三自由度苹果采摘机械臂动力学分析与轻量化设计

摘要：

针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题,本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂.首先,针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析.机械臂采用平行四边形结构,通过后置动力源减小整机转动惯量,且臂展长,工作空间大,运动时树枝干扰小,更适用于苹果采摘.其次,采用牛顿-欧拉方程建立动力学模型,完成机械臂苹果采摘仿真,通过动力学模型的理论数据,以减轻机械臂自身质量为优化目标,对臂及其关键部件应力及应变进行分析,计算不同轻量化方案下的应力、应变,从而选取最优的轻量化方案.通过对比轻量化前后机械臂仿真数据,骨棒型轻量化方案驱动力矩峰值分别降低21 N·m和 15 N·m,均降低约20%,整机质量下降1.8 kg,降低32.1%,且轻量化后机械臂保持良好工作能力.根据优化结果,搭建了三自由度苹果采摘机械臂物理样机,通过试验得到大、小臂最大驱动力矩为92、63 N·m,基本符合仿真结果,验证了动力学模型的正确性.

关键词：苹果、采摘、三自由度机械臂、轻量化设计、动力学模型

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分类号：S225.93;TP34(农业机械及农具)

资助基金：浙江省重点研发计划项目;浙江省三农九方科技协作计划项目;重庆市科学技术局农业农村领域重点研发项目;杭州市农业与社会发展科研一般项目

在线出版日期：2023-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：88-98