第3章 农业生产机器人的基本原理与组成.pptVIP

农业生产机器人 专业领域：农业工程类相关专业 学 时：32学时 学 分：2 主讲教师：张云伟 博士 副教授 第3章 农业生产机器人的基本原理与组成 3.1 基本原理 伺服机构 日本工业标准将伺服机构定义为：“控制变量为机械位置和角度的自动控制机构”，伺服机构是一种闭环反馈控制，广泛应用于机械电子和机器人中。 As an example, consider the motion of an end-effector attached to manipulator end. The motion of a manipulator joint needs actuators. When the desired position of the end-effector is input to an electrical servosystem, the digital signal form the computer is converted into an analog signal and input to the servoamplifier through a digital-to-analog converter. The analog signal rotates the motor at a speed proportional to the signal. The rotational speed and the displacement of the motor are detected by a tachometer and encoder, and the signals are fed back to the system to obtain proper motor speed and displacement. A machine-vision system or other sensing systems can be used as the detector, with a tachometer and an encoder used in the feedback system. When a human being takes an object by use of arm and hand, he uses his eyes to detect how far he should extend his arm to grasp the object. When a machine-vision system is used for the same action, the whole system is called a visual feedback system. 3.2 基本组成 3.2.1 机械手 3.2.1.1 机械手的结构 机械手有许多个一端自由一端固定的链接机构，其若干机构为开环结构。 机械手的链接机构虽比较灵活，但它不能承担较大重物。 任一机械手只要具有足够的操作空间和自由度，它就能正常工作。 机械手的结构和组成应在对工作目标特性进行研究的基础上确定。 3.2.1.2 机械手的控制 当机械手末端的起始点和目标位置之间没有障碍物时，机械手的轨迹作用不大，这时没有必要考虑旋转速度。不必预测机械手轨迹的情况叫做点对点（PTP）控制。而在农业生产系统中，大部分情况需要设定机械手的运动轨迹，因为目标周围可能有茎、叶等。连续路径（CP）控制通过调速实现，主要用于确定运动轨迹的情况（图3.4）。 3.2.1.3 没有机械手的机器人 谷物、干草收获机器人和耕地机器人不需要机械手之类的链接机构。在这些操作中，需要较大的功率。但由于机械手只有几个关节和一点固定点，因而，机械手末端不能处理重物，不能输出大功率，也不能高速运作。因此这些机械装置不必安装机械手。（视频） 3.2.2 末端执行器 3.2.2.1 末端执行器的结构 末端执行器安装在机械手末端，具有与人手类似的功能。末端执行器因作业对象不同，构造也不同，有手指、吸引垫、针、喷嘴、刀片等。另一方面，末端执行器直接与作业对象接触，能影响产品的市场价值。末端执行器应考虑生物物料的特殊性质，且针对某一特定用途进行设计。 3.2.2.2 末端执行器的传感器 末端执行器通常需要外部和内部传感器一起处理作业对象的不可预测的物理特性。一些传感器可帮助其他传感器补偿测量误差。触觉传感器和接近传感器是末端执行器中最重要的传感器。 3.2.3 传感器 3.2.3.1 农业生产机器人的传感器 内部传感器是每个机器人必需的。有些机器人的工作环境是固定的，其工作对象是标准化和统一化的，这些机器人可能不要外部传感器。。 农业生产机器人需要专门的外部传感器，因为