资源描述
毕业论文（设计） 外文翻译 题 目 ： 运动学和轨迹规划的黄瓜采摘机器人机械手 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称 ： 20*年 03 月 10 日 张 利兵 、 王雁 、 杨庆华 、 宝冠君 、 高锋 、 薰易 (教育部重点实验室的机械制造及自动化 、浙江理工大学、中国杭州 310012) 摘要 ： 为了降低成本，提高黄瓜收获经济效益，黄瓜收获机器人得以发展。 黄瓜果蔬采摘机器人由一辆汽车 ,一个四自由度关节机械手 ,一个手端 ,一个上一个视觉系统与监控、四直流伺服驱动系统 组成。 把黄瓜的运动学果蔬采摘机器人机械手使用 标系建立了框架模型。 而且它提供了一个逆运动学轨迹规划的基础已经解决了逆变换技术。 摆线针轮运动 ， 它具有的性能的连续性和零速度和加速度的港口及有界区间 ， 采用一种可行的 方法在关节空间轨迹规划 ， 研究了果蔬采摘机器人的机械臂的黄瓜。此外 ， 硬件和摘要软件基 于上面的显示器之间的交流及关节的控制器的设计。实验结果表明 ， 上面的显示器与四关节控制器的沟通 ， 有效地摘要错误的思想和综合四关节角不超过四度。误差产生的可能因素分析及相应的解决方案 ， 为提高测量精度的措施提出了建议。 关键词 ： 黄瓜果蔬采摘机器人轨迹规划、关节机械臂、运动、摘要、摆线针轮 分类号： 引文： 张 利兵，杨庆华，宝冠君，高锋，薰易。运动学和轨迹规划黄瓜收获机器人的机械手。农业与生物学工程， 2009； 2（ 1）： 1 一介 绍 水果和蔬菜的收获是一个劳力密集的工作，由人类劳动和收获的成本大约是 33 总数的 50，生产成本 1。因此，机械化和自动化，迫切需要水果和蔬菜收获。目前，许多国家正在研究。 收稿日期： 08受日期： 009记 ： 张 利兵，教授，博士，主要从事农业机器人，机电一体化和控制。王雁，博士候选人浙江工业大学，主要从事，机器人，智能仪表。杨庆华，教授，博士，主要从事机器人技术，机电一体化和控制。宝冠君，讲师，博士，主要从事机器人技术，控制人数及机器视觉。高峰，副教授，博士，主要从事机电工 程等。薰易，博士，主要从事视觉系统和图像处理。 通讯作者 : 张 利兵， 教育部重点实验室机械制造、自动化、浙江工业大学 310012技术 ,中国 ,杭州， 310012。电话及传真： +86子邮箱： 究了果蔬采摘机器人 ,尤其是荷兰和日本。机器人的一些收获 ,如黄瓜、西红柿、葡萄收获机器人已广泛应用在温室里和其他人在农场上 2、 3。在中国 ,虽然研究是迟于果蔬采摘机器人在发达国家 ,一些有利的方面取得通过努力在国内许多高等院校和研究机构 ,就是这样的采摘机器人的设计由中国茄子农业大学和一个番茄收获机器人浙江大学开发的。 国家高技术 大力支持下 ,国家级高新技术研究和发展计划 (863)(2007第一个系统化的黄瓜研究了果蔬采摘机器人在中国是联合研制开发的中国农业大学和浙江工业大学技术。 它由一个车，一个 4自由度（简称自由度）关节机械手，一最终效应，一上位，视觉系统和四个直流伺服驱动系统。由浙江工业大学， 利用一种工业机械手来代替四自由度关节机械手的 关节，旨在减少成本和适应环境 的收获。 本文主要考察了四自由度铰接式机器人运动学和轨迹规划，这是概述如下。在第一节中，结构黄瓜收获机器人机械臂描述。机械手的运动学建造的第 2 节逆运动学和第 3节中得到解决。第 4 节的轨迹规划算法摆线运动。硬件和软件设计轨迹规划基于 节。实验测量的实际位置 4 节进行抢修，对错误的可能原因在第 6节进行了分析。最后，结论是画在第 7节。 二黄瓜采摘机器人机械手结构 本文详细介绍了运动学机械手和轨迹规划的实现基于 图和关节机械手的照片显示在图 1。它是由四个旋转接头：腰围关节（ 肩关节（ 肘关节（ 手腕联合（ 一端固定在底座上，另一端连接到终端效应其中包含两个部分：一爪 抓 水 果 和 切 割 设 备 另 外 从 植 物 的 果图 1线框图和相片的黄瓜果蔬采摘机器人机械臂 该系统采用黄瓜采摘机器人多 布式控 制，上位机和联合伺服控制器的结构。 此外，四个关节驱动的完美和谐的工作通过 线通讯，有效支持分布式实时控制系统。该通信系统黄瓜收获机器人如图 2 所示。在上位监控用于监控和管理整个机器人系统，找到黄瓜目标，并规划轨迹。 线是传输的桥梁上位监控和联合控制器。伺服控制器，分布在各个关节驱动力矩马达和他们能够实现闭环控制从接受角度编码器反馈信号。 图 2通信系统中的黄瓜收获机器人 三学模型坐标框架 运动学模型坐标框架 构造了 (型 ),这已被广泛使用在机器人由于它吗明确的机制和物理解释在相对容易实施的程序机器人操作臂控制的。 标系框架模型基于任务的笛卡尔坐标框架固定相对于机器人机械臂的每一环节。而且它描述了空间变换关系两个连续的 44 连结变换矩阵我 链接的氮转化成相应的坐标框 架坐标系可以被写为 4,5： 其中 a 是一个 是 接近的方向向量； 0 定向的矢量， n = 0 a 是一个正常的向量； P 为最终效应相对位置向量基础坐标系。 