《并混联机构的摆动力平衡设计及其在采摘机器人上的应用》

技术简介：

根据基于POC方程的并联机构拓扑结构设计理论,提出、设计一个少自由度并联机构(记为:并联机构1)和两个六自由度混联采摘机器人机构(分别记为:混联机构2、混联机构3),并分别进行拓扑分析、位置分析、摆动力完全平衡及部分平衡设计、应用的研究。首先,对设计的三个新机构进行方位特征、自由度、耦合度的分析与计算,再对它们进行位置正、反解分析,并应用Adams对并联机构1进行仿真验证,应用Matlab对混联机构2、混联机构3位置正解编写求解程序并进行数值验证。其次,介绍摆动力完全平衡基本理论和有限位置法,并且依次对这三个新型机构,作摆动力完全平衡分析,并建立摆动力完全平衡方程。其中,应用有限位置法对并联机构1建立摆动力完全平衡方程并进行求解和验证;应用质量矩替代法和有限位置法两种方法求解混联机构2(采摘机器人A)的总质量矩,并用有限位置法对它进行摆动力完全平衡分析;最后,用有限位置法对混联机构3(采摘机器人B)进行摆动力完全平衡分析。进一步,介绍运用遗传算法研究摆动力部分平衡优化,求得最优配重质量和位置,完成对这三个机构的摆动力部分平衡优化,主要包括:优化模型的建立(目标函数为摆动力均值),并将优化出的效果与完全平衡的效果进行对比分析。得出结论:与平衡前相比,部分平衡后,机构的摆动力和质心轨迹波动都大幅减小。最后,对混联机构2和混联机构3进行虚拟样机设计与仿真分析,包括总体设计、三维模型、末端轨迹分析、关键部位的结构设计、关键零部件的有限元分析等。包括:1)根据总体设计要求和主要技术参数要求,运用SolidWorks构建采摘机器人A、B的三维模型;2)绘制采摘机器人A、B的末端轨迹位移曲线、速度曲线和加速度曲线,并分析采茶机构A、B的末端行程轨迹,证明可以达到采摘范围的要求;3)对关键部位进行结构设计,如旋转驱动部件和旋转座的结构设计;4)对关键零部件进行有限元分析。验证了这两个采摘机器人可以达到设计要求。

研发人员：汪林平