果实采摘机器人末端执行器的柔顺控制研究

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1、分类号jP241．3编号——J0299墨1107067@江．薄大擎硕士学位论文果实采摘机器人末端执行器的柔顺控制研究TheResearchofComplianceControlforEnd--effectorofFruitPickingRobot指导教师姬佳作者姓名墨太住申请学位级别亟±专业名称控剑理论皇控剑工猩论文提交日期2Q!垒生蔓月论文答辩日期2Q!垒生鱼旦学位授予单位和日期i隧太堂．2Q!垒生鱼旦一评阅人独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中

2、已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：≯‘分知

3、午年6具gB学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一

4、致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密团。学位论文作者签名：-V-六+指导教师签名：加件年多月髟日乃丫年6只g日江苏大学硕士学位论文摘要研究面向应用的果实采摘机器人是实现果实收获作业机械化、自动化，保证果实的实时采收、降低收获作业费用，促进果实种植生产增效的重要途径；同时

5、对于解决当前国家正面临的劳动力短缺，提高劳动生产率，调整我国农业产业结构有着重要的意义。由于果实的表皮较薄、易损伤，收获机器人末端执行器采摘损伤率较高，完好率低。要实现对果实的无损伤抓取，就要求果实采摘机器人末端执行器具有一定的柔顺性。论文主要研究果实采摘机器人末端执行器的主动柔顺控制方法，即从力控制的角度出发，解决目前末端执行器采摘、抓取时容易损伤果实的弊端，提高果实抓取完好率。完成的工作主要包括：(1)以设计安装在刚性手臂顶端的两指末端执行器为研究对象，将末端执行器的动力学模型看作质点模型，分别对驱动电机和

6、末端执行器建模，进而得出末端执行器整体模型。(2)基于果实采摘机器人末端执行器抓取特点和要求，提出一种基于广义比例积分的力矩控制方法。在对末端执行器分析和建模的基础上，设计基于广义比例积分的力矩控制器。为了避免计算力矩跟踪误差速度，保证力矩控制系统的实时性，且使力矩控制系统对由力矩跟踪误差和恒定扰动构成的斜坡误差具有鲁棒性，在力矩控制器中加入了积分重构器，该积分重构器不影响控制系统闭环特性。根据末端执行器的物理参数，设计控制器的控制参数，建立仿真模型，采用多种信号作为参考力矩，通过仿真验证所设计的力矩控制器的性

7、能。(3)基于抓取稳定性的原理，分析两手指末端执行器抓取稳定条件。从实际出发，将目标果实的重力以及末端执行器运动时的加速度考虑在内，对末端执行器抓取目标果实的受力情况进行分析，得到在保证对目标果实实现稳定抓取的条件下末端执行器施加的最小抓取力，为采摘试验提供系统输入设定力矩。(4)末端执行器分别采用广义比例积分控制和传统比例积分控制对苹果和梨进行实物抓取试验。试验结果表明，相对于传统比例积分控制，基于广义比例积分的力矩控制具有良好的力矩跟踪能力和较高的抓取完好率，适合应用于末端执行器的采摘抓取。关键词：采摘机器

8、人，末端执行器，广义比例积分控制，柔顺控制，抓取试验果实采摘机器人末端执行器的柔顺控制研究II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTTheresearchoffillitpickingrobotnotonlyhassomepracticalsignificanceforenhancingagriculturalproductivity,reducelaborintensityoffarmers，meetingmarketdemandandkeepingupwiththehi曲technology,accelera

9、tingthemodernizationofChineseagriculturalprogress．Astheskinoffruitisthinandeasytodamage，theintactrateoffruitpickingwiththeagriculturalrobotisverylowandthelossrateisveryhigll．Am旬orreasonofhi曲dama