采摘機(jī)器人機(jī)械手外文翻譯@中英文翻譯@外文文獻(xiàn)翻譯

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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 外文翻譯 題 目 ： 運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃的黃瓜采摘機(jī)器人機(jī)械手 系部名稱： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 教師職稱 ： 20**年 03 月 10 日 張 利兵 、 王雁 、 楊慶華 、 寶冠君 、 高鋒 、 薰易 (教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械制造及自動(dòng)化 、浙江理工大學(xué)、中國杭州 310012) 摘要 ： 為了降低成本，提高黃瓜收獲經(jīng)濟(jì)效益，黃瓜收獲機(jī)器人得以發(fā)展。 黃瓜果蔬采摘機(jī)器人由一輛汽車 ,一個(gè)四自由度關(guān)節(jié)機(jī)械手 ,一個(gè)手端 ,一個(gè)上一個(gè)視覺系統(tǒng)與監(jiān)控、四直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 組成。 把黃瓜的運(yùn)動(dòng)學(xué)果蔬采摘機(jī)器人機(jī)械手使用 標(biāo)系建立了框架模型。 而且它提供了一個(gè)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)已經(jīng)解決了逆變換技術(shù)。 擺線針輪運(yùn)動(dòng) ， 它具有的性能的連續(xù)性和零速度和加速度的港口及有界區(qū)間 ， 采用一種可行的 方法在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃 ， 研究了果蔬采摘機(jī)器人的機(jī)械臂的黃瓜。此外 ， 硬件和摘要軟件基 于上面的顯示器之間的交流及關(guān)節(jié)的控制器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ， 上面的顯示器與四關(guān)節(jié)控制器的溝通 ， 有效地摘要錯(cuò)誤的思想和綜合四關(guān)節(jié)角不超過四度。誤差產(chǎn)生的可能因素分析及相應(yīng)的解決方案 ， 為提高測量精度的措施提出了建議。 關(guān)鍵詞 ： 黃瓜果蔬采摘機(jī)器人軌跡規(guī)劃、關(guān)節(jié)機(jī)械臂、運(yùn)動(dòng)、摘要、擺線針輪 分類號(hào)： 引文： 張 利兵，楊慶華，寶冠君，高鋒，薰易。運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃黃瓜收獲機(jī)器人的機(jī)械手。農(nóng)業(yè)與生物學(xué)工程， 2009； 2（ 1）： 1 一．介 紹 水果和蔬菜的收獲是一個(gè)勞力密集的工作，由人類勞動(dòng)和收獲的成本大約是 33％ ?總數(shù)的 50％，生產(chǎn)成本 [1]。因此，機(jī)械化和自動(dòng)化，迫切需要水果和蔬菜收獲。目前，許多國家正在研究。 收稿日期： 08受日期： 009記 ： 張 利兵，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)器人，機(jī)電一體化和控制。王雁，博士候選人浙江工業(yè)大學(xué)，主要從事，機(jī)器人，智能儀表。楊慶華，教授，博士，主要從事機(jī)器人技術(shù)，機(jī)電一體化和控制。寶冠君，講師，博士，主要從事機(jī)器人技術(shù)，控制人數(shù)及機(jī)器視覺。高峰，副教授，博士，主要從事機(jī)電工 程等。薰易，博士，主要從事視覺系統(tǒng)和圖像處理。 通訊作者 : 張 利兵， 教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造、自動(dòng)化、浙江工業(yè)大學(xué) 310012技術(shù) ,中國 ,杭州， 310012。電話及傳真： +86子郵箱： 究了果蔬采摘機(jī)器人 ,尤其是荷蘭和日本。機(jī)器人的一些收獲 ,如黃瓜、西紅柿、葡萄收獲機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在溫室里和其他人在農(nóng)場上 [2、 3]。在中國 ,雖然研究是遲于果蔬采摘機(jī)器人在發(fā)達(dá)國家 ,一些有利的方面取得通過努力在國內(nèi)許多高等院校和研究機(jī)構(gòu) ,就是這樣的采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)由中國茄子農(nóng)業(yè)大學(xué)和一個(gè)番茄收獲機(jī)器人浙江大學(xué)開發(fā)的。 國家高技術(shù) 大力支持下 ,國家級高新技術(shù)研究和發(fā)展計(jì)劃 (863)(2007第一個(gè)系統(tǒng)化的黃瓜研究了果蔬采摘機(jī)器人在中國是聯(lián)合研制開發(fā)的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和浙江工業(yè)大學(xué)技術(shù)。 