采摘機器人快速夾持的碰撞仿真與參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、番茄采摘機器人在作業(yè)時,首先要對番茄進(jìn)行可靠夾持,而夾持過程中機械手指接觸番茄的瞬間將產(chǎn)生碰撞,很容易造成番茄的沖擊及損傷。因此研究采摘機器人的夾持控制策略,首先要研究夾持碰撞過程及其影響因素。本文從番茄的粘彈塑性出發(fā),采用虛擬樣機仿真結(jié)合試驗的方法,對番茄采摘機器人的快速夾持碰撞過程進(jìn)行了深入的研究,并對不同條件下的碰撞力進(jìn)行了分析與驗證。主要研究工作如下:
　　 (1)研究了番茄粘彈塑性有關(guān)的流變力學(xué)特性。測定了紅熟中期、紅

2、熟前期、變色期、綠熟期四個不同成熟期番茄整果的蠕變特性、應(yīng)力松弛特性以及加卸載特性,建立了四要素Burgers蠕變模型以及五要素的廣義Maxwell應(yīng)力松弛模型。結(jié)果表明,隨著成熟度的提高,蠕變特性的瞬時彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、粘性系數(shù)η1,η2都顯著減小;綠熟期的應(yīng)力松弛特征參數(shù)E0、E1,E2、粘性系數(shù)η1、η22以及松弛時間τ1、τ1顯著高于另三個成熟期。
　　 (2)建立了番茄的非線性粘彈性有限元模型。深入探討了

3、ANSYS有限元表征材料的非線性粘彈性屬性方法,建立了番茄的非線性粘彈性有限元模型;生成可用于ANSYS與ADAMS數(shù)據(jù)交換的模態(tài)中性文件,計算得到紅熟前期番茄的前20階模態(tài)值,最小模態(tài)值為0.14Hz,前六階模態(tài)值均低于100Hz,7-20階模態(tài)值處于525-905Hz之間。
　　 (3)建立機器人末端執(zhí)行器的三維實體模型并進(jìn)行運動學(xué)的仿真分析。運用PRO/E建立末端執(zhí)行器各零部件的實體模型并進(jìn)行虛擬裝配,導(dǎo)入運動學(xué)仿真軟件A

4、DAMS中運行兩種不同驅(qū)動函數(shù)及驅(qū)動順序下的運動學(xué)仿真分析,結(jié)果表明,手指速度曲線變化基本一致,虛擬樣機模型正確,各電機運行協(xié)調(diào)。
　　 (4)建立夾持過程的虛擬樣機系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)交換文件建立了番茄柔性體的夾持系統(tǒng),對手指運動速度在1mm/s-6mm/s下的夾持過程進(jìn)行了仿真,計算了各夾持條件下的手指碰撞力、峰值力以及夾持過程中番茄的應(yīng)變能。結(jié)果表明,夾持過程的碰撞力、峰值力以及應(yīng)變能均隨手指運動速度的提高而增大。
　　

5、 (5)對末端執(zhí)行器的夾持碰撞過程的仿真結(jié)果進(jìn)行試驗驗證。測試了在不同運動控制下,番茄夾持過程中的接觸力,以及開度為90mm時,完成夾持的時間。結(jié)果表明,碰撞力的虛擬樣機仿真結(jié)果與試驗結(jié)果基本一致。仿真及試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),為避免快速夾持碰撞對番茄造成的沖擊碰撞損傷,手指的夾持速度應(yīng)不超過5mm/s。這一結(jié)果對于進(jìn)一步研究番茄的快速夾持策略具有重要的參考價值。
　　 綜上,本文主要從不同成熟期番茄的粘彈塑性研究出發(fā),利用ANSYS結(jié)合