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液压式林木干果采摘臂的研究与运动仿真

作　者: 李俄锋
导　师: 徐学林
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 采摘臂 结构设计 三维建模 ADAMS 运动学仿真
分类号: S776
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


我国干果种植面积大,农产品市场竞争激烈,不光要有优质的品种,科学的种植方式,更要有科学的采摘方式。林木干果的机械化采摘作业是农林产品规模化、商品化生产的重要环节,其采摘质量直接影响到产品的后续加工、存储、销售及市场竞争力。在农林干果摘取方面,尤其在我国某些山区和丘陵地区为主的地方,摘取过程主要是以人工手动摘取为主,其效率低,费时费力。在现有的以机械手为主的半自动化机器中也存有摘取过程摘取缓慢,反复操作率高,对果树破坏性高的缺点。文章以林业干果的采摘为主要背景,这里主要针对核桃、油茶子等,结合国内外机器人机械臂研究现状,参考农林果的摘取实际和其他研究成果文献,在重现各种摘取干果的过程中提出自己独有的想法,对机构进行改进并设计出一种适应农林干果采摘作业的机械设备—液压式机械采摘臂。本文做的主要工作是：通过对采摘臂的性能指标的分析,设计了液压式采摘臂的机构并进行了力学和运动空间计算；使用高档三维造型软件Pro/E(全称Pro/Engineer)进行林木干果采摘臂的造型设计；应用机械系统运动学／动力学仿真分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)对所设计的机构建立虚拟样机,并进行运动学仿真分析,验证了机构设计的合理性,为物理样机的试制和改进设计提供了依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外农业机器人研究现状  10-13
  1.3 本课题研究的对象及意义  13
    1.3.1 本课题研究的对象  13
    1.3.2 本课题研究的意义  13
  1.4 本课题研究的内容  13-15
2 结构设计  15-31
  2.1 设计依据及性能指标  15
  2.2 采摘臂的基本组成和基本原理  15-16
    2.2.1 采摘臂的基本组成  15-16
    2.2.2 采摘臂的基本原理  16
  2.3 设计方案的分析及确定  16-17
  2.4 采摘臂主要构件的设计  17-23
    2.4.1 旋转支撑臂上关节组件的设计  18-19
    2.4.2 采摘臂中间关节组件的设计  19-21
    2.4.3 采摘平台关节组件的设计  21-23
  2.5 采摘臂构件的运行空间分析和力学分析  23-30
    2.5.1 运行空间分析  23-27
    2.5.2 力学分析  27-30
  2.6 本章小节  30-31
3 实体建模  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 Pro/E软件介绍  31-34
    3.2.1 Pro/E功能模块介绍  31-34
  3.3 采摘臂实体模型的创建  34-40
    3.3.1 实体建模过程  34-36
    3.3.2 采摘臂实体模型的创建  36-40
  3.4 本章小结  40-41
4 采摘臂运动学分析  41-49
  4.1 引言  41
  4.2 运动学分析基础  41-44
    4.2.1 杆件的坐标系描述  41-42
    4.2.2 杆件的几何参数及关节变量  42
    4.2.3 D-H坐标系  42-43
    4.2.4 奇次坐标及坐标系的变换  43-44
  4.3 采摘臂运动方程分析  44-48
    4.3.1 运动方程的建立  44-46
    4.3.2 正问题  46-47
    4.3.3 逆问题  47-48
  4.4 本章总结  48-49
5 虚拟样机技术及其发展  49-55
  5.1 虚拟样机技术的概念  49-52
    5.1.1 虚拟样机技术的定义  49-50
    5.1.2 虚拟样机技术的研究对象和研究范围  50
    5.1.3 虚拟样机技术的特点  50
    5.1.4 虚拟样机技术的相关技术  50-51
    5.1.5 虚拟样机技术的功能  51-52
  5.2 虚拟样机技术的应用和发展  52-54
  5.3 本章小节  54-55
6 采摘臂运动仿真分析  55-83
  6.1 ADAMS软件介绍  55-57
    6.1.1 模块介绍  55-56
    6.1.2 ADAMS软件仿真分析步骤  56-57
  6.2 PRO/E模型的转换与导入  57-60
    6.2.1 ADAMS/Exchange模块  57-58
    6.2.2 图形文件格式的选择  58-59
    6.2.3 Pro/E与抛物面格式的转换  59
    6.2.4 ADAMS与抛物面格式的转换  59-60
  6.3 虚拟样机的建立  60-67
    6.3.1 建立虚拟样机的步骤  61-67
    6.3.2 模型检验  67
  6.4 仿真前处理  67-71
    6.4.1 仿真输出设置  68-70
    6.4.2 添加传感器  70-71
  6.5 样机模型仿真分析  71-82
    6.5.1 仿真分析概述  71-73
    6.5.2 不同情况下的仿真分析  73-82
  6.6 本章小结  82-83
7 结束语  83-84
参考文献  84-89
附录A 攻读学位期间所发表.的学术论文目录  89-90
致谢  90

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 森林工程、林业机械 > 林业机械
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