它由一個(gè)車，一個(gè) 4自由度（簡稱自由度）關(guān)節(jié)機(jī)械手，一最終效應(yīng)，一上位，視覺系統(tǒng)和四個(gè)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由浙江工業(yè)大學(xué)， 利用一種工業(yè)機(jī)械手來代替四自由度關(guān)節(jié)機(jī)械手的 關(guān)節(jié)，旨在減少成本和適應(yīng)環(huán)境 的收獲。 本文主要考察了四自由度鉸接式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃，這是概述如下。在第一節(jié)中，結(jié)構(gòu)黃瓜收獲機(jī)器人機(jī)械臂描述。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)建造的第 2 節(jié)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和第 3節(jié)中得到解決。第 4 節(jié)的軌跡規(guī)劃算法擺線運(yùn)動(dòng)。硬件和軟件設(shè)計(jì)軌跡規(guī)劃基于 節(jié)。實(shí)驗(yàn)測量的實(shí)際位置 4 節(jié)進(jìn)行搶修，對錯(cuò)誤的可能原因在第 6節(jié)進(jìn)行了分析。最后，結(jié)論是畫在第 7節(jié)。 二．黃瓜采摘機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu) 本文詳細(xì)介紹了運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)械手和軌跡規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)基于 圖和關(guān)節(jié)機(jī)械手的照片顯示在圖 1。它是由四個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭：腰圍關(guān)節(jié)（ 肩關(guān)節(jié)（ 肘關(guān)節(jié)（ 手腕聯(lián)合（ 一端固定在底座上，另一端連接到終端效應(yīng)其中包含兩個(gè)部分：一爪 抓 水 果 和 切 割 設(shè) 備 另 外 從 植 物 的 果圖 1線框圖和相片的黃瓜果蔬采摘機(jī)器人機(jī)械臂 該系統(tǒng)采用黃瓜采摘機(jī)器人多 布式控 制，上位機(jī)和聯(lián)合伺服控制器的結(jié)構(gòu)。 此外，四個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的完美和諧的工作通過 線通訊，有效支持分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)黃瓜收獲機(jī)器人如圖 2 所示。在上位監(jiān)控用于監(jiān)控和管理整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)，找到黃瓜目標(biāo)，并規(guī)劃軌跡。 線是傳輸?shù)臉蛄荷衔槐O(jiān)控和聯(lián)合控制器。伺服控制器，分布在各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩馬達(dá)和他們能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制從接受角度編碼器反饋信號(hào)。 圖 2通信系統(tǒng)中的黃瓜收獲機(jī)器人 三．學(xué)模型坐標(biāo)框架 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型坐標(biāo)框架 構(gòu)造了 (型 ),這已被廣泛使用在機(jī)器人由于它嗎明確的機(jī)制和物理解釋在相對容易實(shí)施的程序機(jī)器人操作臂控制的。 標(biāo)系框架模型基于任務(wù)的笛卡爾坐標(biāo)框架固定相對于機(jī)器人機(jī)械臂的每一環(huán)節(jié)。而且它描述了空間變換關(guān)系兩個(gè)連續(xù)的 4×4 連結(jié)變換矩陣我 鏈接的氮轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的坐標(biāo)框 架坐標(biāo)系可以被寫為 [4,5]： 其中 a 是一個(gè) 是 接近的方向向量； 0 定向的矢量， n = 0 × a 是一個(gè)正常的向量； P 為最終效應(yīng)相對位置向量基礎(chǔ)坐標(biāo)系。 在 的變換矩陣 6， 7]： 其中θ是聯(lián)合角；α 圖 3所示的 D – 總結(jié)它的 D – H 參數(shù)。 圖 3 D– 表 1機(jī)器人的機(jī)械臂 D – 四．黃瓜收獲機(jī)器人的機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的機(jī)器人機(jī)械手是要找到一個(gè)載體，聯(lián)合變量產(chǎn)生一個(gè)理想的最終效應(yīng)位置和方向。