芒果采收车机械臂运动特性分析及试验

• Published in: 农业工程学报 Vol. 40; no. 1; pp. 58 - 67
• Main Authors: 刘世豪, 王菲, 林茂, 刘俊孝, 姚克恒
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 海南大学机电工程学院,海口 570228%农业农村部南京农业机械化研究所,南京 210014 2024
• Subjects: kinematic characteristic; 采摘; 模型; robotic arm; 芒果采收; 动力学建模; picking; 运动学特性; agricultrural machine; model; mango harvesting; dynamic modeling; 机械臂; 农业机械
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202306172

TP242.3%S225.93; 为提高芒果采收车机械化采摘的适应性,该研究采用多体动力学理论方法对其机械臂的运动特性进行分析.首先,结合芒果生长和农艺特征及采摘机械臂几何构型与向量特性,运用D-H法建立了机械臂运动学模型以探索其运动特性,并进行末端执行器运动轨迹规划.轨迹规划结果表明末端执行器运动平稳,满足芒果采摘运动要求.进一步地,利用拉格朗日法构建了机械臂的动力学模型,对其进行了正逆动力学仿真验证,以深入了解机械臂的关节运动特性.动力学分析结果表明,在恒力矩工况下,伸缩装置和摆动装置的运动呈现一定的周期性,摆动装置、旋转装置角加速度和伸缩装置加速度均约在1.25、2.30、4.15 s达到阶段峰值;在仅做摆动周期运动的情况下,旋转装置、摆动装置所受驱动力矩均近似呈周期性变化,峰值分别为72.5与52N·mm,且在一个运动周期内,均有两个极大值点.对机械臂结构进行仿真模态计算和模态试验,结果表明前六阶固有频率误差在5％以内,验证了芒果采收车机械臂多体动力学仿真建模的准确性.研究结果可为保证有效实现机械臂的采摘效果及提高其可靠性与稳定性提供依据.