作空間和可操作度空間分布的仿真。接著，用Pro/Engineer在原有的伸縮式PRRRPR型機(jī)械手的三維模型基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行重新裝配。裝配好以后，對其添加伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并根據(jù)要求設(shè)置其關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。全部設(shè)置好以后，在Pro/Engineer中進(jìn)行該機(jī)械手的三維虛擬環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)仿真。最后，對該機(jī)械手進(jìn)行簡單的避障仿真軌跡規(guī)劃，提出了一種綜合運(yùn)用MATLAB和Pro/Engineer的軌跡規(guī)劃思想。

關(guān)鍵詞：采摘機(jī)器人  伸縮式機(jī)械手  PRRRPR型  機(jī)械手設(shè)計(jì)  避障仿真