基于 MatLab 的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究

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l i z h e n 0 2 4@ y e a h. n e t 。
通讯作 者 :崔永杰 ( 1 9 7 1 一), 男( 朝 鲜族 ) , 吉林 图们 人 , 副教 授 , 博士 生 导师 , ( E— ma i l ) c u i y o n g j i e @n ws u a f . e d u . c n 。
机械臂 ; 姚立健 等 研制 的茄 子采摘机 械臂 ; 冯青 春
等 研 制 的黄 瓜采 摘 机 械臂 ; 王 燕 等 研 制 的关 节 型
果蔬 采 摘 机 械 臂 。其 中 , 西 北 农 林 科 技 大 学 的 崔 永
图 1 猕 猴 桃 果 树栽 培 模式
Fi g . 1 T he c u l t i v a t i o n p a t t e r n o f k i wi f r u i t t r e e
所 建 模 型 可 以实 现 猕 猴 桃 自动化 采 摘 ; 仿 真 函数 可 以准 确 、 有 效 地获 得 机 械 臂 的 运 动 参 数 和 运 动 轨 迹 , 为 进 一 步
的研 究 提 供 了重 要 的理 依 据 。 关键词 :猕 猴桃 ;机械臂 ;运动学仿 真 ;Ma t L a b
近 年来 , 国内外 很 多 国家 在 果 蔬 采 摘 机 器 人 方 向
下垂 较 少 。架 子 的上 方 采 用 8号 铁 丝 构 成 “ 井” 字 型 结构 , 果枝 沿 铁 丝 网生 长 , 果 实 自然 下 垂 。 图 1所 示 为猕 猴 桃 果树 栽 培模 式 。
做 了大 量 的研 究 工 作 , 研制 了多种果蔬 采摘机 械臂 。 例如 , 新西兰的 S c a f e A J 等研 制 的猕 猴 桃采 摘 机 械 臂; 荷兰的 V a n H e n t e n E J等 研 制 的黄 瓜 采 摘 机 械 臂; 中 国科 学 技 术 大学 的周 舟等 人 _ 3 研 制 的番 茄 采 摘 机械 臂 ; 武 汉 科技 大学 的卢 君 宜 等 研 制 的 五 自由度 采摘 机 械 臂 ; 江 苏 大学 的尹 建 军 等 研 制 的 番茄 采摘
要 : 分 析 了猕 猴 桃 棚 架 式 生 长 环境 , 设 计 了一 种在 棚 架 栽 培模 式 下工 作 的猕 猴桃 采 摘机 械 臂 ; 同时 , 并 以 猕
猴 桃 采摘 机 械 臂 为 研 究 对象 , 采用 D— H法 建 立各 杆 件 坐 标 系 , 应 用齐 次 变 换 矩 阵 建立 运 动 学方 程 。在 Ma t L a b的 环境下 , 使用 R o b o t i c s 工 具 箱 建 立 该 机 械臂 的数 学 模 型 , 并 对 其 进 行 工作 空 间 仿 真 及 轨 迹 规 划 。实 验 数 据 表 明 :
2 机 器 人 结构 参 数
猕 猴 桃 采摘 机 械 臂 为 关 节 型 机 械臂 , 由多 个 连 杆 和 关 节 串联 而 成 , 其 一 端 固定 在 基 座 上 , 另 一 端 可 在 空 间 自由移 动 。这 种 结 构 在 三 维 空 间 内确 定 任 意 姿
基 金项 目:国家 自然科学基 金项 目( 6 l 1 7 5 0 9 9) 作 者 简 介 :李 桢 ( 1 9 8 9 一), 男, 沈 阳人 。 硕 士研究生 , ( E—ma i l )
态和位置是最有效 的, 对 于各种各样 的作业有 良好 的 适 应性 。机 械臂 可 以随 移 动 平 台 间歇 式 移 动 , 经 过 计
2 0 1 5年 l 2月
农 机 化 研 究
第 1 2期
基 于 Ma t L a b 的 猕 猴 桃 采 摘 机 械 臂 运 动 学 仿 真 研 究
李 桢 ,王 滨 ,陈子 啸 ,崔 永 杰
7 1 2 1 0 0)
( 西 北 农林 科 技 大 学 机 械 与 电子 工 程 学 院 ,陕 西 杨 凌 摘
1 猕 猴 桃 采 摘 机 械 臂 的工 作 环 境
本 文的数据在 西北农 林科技 大学猕 猴桃 实验基 地 采集 。猕 猴 桃 果 实 属 藤 蔓 植 物 , 果 枝 生 长 需 要 搭
架, 目前 最 普遍 的结 构 是 棚 架 式 , 结构相对规整 , 果 枝
收 稿 日期 :2 0 1 4 — 1 2 — 2 2
中图分 类号 :s 2 3 3 . 5; T P 3 9 9 文献标识码 :A 文章 编号 :1 0 0 3 — 1 8 8 X( 2 0 1 5 ) 1 2 — 0 2 2 7 — 0 5
0 引言
我 国是 世界 上 猕 猴 桃 种 植 面 积 最 大 的 国家 , 而 其 自动化 采 摘 程度 较 低 。 目前 , 猕 猴 桃 主要 依 靠 人 工 采 摘, 浪费人力 、 工作 强 度 大且 劳 动 成本 越 来 越高 。
猕 猴桃 为 棚架 结 构 , 架 子 之 间横 向距 离 约 为 4 m, 纵 向距 离 约 为 3 m, 果 实 成 熟 之 后 均 匀分 布 在 铁 丝 上 ,
杰 等人 对 猕 猴桃 采 摘 有着 深 入 的研 究 。 由于 目前 针 对 棚 架 结 构 和簇 生 特 点 作 物 采 摘 的
高度 分 布在 1 . 3—1 . 7 m之 间。猕 猴 桃 为簇 生 植 物 , 每
研究依然较少 , 因此针对猕猴桃采摘机械臂 的研究有
重 要 的理论 价 值 和 现实 意 义 。
簇 在 3—5个 之 间 , 单 个 猕 猴 桃 尺 寸 平 均 值 长 为
6 2 . 9 5 mm、 宽4 7 . 0 2 m m、 厚5 1 . 4 m m。通过 实 地 测量 猕 猴 桃 果 实三 维 坐 标 , 水 平 方 向 分 布 图 如 2所 示 , 垂 直 方 向分 布 图如 图 3所示 。
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