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面向果蔬采摘的串联机器人运动学分析和仿真
Kinematicsanalysisandsimulationoftandemrobotforfruitandvegetablepicking
王杰，郭铁铮*，陈巍，杨刚，郑亦峰
*
WANGJie，GUOTie-zheng，CHENWei，YANGGang，ZHENGYi-feng
（南京工程学院工业中心，南京211167）
摘要：传统的农业果蔬采摘机器人由于考虑成本和可靠性因素，机械臂往往只有两到三个自由度，控制简单、运
行便捷，但也存在着空间避障弱、灵活性能差的缺点，针对以上问题，设计了果蔬采摘五自由度串联机械
臂。基于五自由度串联机械臂空间运动精准控制问题，对其正逆运动学和末端执行器的可达空间进行研
究。首先，基于改进型D-H法建立机械臂运动学模型，推导正逆运动学方程。其次，利用MATLAB机器
人工具箱验证正逆运动学方程的正确性。最后，采用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行仿真，验证机械
臂结构设计的合理性。从而为果蔬采摘机器人的轨迹规划和运动控制提供运动学模型和理论基础。
关键词：采摘机器人；正逆运动学；MATLAB仿真；工作空间
中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1009-0134(2023)05-0050-05
0引言本文针对果蔬采摘机器人空间运动精准控制问题进行
运动学研究，基于改进型D-H法建立机器人的运动学模型，
农业是国民经济建设和发展的基础产业，农业的快速
利用MATLAB机器人工具箱对解出的正逆运动学方程进行验
发展对我国社会稳定和综合国力的提升具有重要的作用。
证，最后利用蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行仿真，
据不完全统计，到2020年底，我国设施园艺总面积已达
[1]得到机器人工作空间云图。验证了采摘机器人设计的合理
370万公顷，占世界首位。作物采摘是设施生产中操作复
性，为进一步优化提供参考依据。
杂、劳动强度高且效率较低的一项工作，随着设施园艺产
业集约化、规模化、精准化以及劳动力成本的不断提高，1机器人结构及运动学模型
加之农村老龄化现象日益严重，设施果蔬产业逐渐显现用
本文设计的采摘机器人主要用于栽培形式和设施结构
工难、用工贵、劳动强度大、作业效率低、农机农艺融合空间标准化的温室大棚中，由五个关节舵机、相关铝合金
差等突出问题，使用机器人代替人工采摘果蔬已经成为现连接件和末端执行器构成，所有关节通过串联方式连接，
代农业发展的必然趋势。都为旋转关节，如图1所示。采摘机械臂的设计原则为：符
目前，国外发达国家已经研制出多种可应用于温室大
合作业要求前提下，保证机械结构刚度好、重量轻、体积
棚的采摘机器人，如黄瓜采摘、番茄抓取等农业机器人。荷[6]
小和减低传动机构的复杂
初级会计持证人
专注于经营管理类文案的拟写、润色等，本人已有10余年相关工作经验，具有扎实的文案功底，尤善于各种框架类PPT文案，并收集有数百万份各层级、各领域规范类文件。欢迎大家咨询！
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