林業(yè)修剪機(jī)器人運動學(xué)、動力學(xué)仿真.pdf

1、隨著我國園林綠化面積的不斷擴(kuò)大，綠籬及景觀樹木的修剪成為一項既繁重又費時的工作，用自動化機(jī)械設(shè)備代替人力來完成林業(yè)工作是未來的一個必然趨勢。南京林業(yè)大學(xué)引進(jìn)高層次人才和高層次留學(xué)回國人員科研基金項目“林業(yè)修剪機(jī)器人系統(tǒng)研究”就是針對修剪綠籬和草坪提出的，希望開發(fā)研制出一種機(jī)器人能代替人工自主進(jìn)行綠籬和草坪的修剪。本文在分析前人研究的基礎(chǔ)上，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用四自由度的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)。 建立四自由度機(jī)器人簡化模型，利用D-H法建立機(jī)器

2、人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，并求得機(jī)器人運動學(xué)方程和雅可比矩陣，針對作業(yè)對象和要求，在機(jī)器人末端實現(xiàn)直線和圓弧軌跡兩種工況下，運用幾何法分別求得其運動學(xué)逆解，為運動學(xué)仿真做了必要的準(zhǔn)備。 由于作業(yè)空間對于該機(jī)器人的設(shè)計很重要，本論文采用蒙特卡羅概率算法對機(jī)器人機(jī)械臂作業(yè)空間進(jìn)行了求解，在MATLAB中輸出機(jī)器人的作業(yè)空間圖，結(jié)合實際作業(yè)目標(biāo)，來確定機(jī)器人機(jī)械臂參數(shù)，如果作業(yè)空間不滿足要求，則重新設(shè)計機(jī)械臂長度參數(shù)，直至最終滿足要求。

3、 對于機(jī)器人模型的建立，本論文采用了用具有強大功能的三維設(shè)計軟件ProEngieer建立該機(jī)器人的三維模型，通過Pro/E與ADAMS之間無縫接口軟件MECHANISM/Pro，把三維模型導(dǎo)入ADAMS中。對于ADAMS中機(jī)器人模型各關(guān)節(jié)的驅(qū)動，本論文先是通過在MATLAB/SIMULINK中構(gòu)建機(jī)器人運動學(xué)和逆運動學(xué)程序模塊，得到機(jī)器人各個關(guān)節(jié)角隨時間的變化曲線，然后把曲線導(dǎo)入ADAMS中用樣條曲線來擬合，最后在ADAMS中用樣條函數(shù)

4、來作為機(jī)器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動函數(shù)進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)仿真。通過仿真可以清楚地看到機(jī)械臂運動情況，利用ADAMS強大的測量功能可以測得機(jī)器人運動的一系列運動特性參數(shù)，例如關(guān)節(jié)角位移、角速度、角加速度、驅(qū)動力矩的大小，從而可以確定機(jī)械臂各關(guān)節(jié)上所用電機(jī)的參數(shù)。 運用拉格朗日法求解出了機(jī)器人機(jī)械臂各關(guān)節(jié)理論驅(qū)動力矩，通過與ADAMS仿真過程中測量得到的驅(qū)動力矩相比較，從來確定了該機(jī)器人動力學(xué)方程的正確性。 本論文研究為機(jī)器人的下一步