在 的变换矩阵 6， 7： 其中是联合角； 图 3所示的 D 总结它的 D H 参数。 图 3 D 表 1机器人的机械臂 D 四黄瓜收获机器人的机械手逆运动学 逆运动学问题的机器人机械手是要找到一个载体，联合变量产生一个理想的最终效应位置和方向。逆变换技术来解决问题 8,9。为了挑选黄瓜方便，腕关节，必须平行于 以可以得到： 2 + 3 + 4 = 0 对 于方程（ 1），它可以改写为： 而 首先，让等式（ 3,4）矩阵（ 4）及（ 5）是等价的， 1可表示为： 那就让等式（ 1， 4）和（ 2,4）矩阵（ 4）及（ 5）是等价的，下面的公式可以得到： 通过简化方程（ 7）： 从方程（ 7），可得出 2 ， 3 可表示为： 五在关节空间轨迹规划的基础上摆线运动 该机器人的机械 手 轨迹规划以这种方式 定义：找到共同的时空运动规律位置，速度和 加速度，根据给定操作的最终效应。运动规律由轨迹规划师产生的必须使用一些特别是战略来消除额外的运动，如抖振和共鸣。他们必须是足够光滑，连续的第一及第二衍生物 10,11。在规划数算法，摆线运动，尤其适合适用于点对一点，因为它的轨迹规划金额较小的计算，平滑度和连续性，零速度和加速度，并在最初的功能和有界区间 12终点。它的运动曲线可以描述为 13： 那么它的第一和第二导数可以表示为： 而 是常规时间， 图 4显示了弯的摆线针轮运动和它的第一和第二衍生物在规范区间 (- 1,1)。从图 4,它可以清楚地看出摆线针轮运动是平的 ;同时 ,充分的速度和加速度运动和价值观都是连 续的。 图 4 摆线运动和第一及第二衍生物 开始和结束点的区间 0 1足轻重。这证明了机器人末端执行器的的运动机器人操作臂控制 不会 抖振 ， 所以它可以确保运动稳定性的机器人系统。 如属联名我，轨迹规划和位置依赖定位最终效应。 所以 ,第一步的获取轨迹规划是三维的描述目标的空间小黄瓜。这描述是基于感官信息等机器视觉以及先验信息机器人的机械臂运动 学结构 。 从目标位置的机器人末端执行器与逆 6 日运动学 (0、 12、 13)。开始后关节角 qi(f)我问被红牌罚下 ,通过从关节控制器的摘要 ,这个位置 ,速度 ,加速度方程的基础上摆线针轮运动可以表达为 :开机后关节角度 )智商已经从通过 线控制器的联合，位置，速度，加速度方程的基础上摆线运动可以表示为： 六硬件和软件设计的轨迹规划基于 线 6 1. 接口电路的 线 控 制器区域网络（ 一种先进的串行通讯协议的分布式实时控制系统。不同的设备，如处理器，传感器和执行器可以连接到 线通过双绞线，可以互相沟通通过交换信息。最大传输速率可达 1在嘈杂的环境。和它利用载波感测多重存取及碰撞检测（ 仲裁机制使其附着节点有访问总线 14黄瓜收获机器人系统采用点多点的 上 位机和四个控制器是由联合 数字信号处理器包含标准 制器和 发器。和一个 4 线接口的设计基于 线协议（ 它提供电源，接地和基础两个数据线（ 该接口的 。和上监视电路板如图 6所示。该的 用 1消息传递由 2 个字节的标识符， 1个字节的数据长度和 8字节的数据。消息以时间为 10毫秒内透光根据收获的要求。 实际申请专利。 图 5接口电路的 线 图 6上监视电路板 6 1. 软件设计的轨迹规划黄瓜采摘机器人 上部显示器具有管理职能和监理的机器人系统，黄瓜目标位置和轨迹规划。该方案设计采用了模块化的构想，是由几个子程序。图 7 说明过程为黄瓜收获机器人轨迹规划。它包括如 瓜目标捕获，逆运动学和轨迹规划。 图 7 流程图的轨迹规划 七实验和分析 为了验证弹道精度规划算法和 验测量的实际位置的四个黄瓜收获机器人的机械手的执行关节与坐标测量机（ 法鲁技术白金 量臂法团。作为世界上最 畅销的便携式测量臂，铂 到 精度高达 实验进行如下： 1）设置最终 置： 700 200 668 通过利用逆运动学，四个关节角度可以计算出来方程（ 6） （ 13）： 1 = 2 =， 3 = 4 =。 2）对每一节理面与摆线轨 迹运动算法和发送邮件的计划角通过 3）使用铂 4）其他 9月底效应，重复（ 1） （ 3）步的位置。实验结果列于表 2。 实验结果表明，四个关节角度的综合误差不超过四度。对实验误差的可能原因是： （ 1）单关节控制精度为 0 1 ，（ 2）机械结构错误，包括安装和变形误差 ;（ 3）最终没有意识到效应闭环位置控制。相应的解决方案是：（ 1）添加一些补偿算法，以提高单关节控制精度，（ 2）代替铝用于 金制造的机械手，以减少机械误差 ;（ 3）安装在一 个小型摄像机最终效应，实现了闭环控制机械手。 表 2实验结果对实际测量的位置机器人机械手的四个关节 理论值（度） 测量值（度） 八结论 1)研究了果蔬采摘机器人运动学的黄瓜机械手使用 D 向运动学 ,它提供了一个轨迹规划的基础 ,已经解决了反变换技术。 2） 摆线运动，它的性质连续性，计算量小，速度为零并在有界区间的港口加速，是建议，作为可行的方法进行规划，关节轨迹空间机器人的机械手。 