面向局部粮情处理的末端生长型柔性机器人关键技术研究

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粮食仓储是粮食生产流通的重要环节。我国是世界上粮食储藏数量最大、储藏时间最长的国家。粮食的储存安全是关系到我国经济发展和社会稳定的重要问题,管理好“天下粮仓”是国家安全的保障。大型粮仓的局部异常粮情处理已成为我国在粮食储存中亟待解决的重要问题。针对现有处理局部异常粮情方法中存在的人工处置耗时费力、处理不彻底,尤其对粮仓深处局部变质粮无法高效清除等问题,本文设计了一种末端生长型柔性机器人,主要研究包含以下几个方面:(1)设计了一种无环境阻力的末端生长型柔性机器人,能够进行长距离伸长。其设计主要包括生长管道、转向驱动器、连接装置以及传感器的选择。该机器人生长管道依靠气压驱动,采用气动外翻和气力输送原理,使生长管道运动到异常粮情发生位置,将变质粮食输送出去,达到彻底清除的目的。并在柔性机器人末端设计了转向驱动器,通过连接装置与末端生长管道相连。另外,选取了合适的传感器,用于柔性机器人生长管道运动轨迹的检测。(2)根据末端生长型柔性机器人生长管道的设计原理,对柔性机器人气力输送过程进行仿真分析。以大豆颗粒为模型,采用EDEM软件和FLUENT软件进行耦合仿真,选择Eulerian模型进行耦合,得到了颗粒的运动过程,并对仿真结果进行了分析,验证了末端生长型柔性机器人气力输送的可行性。(3)对末端生长型柔性机器人的转向驱动器进行了运动学分析,推导出了转向驱动器中三根气动人工肌肉长度变化量与末端位姿之间的关系,同时对柔性机器人生长管道气动外翻伸长过程进行了力学分析。并以浅圆仓为例,为避免接触粮情监测传感器,选用A*算法进行机器人路径规划,求解出了机器人运动最优路径。(4)根据路径规划结果,利用WT901C485传感器对机器人进行实时运动轨迹检测。通过滑动均值滤波消除运动轨迹零位漂移误差,采用双状态卡尔曼滤波算法和多项式补偿法分别对运动轨迹数据随机误差和累积误差进行后处理。绘制三维运动轨迹,得到数据处理后的运动轨迹较处理前准确度有明显提高。根据设计原理制作了样机,验证了本设计的可行性。
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