基于刚柔结合式的番茄采摘机械手设计与仿真  

Design and Simulation of Tomato Picking Manipulator Based on Rigid and Flexible Combination

作　　者：刘德清 熊中刚 张凌云 黄智 徐嘉宏 罗文军 LIU Deqing;XIONG Zhonggang;ZHANG Lingyun;HUANG Zhi;XU Jiahong;LUO Wenjun

机构地区：[1]桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004 [2]桂林航天工业学院机电工程学院,广西桂林541004 [3]广西高校特种工程装备设计与智能驱动技术重点实验室,广西桂林541004 [4]广西特种工程装备与控制重点实验室,广西桂林541004

出　　处：《桂林航天工业学院学报》2024年第5期685-690,701,共7页Journal of Guilin University of Aerospace Technology

基　　金：国家自然科学基金项目“太赫兹波与伪表面等离子体激元耦合共振机制及传输特性表征研究”(62241304);国家自然科学基金项目“液压凿研冲击凿入系统波动力学研究与试验”(51765014)。

摘　　要：针对现有番茄采摘以人工为主、成本高、效率低等问题,设计了一种刚-柔结合式的多腔室番茄采摘机械手。考虑番茄的物理特性,机械臂采用刚性材料,而末端执行器采用柔性材料;利用SolidWorks建立机械手采摘装置的三维模型,联合ANSYS对柔性采摘手指进行有限元仿真分析,验证机械手的可行性;基于D-H法建立机械臂的正运动学模型,结合蒙特卡洛法利用MATLAB求解分析机械臂的工作区间。仿真分析和数值计算结果表明:柔性采摘手指在0.06 MPa压力时,最大弯曲变形量为159.54 mm,最大应力为2.19 MPa满足摘下番茄所需力的需求,机械臂的工作空间近似半径为1500 mm的球体,末端执行器可以达到番茄植株的每个点。验证了该刚-柔结合式的多腔室番茄采摘机械手能满足采摘需求。

关 键 词：采摘机械手 结构设计 ANSYS仿真 D-H法 MATLAB仿真 

分 类 号：S225.92[农业科学—农业机械化工程] TP241[农业科学—农业工程]