3） 软件和 线的硬件上位机之间的沟通和联合控制器的设计。 4） 实验结果表明 ,上面的显示器 有四个共同控制器有效地沟通 摘要的 ,综 合误差四关节角均小 于四度。 承认： 这项工作是支持国家自然科学中国基金（ 50575206）和国家高技术研究与发展（ 863）中国项目方案（ 2007 九参考文献 【 1】唐秀英，张铁忠。 机器人吃水果和蔬菜收获的综述 ：机器人， 2005,27 （ 1）： 90 【 2】 E. J. J. 。 无碰撞采摘黄瓜的运动规划机器人。生物系统工程， 2003； 86(2): 135 144. 【 3】阿锐玛斯，科东恩。黄瓜采摘机器人和植物培训体系。作者：机器人与机电一体化，1999； 11(3)： 208 212。 【 4】熊有伦。机器人技术。武汉：华中大学科技出版社， 1996； 22。 【 5】 动学模型 工业机械手的鉴定。 机器人与 计算机集成制造， 2000； 16: 1 8。 【 6】陈宁，焦恩章。一种新的解决 逆运动学方程的 方案彪马 机械手。南京林业大学。 2003； 27(4): 23 26。 【 7】傅晶逊。机器人。 北京：中国科学 技术出版社， 1989； 36。 【 8】王萍，杨艳萍，邓晓。研究运动控制模具抛光机器人系统。中国机械工程， 2007；18(20): 2422 2424。 【 9】 . . 动学方面的制度 ,以电弧焊接的应用程序。控制工程实践， 2003； 11: 633 647。 【 10】 S ,智能规划的挑战和地方行动轨迹。 见：触发。对系统，人与控制论国际会议。 200； 55 60。 【 11】 A. V. 一个应用程序在弧焊机器人运动学定位系统方面。控制工程实践， 2007； (42): 455 471。 【 12】庄鹏，姚政秋。弹道悬浮电缆并联机器人运动规划的基础上摆线法议案。 机械设计， 2006； (9): 21 24。 【 13】豪尔赫洛杉矶。该机器人的机械系统原理。 北京：机械工业出版社， 2004； 141 【 14】 W, 合 684。农机工程研究所， 1999； 73（ 4）： 383 【 15】杨向辉。工业通讯和控制网络。北京：清华大学出版社， 2003。 第 84 【 16】 , Q. 可靠性的改进下不可靠传输的双优先级的协议。控制工程实践， 1999（ 7）： 975 of a i (10012, n to a of a a 4an an a C of -H a of at of as a to in of of do in i. of a 2009; 2(1): 1 7. 1 is a by is 3% 50% of . it to 20082009in in in in in i, in 10012, +86of as in on ,3. on is in in as of 863) 007 It of a a 4of an an a C of an to to it is as , of is of is is . of of is . of . . 2 in of of of is . It is of is on is to an a to a to of he of to in of is . is to is in to by of of of in to of in of is on to of it 4 so of n be ,5: a is of 0 is n = a 0 is is of to -H to a of is ,7: i is i is di is ai is of -H of -H of of of he a is to a of a is to ,9. In to to be of so it be 2 + 3 + 4 = 0 1), it be 3,4) of 4) 5) be 1 be 1, 4) 2, 4) of 4) 5) be be By 7): 7), 2, 3 be 5 in of is in to a of by to to as to be 0,11. a of is to in of of of at of 2. be 3: be is T is a of in ). , it be is of 1 of of t so it of i , on of of is of is on as as as of qi(f) of be of , 10, 12, 13). ) i q on be 6 of is an as be by up in a it D) as to to to 4 to of AN a 4is is . is . is 1a 0 ms to in of he of of is of of It of of n to of to of of As s is in .2 m .7 m of up as 1) of x = 700 200 668 By c
展开阅读全文