【摘 要】
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奶牛养殖业经过密集劳动力的手工挤奶到富集式的半机械化挤奶,再到能够独立完成挤奶作业的智能化挤奶机器人,挤奶设备的迭代发展,使得现代牧场朝着智能化、无人化方向发展。挤奶机器人由于智能化和高效性被广泛应用在大型集约式牧场。采用挤奶机器人可显著提升牧场整体的运行效率和奶源品质的稳定性。针对现有挤奶机器人效率低,整体适应度不足等问题,基于TRIZ创新理论设计了一种新型悬臂自走式挤奶机器人,可有效提升挤奶作
【基金项目】
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国家创新方法工作专项（2018IM010500）; 2019年高校协同创新项目“全自动转盘挤奶机套杯机器人的研发与应用”，项目编号（GXXT2019018）
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奶牛养殖业经过密集劳动力的手工挤奶到富集式的半机械化挤奶,再到能够独立完成挤奶作业的智能化挤奶机器人,挤奶设备的迭代发展,使得现代牧场朝着智能化、无人化方向发展。挤奶机器人由于智能化和高效性被广泛应用在大型集约式牧场。采用挤奶机器人可显著提升牧场整体的运行效率和奶源品质的稳定性。针对现有挤奶机器人效率低,整体适应度不足等问题,基于TRIZ创新理论设计了一种新型悬臂自走式挤奶机器人,可有效提升挤奶作业效率。并对悬臂自走式挤奶机器人的结构进行创新设计及相关理论分析,主要研究内容如下:介绍了挤奶技术发展现状和机器人在挤奶中的应用,运用TRIZ创新理论对现有的挤奶机器人进行因果轴分析,加装地轨装置,对自由度冗余的机器人主体结构进行简化改进,设计出以4-RPU并联为主体,新型末端执行器通过两段可调节式悬臂梁连接机器人主体,新型末端执行器由两个对称的串联夹持器构成,通过控制末端执行器上角度调节装置可满足对不同位姿牛乳房的套杯作业需求。运用ANSYS Workbench仿真软件中对应模块对悬臂自走式挤奶机器人整体进行有限元分析,并对各关键零部件进行强度校核,得到对应结构的变形云图和应力云图。同时对悬臂机构进行前六阶模态分析、谐响应分析得到对应的变形云图和应力云图、振型及固有频率,避免共振发生。通过拓扑机构学计算出并联机构两转动一平移3自由度,同时对4-RPU并联机构进行正、逆解运动学求解,得到各支链杆长和位姿参数之间的函数变化关系,在仿真软件ADAMS中构建4-RPU并联机构主体,在四根支链上添加驱动,得到动平台质心随时间在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上的位移、速度、加速度、角速度函数变化曲线,验证了理论计算的正确性。通过D-H法对挤奶机器人进行正运动学建模,运用数值法中蒙特卡洛法将挤奶机器人各关节点坐标对应的连杆参数导入MATLAB,通过仿真得到挤奶机器人末端执行器上执行位点的可达工作空间视图,验证了挤奶机器人结构设计的合理性,同时也为悬臂自走式挤奶机器人的应用提供了理论依据。图[59]表[11]参考文献[92]
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