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《六自由度采摘機械臂系統(tǒng)設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、2015年8月農(nóng)機化研究第8期六自由度采摘機械臂系統(tǒng)設(shè)計劉忠超，熊雷，翟天嵩(南陽理工學院電子與電氣工程學院，河南南陽473004)摘要:以Atmel公司的Atmega1280芯片為核心控制器，以六自由度關(guān)節(jié)型果蔬采摘機械臂為研究對象，設(shè)計了采摘機械臂的軟硬件系統(tǒng)。運用D－H法對六自由度機械臂進行數(shù)學建模，并通過MatLab構(gòu)建運動仿真模型，驗證了其設(shè)計的可行性;通過軟件編程實現(xiàn)了采摘機械臂單自由度運動、多自由度協(xié)調(diào)運動和運動規(guī)劃等功能模式;同時完成了Labview上位機監(jiān)控界面的設(shè)計;最后通過系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)了采摘機械臂的單自由度、多自由度及基本的運
2、動規(guī)劃功能。系統(tǒng)整體運動靈活，協(xié)調(diào)性較好，在精度和性能上都得到了很大的提高。關(guān)鍵詞:采摘機械臂;自由度;MatLab建模;運動規(guī)劃中圖分類號:S225．93;TP241文獻標識碼:A文章編號:1003－188X(2015)08－0112－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.025成。其可以看作是由數(shù)個轉(zhuǎn)動或移動的關(guān)節(jié)串聯(lián)而0引言成，該課題設(shè)計的六自由度采摘機械臂模型如圖1所隨著信息技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)示。其中，一端為基坐標系B，固定在基座上;另一端機械也邁入了高度自動化、智能化的時期。農(nóng)業(yè)機器為工具坐標
3、系H，附著在機械臂的末端執(zhí)行器，用來人已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式改變的最大推力，采摘機器人操縱夾持器。作為農(nóng)業(yè)機器人的重要類型，具有很大的發(fā)展?jié)摚?］力。其中，采摘機械臂是一種典型的串聯(lián)式機器人，在農(nóng)業(yè)裝置、設(shè)備裝配、自動噴漆、教育研究等領(lǐng)域有著極其廣泛的應用。它采用機械手方式替代傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，大大地減輕了勞動強度，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。農(nóng)業(yè)采摘機器人最重要的裝置就是采摘機械臂及其控制系統(tǒng);但很多農(nóng)業(yè)采摘機器人大都直接購買現(xiàn)有的工業(yè)機械手，體積大、成本高。針對這種情況，圖1機械臂運動學模型本項目以Atmel公司的Atmega1280芯片為核心
4、控制Fig．1Manipulatorkinematicsmodel器，借助于JQ5600語音模塊及機械臂支架，實現(xiàn)了采對于圖1機械臂位置的描述，在圖2的直角坐標摘機械臂的硬件控制系統(tǒng);同時，通過上位機監(jiān)控界系{A}間任意一點的位置可以用3×1列的向量方法面以及控制程序的編寫，實現(xiàn)了機械臂三維空間位姿來表示，具體如公式1所示。其中，px、py、pz分別代表運動的控制功能。的是坐標系{A}中3個坐標分量。1機械臂三維模型建立及實現(xiàn)épxùAp=êpúy1．1機械臂運動學模型建立êú?p?采摘機械臂主要由機械臂主體、舵機、摘取物體z的雙立機械爪、底盤輪式行
5、走機構(gòu)等幾個主要部分組根據(jù)圖1、圖2機械臂模型、位置描述及D－H理［2］［3］論，建立了如圖3所示的機械臂當前位姿模型。收稿日期:2014－10－131．2機械臂MatLab模型建立基金項目:河南省重點科技攻關(guān)項目(132102210102)機械臂的模型仿真采用MatLab平臺下的Ｒobotics作者簡介:劉忠超(1979－)，男，河南南陽人，講師，碩士，(E－mail)liuzhongchao2008@sina．com。Toolbox工具箱，從而可以很方便地對機械臂運動學的通訊作者:翟天嵩(1971－)，女，河南南陽人，教授，碩士，(E－mail)
6、理論進行學習和驗證。工具箱內(nèi)部包含了很多機械my990815@163．com?！?12·2015年8月農(nóng)機化研究第8期臂運動學方面的功能函數(shù)，如機械臂的坐標變換及機和圖6所示，進而驗證了理論模型設(shè)計的正確性。械臂正逆運動等。通過調(diào)用Link和Ｒobot兩個功能表1多軸機械臂的D－H參數(shù)表Table1TheD－Hparameterofaxismanipulator函數(shù)，利用Denavit－Hartenberg參數(shù)表來描述機械臂各個連桿間的位移關(guān)系，可以在三維空間為機械臂的關(guān)節(jié)參數(shù)a參數(shù)d參數(shù)α參數(shù)θcosαsinα每一個連桿建立一個坐標系或相對于機械臂
7、底座的1030－90900－1相對坐標系，進而確定每一個桿件的位置和方向。建29800010立的機械臂位姿的D－H坐標模型如圖4所示。39800010400－90－900－15009090016000010圖2點p的位置描述Fig．2ppositiondescription圖5機械臂的指定位姿模型Fig．5Thespecifiedposemodelofmechanicalarm圖3機械臂的位姿Fig．3Positionofthemechanicalarm圖4機械臂位姿的D－H坐標模型Fig．4ModelD－Hcoordinatemanipulator
8、pose圖6機械臂的任一位姿模型在建立多個運動坐標的時候，為了方便，一般建立Fig．6Theanyposem
