基于CAD/CAE技术的采摘机器人结构设计与仿真王丽霞(包头钢铁职业技术学院,内蒙古包头014010)摘要:针对采摘机器人结构研发困难的问题,基于CAD/CAE技术对采摘机器人进行结构设计和仿真试验。所设计的采摘机器人主要组成包括控制系统、智能系统、执行机构、驱动传动装置及检测系统等。为了保证机器人的结构性能和几何合理性,针对机械臂和末端执行器进行了结构参数优化,并确定了末端执行器的控制模型。为了验证采摘机器人的操作性能,采用MatLab软件对其进行运动学正解试验测试,结果表明:机器人结构设计合理,能够满足采摘精度要求。关键词:采摘机器人;CAD/CAE技术;末端执行器中图分类号:S225;TP342文献标识码:A文章编号:1003-188X(2023)12-0054-040引言我国果蔬种植面积很大,果蔬成熟后的采摘方式以人工为主,工作效率低,人力成本占到了总成本的1/2以上,且采摘质量无法保证,严重影响果蔬后续的加工、存储和销售[1]。随着我国人口老龄化的加剧和人工成本的提高,人们对于自动化采摘机器人的需求日益增加。但是,果蔬枝叶的生长存在很多的不确定性,果蔬生长位置为非结构位置,果实已破碎而果梗较为坚硬,都给采摘机器人的作业带来了一定的困难,限制了对采摘机器人结构的研发[2]。CAD(ComputerAidedDesign)软件是几何建模软件,可采用计算机技术进行图纸的设计、修改和绘制[3-4]。随着CAD软件的发展,系统逐渐集成了CAE(ComputerAidedEngineering)分析功能,即对几何模型进行分析计算。采用CAD/CAE软件进行产品的结构设计,可以有效指导产品几何尺寸的优化,显著缩短产品研发周期,提高研发效率。目前,该软件已经在工业制造领域(如航空航天和汽车制造领域)有了较为广泛的应用,但不包括农业领域。采摘机器人的结构较为复杂,作业过程中对于结构的要求较高,可以采用CAD/CAE技术对采摘机器人的手臂和末端执行器等精细结构进行设计。仿真试验是利用计算机的仿真软件模拟实际的作业过程,既可以达到真实试验的效果,又能够有效收稿日期:2021-05-07基金项目:国家社会科学基金项目(07XTQ003)作者简介:王丽霞(1981-),女,内蒙古包头人,讲师,(E-mail)shaozhanhao7443@163.com。降低研发成本。在此对设计的采摘机器人进行仿真试验。1结构设计1.1总体设计采摘机器人主要组成包括控制系统、智能系统、执行机构、驱动传动装置及检测系统等,各结构之间的关系图如图1所示。图1采摘机器人各结构之间的关系图Fig.1Therelationdiagramofeachstructureofpickingrobot1.2控制系统控制系统是整个...
