剪枝机器人的虚拟样机建模与运动学分析.pdf

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1、剪枝机器人的虚拟样机建模与运动学分析陆叶，杨云兰(茂名职业技术学院机电信息系，广东茂名525000)KinematicalAnalysisandVirtualPrototypeModelingofPruningRobotLUYe．YANGYunlan(DepartmentofElectromechanicalInformation，MaomingPolytechnicCollege，Maoming525000，China)摘要：为了解决园林果树枝条修剪作业的效率modeling；kinematics低和成本高等

2、问题，提出剪枝机器人的研究，首先利用uG软件对剪枝机器人建立三维模型，接着用0引言改进的D—H法建立运动学的数学模型，由此推导出运动学方程，进而得到机器人的结构参数。为验随着农林业生产发展，园林果树枝条人工修剪证结构设计和运动学方案的合理性，由Matlab求出面临的问题日益突出，因此，以机器人技术为代表机器人的工作空间，在ADAMS中建立虚拟样机模的高新技术应用于农林业领域，果园作业的机械型，进行了机器人正逆运动学仿真分析，采集数据化、自动化成为研究发展的新趋势。与国外较成熟并输出运动曲线，为控制系统和轨迹规划

3、的设计，的技术相比，国内对园林果树修剪设备自动化的研以及物理样机的制造提供了理论依据。究起步较晚。目前，主要是以设备研发为主，缺乏关键词：剪枝机器人；虚拟样机；建模；运动学理论研究，从而一定程度上限制了其发展进度口]。中图分类号：TP242．3通过探讨园艺剪枝机器人的结构设计、虚拟样机建文献标识码：A模仿真及运动学分析研究，来实现机器人的模型设文章编号：1001—2257(2015)01—0073—03计和相关运动学分析。Abstract：Inthispaper，pruningrobotisstudied1结构

4、设计与三维建模whichcansolvetheproblemsoflowefficiency，highcostandSOonduringthepruningbranches．Atfirst与非关节型机器人相比，关节机器人的机身thesolidmodelofthepruningrobotisbuiltbyUG小，动作空间大，满足剪枝作业的要求，因此，设计software．Thenamathematica1modeliscreatedbythe采用仿人手臂的关节型结构。剪枝机器人的主要improvedD——Hmet

5、hodtodeducekinematicalequa—-运动是由臂和腕的运动来实现的，臂部运动用于确tionsandcalculatethestructura1parametersofthero—定位置，腕部运动用于调整空间姿态。臂部由腰关bot．Inordertoverifytherationalityofthestructural节、肩关节和肘关节3个关节所组成，腕部由上下摆动、左右回旋2个关节组成，共有5个自由度。剪枝designandkinematicalmodel，theworkspacesofthe

6、机器人所有的关节都是旋转关节，关节轴线两两垂robotareobtainedbyMatlab．FurthermoreavirtualprototypemodeliscreatedtobyADAMS，inwhichthe直或平行。剪枝机构连接在腕部末端，主要由动刀片和定刀片构成，可以进行枝条的修剪。simulatinganalysisofforwardandinversekinematicsoftherobotisdoneaswel1asthemotiondataandout—2数学模型的建立与分析putcurv

7、es．Keywords：pruningrOb。t；virtua1pr。t。type；2·1剪枝机器人运动学建模——剪枝机器人由5个连杆通过关节依次连接，首收稿日期：2014—0g—O1杆为机座，末杆为连接剪枝机构的腕部。为了确定基金项目：茂名市科技计划资助项目(茂科字E2o12751号)；茂名市相邻两杆件的相对位置及方向，常采用D—H法来科技计划资助项目(茂科字E2014]II号)；茂名职业技术学院科研项目(茂职院~2013323号)建立机器人运动学的数学模型。参数主要有：连杆《机械与电子}2015(1)·73

8、·■i■_剪枝机器人的虚拟样机建模与运动学分析两轴线间公法线的长度，即连杆z，的长度a，；轴一如式(2)所示，改进D～H法建立的连杆J对连杆1和轴J之间的夹角aH；相邻两连杆的相对距离J一1变换关系矩阵如式(3)所示。，和连杆的转角，。这4个参数决定了连杆，的c8l结构以及与连杆的相对位置关系_2J。0Rot(，)一(2)在各个关节处建立坐标系0，z，，z，，坐标系的一s8Z轴与关节的