平粮机械臂设计及运动学分析

针对传统人工平粮作业方式费时费力、存在安全隐患等问题,面向现有履带式、桁架式平粮装备及方法作业空间大、效率低、能耗高等缺点,设计一款七自由度的机械臂以实现高大平房仓内粮面的自动平整。机械臂各个关节主要由数字液压缸驱动,选择MCU对各个关节数字液压缸进行控制,同时建立该机械臂的标准D-H参数表,通过MATLAB Robotics Toolbox建立机械臂三维仿真模型,采用几何法和基于物体雅可比的Newton-Raphson算法对其机械臂进行逆运动学求解,并通过蒙特卡洛法对工作空间进行仿真分析,利用五次多项式插值和T型插值对其运动轨迹进行仿真,利用RRT*算法进行避障路径规划。结果表明:该机械臂工作空间可覆盖平房仓内待平粮位置,运动轨迹平稳可靠,满足所需工作要求,T型插值法可以使机械臂运动轨迹在4~6 s之间,关节加速度降低至0 rad/s,RRT*算法可使机械臂精确避开高度在4~8 m范围内无需作业的粮堆。可为高大平房仓伸入式平粮装备研制和智能控制平台搭建提供基础支撑。