四自由度采摘灵巧臂的结构设计及运动学分析

陈孟元

(安徽工程大学 安徽省电气传动与控制重点实验室， 安徽 芜湖 241000； 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系， 安徽 合肥 230027)

四自由度采摘灵巧臂的结构设计及运动学分析

陈孟元

(安徽工程大学 安徽省电气传动与控制重点实验室， 安徽 芜湖 241000； 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系， 安徽 合肥 230027)

根据四自由度机械手臂应用于蔬果采摘的要求，提出一种坐标系优化法。先列出基于此坐标系的四自由度机械手臂运动学方程，并求得其正、逆解，然后求得末端执行器的位置、方向角度与机械手臂主动关节的关系；再利用动力学仿真软件ADAMS/VIEW对机械手臂的虚拟样机进行建模；最后，将运动学分析结果导入在MATLAB/Simulink搭建好的机器人力控制系统模型，进行联合仿真，得出运动轨迹、各个方向转角误差等仿真曲线。通过仿真验证了理论推导的正确性和方案的可行性，进一步证明本方案具有很好的运动特性。

四自由度机械臂； 正运动学； 逆运动学； 仿真

仿人机器人是一种集仿生、传感、驱动、智能、交互等技术于一体的综合平台[1-2]，由视觉采集、灵巧臂及控制策略等组成，其中灵巧臂作为机器人的核心功能模块对仿人机器人的作业水平具有重要的影响。日本的一些学者研制出可识别黄瓜果实和茎叶的六自由度采摘机器人，其原理是利用黄瓜果实比茎叶对红外光的反射率高的特性。由于成熟黄瓜位于茎叶相对茂密的地方且黄瓜是长条形，受茎叶影响大，机械臂有时难以精确定位和捕获，故采摘成功率仅在60%左右。……