果园绿篱修剪机械手的设计与研究

为了解决果园绿篱修剪工具自动化程度低、修剪作业劳动强度大、工作效率低等问题,根据果园绿篱修剪作业要求,设计了一款实用的由液压驱动的四自由度修剪机械手,并确定了机械手各关节的运动范围。首先,基于标准的D-H参数法建立了机械手各连杆的坐标系,对机械手的正、逆运动学进行了求解;然后,利用MATLAB Robotics Toolbox建立了机械手运动学模型,对机械手正、逆运动学,机械手修剪绿篱顶面、侧面时各关节的运动轨迹,机械手各关节的角位移、角速度和角加速度曲线进行了仿真验证;之后,采用Monte Carlo法对机械手的工作空间进行了仿真分析,得到了机械手工作空间三维云图及平面云图;最后,试制实物样机进行了实验验证。研究结果表明:机械手正、逆运动学求解正确,所设计的机械手末端执行器完全能够到达所需修剪的目标位置。修剪机样机实验效果与预期相符,机械手工作时各关节运行平稳、修剪效率高、效果良好,能够满足对中、高绿篱自动修剪的要求,大大降低了修剪作业的劳动强度。

基于遗传算法优化的除草机械臂模糊PID控制研究

针对目前市场上的果园割草机难以高效清除果树株间的杂草问题,设计了搭载在果园自动避障割草机上的4自由度的除草作业臂,可实现拖拉机牵引割草机行驶在果树行间时机械臂对定点位置的清除和行驶过程中的避障作业。同时,进行逆运动学分析,把工作空间的避障问题映射到关节空间中,转化为关节空间的轨迹规划求解问题,利用三项插值法规划出轨迹;建立除草机械臂动力学模型,利用遗传算法优化模糊PID控制的模糊规则和隶属函数,优化出最优规则和隶属函数,通过模糊PID控制器实现对规划路径的精准轨迹跟踪控制。仿真结果表明:与传统PID和模糊PID控制对比,该控制方法控制更加精确。