5自由度机械臂的结构设计及参数优化

岳建荣，郭 辉，2※，张 静（.新疆农业大学机械交通学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业工程装备创新设计重点实验室）

5自由度机械臂的结构设计及参数优化

岳建荣1，郭 辉1，2※，张 静1
（1.新疆农业大学机械交通学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业工程装备创新设计重点实验室）

机械手采摘成功率与采摘范围不仅取决于机械手臂结构尺寸和特点，还与控制精度有关。文章结合棉花采摘的作业要求，对一种5自由度机械手臂进行了结构设计，并运用Matlab软件的Optimization Tool对机械手的变量进行了参数优化。

采棉机械臂；结构设计；参数优化

0　引言

作为在非结构环境下工作的复杂机电综合体，采摘机器人依靠视觉传感器来完成对采摘对象的识别、定位，再由机械臂末端执行器完成对目标物的采摘。与工业机器人相比，工作环境的复杂性与采摘目标的特殊性对采摘机械手臂的外形与结构提出了更高的要求［1］，同时，采摘机械人手臂的工作空间对采摘方式和采摘效率有很大影响，因此，机械手臂的优化设计在采摘机器人的设计中起着重要的作用［2］。

机器人运动学是一门通过描述机器人各关节与不同位置上刚体之间的运动关系，建立末端执行器三维空间与机器人关节空间之间进行相互转换桥梁的学科［3］。为了保证采摘机器人具有更高的控制精度，本文以一种5自由度棉花摘机械手臂作为研究对象，根据采摘要求对机器人手臂的结构参数进行优化设计。

1　采摘机器人结构形式选择

通过在新疆建设兵团对棉花种植模式与生长状况的调研，确定出采棉机器人应具有结构简单，轻巧，可控性强等特点。……