采摘机器人伸缩式prrrpr型机械手的设计与避障仿真.doc

摘 要

采摘机器人的出现，能很好地代替人类从事单调又辛苦的果蔬采摘作业，能有效缓解人口老龄化带来的社会劳动力不足的问题，还能获得更高品质和高附加值的果实以便于果蔬的后续加工。自从1983年第一台采摘机器人的诞生开始，采摘机器人的研究已经持续了30多年。虽然目前采摘机器人还处于实验室研究状态，并未正式进入商业化生产模式，但随着科技的迅猛发展，果蔬采摘机器人的普及必将指日可待。

课题来源于教育部重点实验室设备开发项目。本文的研究对象为比较主流的六自由度串联式采摘机器人，在有具体实物的情况下分别运用MATLAB和Pro/Engineer对该机器人进行建模，并对该机器人的伸缩式PRRRPR型机械手进行三维环境下的运动系统分析和运动仿真分析。

首先，在参考和总结了采摘机器人的机械手仿真分析研究的基础上对伸缩式PRRRPR型机械手进行D-H坐标系的建立并求出其运动方程。然后，在D-H坐标系的基础上对机械手进行正解的运算，并运用MATLAB软件的Robotics Toolbox对PRRRPR型机械手进行建模、简单的运动分析以及工作空间和可操作度空间分布的仿真。接着，用Pro/Engineer在原有的伸缩式PRRRPR型机械手的三维模型基础上，对其进行重新装配。装配好以后，对其添加伺服电机的驱动，并根据要求设置其关节的运动范围。全部设置好以后，在Pro/Engineer中进行该机械手的三维虚拟环境下的运动仿真。最后，对该机械手进行简单的避障仿真轨迹规划，提出了一种综合运用MATLAB和Pro/Engineer的轨迹规划思想。

关键词：采摘机器人  伸缩式机械手  PRRRPR型  机械手设计  避障仿真