資源描述：
《油茶果采摘機器人機械臂伺服系統(tǒng)選型設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、2015年5月農機化研究第5期油茶果采摘機器人機械臂伺服系統(tǒng)選型設計高自成，王朋輝，王勇樺，肖靜，李翔宇(中南林業(yè)科技大學機電工程學院，長沙410004)摘要:油茶是我國重要的經濟林，然而人工采收油茶效率低、作業(yè)條件差等缺陷嚴重制約著我國油茶產業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)油茶果采摘的機械化與自動化成為急需解決的問題。為此，根據(jù)油茶果生長環(huán)境與采摘特性，設計了一種能夠有效采摘油茶果的采摘機器人，并對采摘機器人機械臂的伺服系統(tǒng)進行了選型設計。關鍵詞:伺服系統(tǒng);選型設計;采摘機器人;油茶果中圖分類號:TP241．3文獻標識碼:A文章編號:1003－1
2、88X(2015)05－0140－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.0310引言油茶是我國重要的經濟林，年產茶油總量約27．7萬t;預計到2020年，我國油茶年產量將達到300萬［1］t。受自然界不穩(wěn)定因素的影響，導致油茶果生長位置隨機、個體形狀多樣，且大部分林果被遮蓋或多個林果重疊，致使采摘機器人難以實現(xiàn)采摘目標的準確識別和定位，最終導致采摘機器人自動化、智能化程［2－3］度達不到生產的要求，作業(yè)效率低。為了實現(xiàn)油茶果的機械化和自動化采摘，通過多次實地考察和試驗研究，設計出了一種能夠精確識別和
3、準確定位夾持1．采摘臂回轉底座(第1軸)2．X軸(第2軸)3．Y軸(第3軸)目標的油茶果采摘機器人。在此，主要論述了采摘機4．主臂拉桿5．回轉拉桿6．X軸固定拉桿7．支撐主拉桿［4－5］8．三角架9．副臂10．支撐副拉桿11．末端支撐12．第4軸器人機械臂伺服系統(tǒng)的選型設計。13．第5軸14．機械手15．第6軸1機械臂機構簡介圖1機械臂結構簡圖Fig．1Structurediagramofmechanicalarm靈巧的林果采摘執(zhí)行機構是采摘機器人能否有效、快速地完成采摘作業(yè)的關鍵，機械臂更是采摘執(zhí)行機構的核心部分，用于驅動末端機
4、械手定位作業(yè)目標。本機器人機械臂具有6個自由度，為了簡化機器人控制系統(tǒng)算法，本采摘機器人機械臂第2軸和第3［6－7］軸采用一種特殊的并聯(lián)機構。機械臂第2軸位于水平滑臺上，控制末端機械手沿著水平方向的移動;第3軸位于垂直滑臺上，控制末端機械手在鉛直方向的位移;第4軸控制機械手在水平面擺動;第5軸控制機械手在鉛垂面擺動;第6軸控制機械手回轉。其結構簡圖如圖1所示，三維模型如圖2所示。圖2機械臂三維模型圖Fig．23Dmodelofmechanicalarm收稿日期:2014－05－23基金項目:湖南省教育廳一般項目(12C0453)2
5、伺服電機選型原則作者簡介:高自成(1968－)，男，湖南祁東人，副教授，博士研究生，(E［8］－mail)gzc1968@126．com。伺服電機選型應遵循以下原則:·140·2015年5月農機化研究第5期1)負載/電機慣量比。在沒有自適應調整的情況(l1+l2)sinα－S0β=arccos(3)下，伺服系統(tǒng)的默認參數(shù)為1～3倍負載電機慣量比。l3+l42)轉速。電機轉速應嚴格控制在電機的額定轉S0+(l3+l4)sinβα=arcsin(4)速之內，并接近電機的額定轉速。l1+l23)轉矩。伺服電機的額定轉矩必須滿足實際需設X
6、軸滑塊移動速度為v0x，故有要，但是不需要留有過多余量。L=L0+v0xt+l2cosα+l2cosβ(5)4)連續(xù)特性。在電機頻繁啟動和制動時，須保證=(l1+l2)sinα－S0，O=S0+(l3+l4)sinβ。令O12l3+l4l1+l2電機轉矩的均方根值小于電機連續(xù)額定轉矩。由式(1)、式(3)和式(5)可得5)短時間特性。伺服電機的最大轉矩須滿足電(l1+l2)cosα+(l3+l4)cos(arcsinO1)機的加減速轉矩需要。本文針對機械臂第2軸和第3軸的運動特性，論－l2cosα－l4cos(arcsinO2)=
7、L0+v0xt(6)述了并聯(lián)平行四邊形機構的慣量計算過程，再結合工式(6)兩端對時間求導可得作轉速選擇電機型號。－K1ω1=v0x(7)其中，ω1為與角α相關的角速度，有3機械臂計算參數(shù)l3O(l1+l2)sinαcosαK1=l1sinα+2由Pro/E軟件［9］可測得機械臂參數(shù)如表1所示。(l3+l4)槡1－O表1機械臂參數(shù)表同理，將式(2)、式(4)代入式(5)中，整理并兩端Table1Mechanicalarmparametertable對時間求導可得質量轉動慣量l1O2(l3+l4)sinβcosβ序號名稱符號符號K2=
8、l3sinβ+/kg62(l+l)1－O/10kg·mm12槡21主臂20．70m2．65J－K2ω2=v0x(8)11其中，ω2為與角β相關的角速度。2主臂拉桿9．99m21．75J2式(5)兩端對時間求導，可得3支撐主拉桿4．02m30．51J
