茶叶采摘机器人机械结构设计及控制系统研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:squllwu20090907
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茶叶采摘成本高、对时令有严格要求,随着我国人口红利逐渐消失,用工荒日渐加剧,这些问题已成为限制茶产业转型升级的重大障碍;其对于名优茶影响更为显著,大宗茶机械化采摘虽能提高茶叶采摘效率,但其切割时缺乏选择性且损坏茶树木质部分,所采摘茶叶不能满足严格的名优茶新芽采摘标准及要求。基于以上情况本文通过对现阶段农业领域内大宗茶及果蔬采摘设备研究,结合并联机器人技术提出一种具有选择性采摘的新型名优茶采摘机器人设计方案,通过对其机械结构与控制系统研究,使所采摘茶叶更接近于名优茶鲜叶采摘要求。本文通过对茶园与茶叶特征及国内外茶叶采摘机设计原则进行分析,提出本课题采茶机总体设计方案,重点对采茶机Delta并联机器人机械结构、机器人末端采集器、履带式行走机构、茶叶传送机构进行机械结构设计;对Delta机构三维模型进行简化得到其机构空间几何关系;运用解析法对其运动学正逆解进行推导解算;结合搜索法对Delta机构工作空间进行边界包络面绘制并求解边界值;在运动学解算基础上,对采茶机并联机构进行ADAMS逆向运动学仿真分析,得到末端执行器固定平台中心运动数据信息;将运动规律代入MATLAB运动学逆解算法,计算其相应运动学逆解,验证ADAMS仿真结果正确性;并对并联机构进行ADAMS运动学正解仿真。为采茶机装备并联机构样机设计与制作提供详实理论依据。根据采茶机总体设计方案,对采茶机电控系统进行设计包括:控制系统硬件结构设计、采茶机电路系统设计、PLC程序与人机交互界面设计、基于Cortex-M3嵌入式Delta并联机器人控制器设计与制作。对并联机器人控制平台进行上位机软件设计与实验分析,通过C#编写上位机软件模拟茶叶新梢识别系统向并联机器人控制器发送位置数据,经过多次实验标记了机器人35个坐标点并对其精度进行分析。
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