六自由度果蔬采摘机器人离线编程系统设计

大量的工业实践证明，离线编程技术可以提高生产效率，特别适用于复杂生产任务；农业生产任务复杂性更高，离线编程技术的效益会更高，然而现在的研究很少涉及，几乎没有面向农业机器人的离线编程软件产品，为满足我国农业发展需要，本文在863计划支持下（项目编号：2006AA10Z257项目名称：“温室内全方位自主行走果蔬采摘机器人关键技术研究”）分别从运动学、工作空间和轨迹规划等方面对六自由度果蔬采摘机器人研究，并应用分析研究结果，初步设计出了针对果蔬采摘机器人的离线编程控制系统，该系统集成应用了SolideWorks的强大的虚拟建模和仿真功能，并得益于LabVIEW的快速的图像化编程技术。论文主要工作有：(1)应用D-H变换理论得到D-H参数，并建立机器人的运动学模型，得到运动学正逆解；机器人的工作空间及边界图由包络逼近法得到；机器人的雅可比矩阵的推导则采用了矢量求积的方法；机器人的奇异性通过对雅各比矩阵进行奇异分解进行验证求解；另外对机器人的灵巧度指标，条件数和可操作度进行了分析。(2)应用五次多项式插值轨迹规划，得到了连续，无冲击变化的关节速度和关节加速度；为了控制机器人完成连续路径运行，本文分析推导了笛卡尔空间下两种典型路径规划方法，直线轨迹规划算法和圆弧轨迹规划。根据分析结果利用Matlab仿真验证了直线轨迹规划合理性和可行性。(3)本文对果蔬采摘机器人的离线编程系统进行了研究，系统主要有两部分构成：对SolidWorks进行二次开发的图形仿真模块，能够完成建立了机器人的三维模型，对关节空间和直角坐标系空间下的运动进行仿真和相应的直线和圆弧轨迹规划；利用LabVIEW的快速图形化编程特性设计出的数据通讯模块，完成虚拟样机仿真数据的读取和编译，传给控制器，驱动机器人动作，完成预期的规划动作。(4)通过对直线轨迹和圆弧轨迹的联合仿真，得出插补数据文件，验证了系统的可行性，初步达到了预期设计目标。本文对果蔬采摘机器人的离线编程系统进行了研究，以提高其应用效率，降低使用成本，本文的研究结果有助于果蔬采摘机器人的推广应用。