农业机械学报

作者：赵雄，曹功豪，张鹏飞，马锃宏，赵立军，陈建能

单位：浙江理工大学,浙江理工大学,杭州职业技术学院,浙江理工大学,重庆文理学院,浙江理工大学,

关键词：苹果;采摘;三自由度机械臂;轻量化设计;动力学模型

基金：浙江省重点研发计划项目（2021C02021）、浙江省“三农九方”科技协作计划项目(2022SNJF017)、重庆市科学技术局农业农村领域重点研发项目（cstc2021jscx-gksbX0003）和杭州市农业与社会发展科研一般项目（202203B08）

针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题，本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂。首先，针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析。机械臂采用平行四边形结构，通过后置动力源减小整机转动惯量，且臂展长，工作空间大，运动时树枝干扰小，更适用于苹果采摘。其次，采用牛顿-欧拉方程建立动力学模型，完成机械臂苹果采摘仿真，通过动力学模型的理论数据，以减轻机械臂自身质量为优化目标，对臂及其关键部件应力及应变进行分析，计算不同轻量化方案下的应力、应变，从而选取最优的轻量化方案。通过对比轻量化前后机械臂仿真数据，骨棒型轻量化方案驱动力矩峰值分别降低21N·m和 15N·m，均降低约20%，整机质量下降1.8kg，降低32.1%，且轻量化后机械臂保持良好工作能力。根据优化结果，搭建了三自由度苹果采摘机械臂物理样机，通过试验得到大、小臂最大驱动力矩为92、63N·m，基本符合仿真结果，验证了动力学模型的正确性。

来源：2023年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

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