为提高果实自动采摘的效率,深入践行科技强农、智慧农业理念,以番茄采摘为例,根据番茄果实采摘流程功能需求与人体手臂结构特征,设计二轴采摘机械臂,并利用ANSYS Workbench软件对其进行结构优化。末端执行器设计为柔性气压驱动的机械手,在RobotStudio中对机械手进行建构,并对其运动姿态进行仿真设置,最后对番茄采摘机器人视觉系统的关键部件相机进行设置与程序控制,构建完成了一套自动识别番茄采摘机械手控制系统。

通过分析人手工采摘红花时人手指所处的形态,提出了三手指拉拔式红花采摘末端执行器的设计方案。通过采收期红花物料拉拔特性的测量与统计分析,确定机械采摘红花所需最大拉拔力,并通过红花植株生物特性分析,设计计算末端执行器采摘手指及其它关键部件。利用运动学仿真分析三手指拉拔式末端执行器在工作过程中夹持力、运动位移和时间的关系,最终搭建三手指拉拔式末端执行器采摘性能试验台,进行采摘效果评价试验,试验结果表明设计的三手指拉拔式末端执行器采摘效果良好,采净率达92.71%,果球破碎率1.24%,可以满足机械采摘红花的要求。本论文的研究结果对红花自动化机械采摘的发展具有重要意义。

针对粉煤光片磨抛过程,提出了一种柔性并联末端执行器结构。利用双作用气缸作为并联支链的柔性驱动元件,实现对磨抛机器人末端的主动柔性控制;利用ADAMS对不同工况的磨抛过程进行柔性仿真分析,实现了对粉煤光片磨抛过程的主动柔性跟随;搭建磨抛机器人实验平台,对粉煤光片进行磨抛实验。结果表明磨抛后的粉煤光片经显微检测均为合格品,磨抛质量和效率较人工操作显著提高,自动磨抛速度比手工磨抛速度平均提高2.65倍,验证了结构设计及仿真分析的可行性,具有实际应用价值。

针对现阶段人工采摘苹果效率低、劳动强度大、采摘设备功能单一的问题,以TRIZ理论为基础,通过发明原理的启发,对苹果采摘机器人的末端执行器、运输装置、收集箱和其他结构进行了创新设计,设计出一款集采摘、收集、分拣功能于一体的机器人。建立采摘机械臂的D-H模型,运用Matlab对机器人的工作空间进行了分析;通过Adams对机器人采摘过程进行运动仿真,并制作1∶3实验样机,对各部分功能可行性进行了验证。结果表明,该机器人的各部分功能完善、设计合理、运行可靠、满足使用需求,为后续机器人的进一步研制和改进提供了理论支撑。

设计出一套性能优异的末端执行器是提高机器人性能的有效手段。讨论了用于ABB IRB1200机器人的电路板夹爪机构的运动学分析问题。给出了电路板夹爪机构的工作原理,通过对夹爪机构夹爪的位移、速度和加速度等进行解析法求解,用运动影响系数理论对其运行机理进行了分析。为了检验这些分析结果,应用Matlab软件绘制了由解析法得出的运动参数曲线;在UG软件中通过定义连杆、运动副,给定驱动件运动控制函数等,对该机构进行了运动学仿真分析,并输出了相应的运动参数曲线。结果显示,在Matlab和UG两种环境下的运动分析结果完全一致,分析结果为该夹爪的实际应用提供了有力的理论支持;加工装配的实物电路板夹爪机构的运行状况也证明了这个设计是有效的。

针对曲面元件机器人抛光过程中的柔顺控制和响应速度问题,研究一套机器人抛光柔顺控制系统。采用切片算法完成抛光轨迹规划以控制机器人顺应曲面元件表面低频段轮廓与曲率变化,设计一种力控末端执行器达到主动力输出和高速响应要求,提出基于迭代学习控制的电流迭代优化控制策略使执行器中音圈电机输出力以高精度跟随目标力,减小元件表面中高频段波纹度与表面粗糙度。搭建以机器人、力控执行器、六维力传感器、运动控制卡为核心部件的实验平台。仿真与实验结果证明所设计柔顺控制系统力控性能良好,力平均响应时间为55.4 ms,力跟踪误差小于3 N,能够满足曲面元件抛光加工需求。

本文通过SolidWorks建立码垛机械手末端执行器三维模型,并直接应用SolidWorks Simulation分析模块对码垛机械手末端执行器挡板进行有限元静态分析计算,并进行了优化和校核。结果表明优化后的结构满足要求,减轻了机械手末端执行器的重量,也验证了SolidWorks Simulation插件进行机械构件有限元分析正确性,对相关工程技术人员具有一定参考价值,并提供了一种实用的分析计算优化方法。

文章利用SolidWorks建立码垛机械手末端执行器三维设计模型，并直接应用SolidWorks软件中的SolidWorks Simulation分析计算模块对码垛机械手末端执行器抓手导杆进行了有限元静力学分析计算，验证了采用SolidWorks建立三维数学模型，直接应用SolidWorks软件中的SolidWorks Simulation插件模块进行机械构件的有限元分析计算方法和步骤的正确性，有效避免了其它三维设计建模软件与分析计算软件之间的双项转换操作和数据转换缺陷等问题，对相关工程技术人员具有一定参考价值，并提供了一种实用的分析计算方法。

汽车线束包覆定型的工序严重依赖于工人的手工操作,自动化程度低、生产成本高。根据汽车线束的生产工艺及自动化生产的要求,设计了基于工业机器人的线束包覆系统。建立了以PLC为核心的控制模块,使用库卡机器人语言编写了机器人程序;采用触摸屏对系统进行监控,实现了人机交互的功能。应用该包覆系统,提高了包覆效率和生产的自动化程度,保障了产品质量与工艺。

针对现有很多基于气压式机械执行器末端与环境接触冲击过大,容易造成机械损伤等问题,该文提出了一种基于阻抗控制的柔顺控制器,用于缓解机械末端执行器接触力,实现友好接触。首先,以气压式机械末端执行器为研究对象,设计并阐述气动执行器工作原理和基本组成,并建立气压执行器基本数学模型;然后设计基于阻抗的柔顺控制器算法;最后搭建基本实验平台,以该平台作为实验,验证执行器末端对于期望力的跟踪性能,间接验证执行器末端对力的柔顺效果,实验结果表明,该控制器算法能够有效的实现主动柔顺控制效果。