逆變換技術(shù)來解決問題 [8,9]。為了挑選黃瓜方便，腕關(guān)節(jié)，必須平行于 以可以得到： θ 2 + θ 3 +θ 4 = 0° 對 于方程（ 1），它可以改寫為： 而 首先，讓等式（ 3,4）矩陣（ 4）及（ 5）是等價(jià)的，θ 1可表示為： 那就讓等式（ 1， 4）和（ 2,4）矩陣（ 4）及（ 5）是等價(jià)的，下面的公式可以得到： 通過簡化方程（ 7）： 從方程（ 7），可得出θ 2 ，θ 3 可表示為： 五．在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上擺線運(yùn)動(dòng) 該機(jī)器人的機(jī)械 手 軌跡規(guī)劃以這種方式 定義：找到共同的時(shí)空運(yùn)動(dòng)規(guī)律位置，速度和 加速度，根據(jù)給定操作的最終效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律由軌跡規(guī)劃師產(chǎn)生的必須使用一些特別是戰(zhàn)略來消除額外的運(yùn)動(dòng)，如抖振和共鳴。他們必須是足夠光滑，連續(xù)的第一及第二衍生物 [10,11]。在規(guī)劃數(shù)算法，擺線運(yùn)動(dòng)，尤其適合適用于點(diǎn)對一點(diǎn)，因?yàn)樗能壽E規(guī)劃金額較小的計(jì)算，平滑度和連續(xù)性，零速度和加速度，并在最初的功能和有界區(qū)間 [12]終點(diǎn)。它的運(yùn)動(dòng)曲線可以描述為 [13]： 那么它的第一和第二導(dǎo)數(shù)可以表示為： 而 是常規(guī)時(shí)間， 圖 4顯示了彎的擺線針輪運(yùn)動(dòng)和它的第一和第二衍生物在規(guī)范區(qū)間 (- 1,1)。從圖 4,它可以清楚地看出擺線針輪運(yùn)動(dòng)是平的 ;同時(shí) ,充分的速度和加速度運(yùn)動(dòng)和價(jià)值觀都是連 續(xù)的。 圖 4 擺線運(yùn)動(dòng)和第一及第二衍生物 開始和結(jié)束點(diǎn)的區(qū)間 0≤τ≤ 1足輕重。這證明了機(jī)器人末端執(zhí)行器的的運(yùn)動(dòng)機(jī)器人操作臂控制 不會(huì) 抖振 ， 所以它可以確保運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的機(jī)器人系統(tǒng)。 如屬聯(lián)名我，軌跡規(guī)劃和位置依賴定位最終效應(yīng)。 所以 ,第一步的獲取軌跡規(guī)劃是三維的描述目標(biāo)的空間小黃瓜。這描述是基于感官信息等機(jī)器視覺以及先驗(yàn)信息機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng) 學(xué)結(jié)構(gòu) 。 從目標(biāo)位置的機(jī)器人末端執(zhí)行器與逆 6 日運(yùn)動(dòng)學(xué) (0、 12、 13)。開始后關(guān)節(jié)角 qi(f)我問被紅牌罰下 ,通過從關(guān)節(jié)控制器的摘要 ,這個(gè)位置 ,速度 ,加速度方程的基礎(chǔ)上擺線針輪運(yùn)動(dòng)可以表達(dá)為 :開機(jī)后關(guān)節(jié)角度 )智商已經(jīng)從通過 線控制器的聯(lián)合，位置，速度，加速度方程的基礎(chǔ)上擺線運(yùn)動(dòng)可以表示為： 六．硬件和軟件設(shè)計(jì)的軌跡規(guī)劃基于 線 6 – 1. 接口電路的 線 控 制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ 一種先進(jìn)的串行通訊協(xié)議的分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。不同的設(shè)備，如處理器，傳感器和執(zhí)行器可以連接到 線通過雙絞線，可以互相溝通通過交換信息。最大傳輸速率可達(dá) 1在嘈雜的環(huán)境。和它利用載波感測多重存取及碰撞檢測（ 仲裁機(jī)制使其附著節(jié)點(diǎn)有訪問總線 [14黃瓜收獲機(jī)器人系統(tǒng)采用點(diǎn)多點(diǎn)的 上 位機(jī)和四個(gè)控制器是由聯(lián)合 數(shù)字信號(hào)處理器包含標(biāo)準(zhǔn) 制器和 發(fā)器。和一個(gè) 4 線接口的設(shè)計(jì)基于 線協(xié)議（ 它提供電源，接地和基礎(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)線（ 該接口的 。和上監(jiān)視電路板如圖 6所示。該的 用 1消息傳遞由 2 個(gè)字節(jié)的標(biāo)識(shí)符， 1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)長度和 8字節(jié)的數(shù)據(jù)。消息以時(shí)間為 10毫秒內(nèi)透光根據(jù)收獲的要求。 實(shí)際申請專利。 圖 5接口電路的 線 圖 6上監(jiān)視電路板 6 – 1. 軟件設(shè)計(jì)的軌跡規(guī)劃黃瓜采摘機(jī)器人 上部顯示器具有管理職能和監(jiān)理的機(jī)器人系統(tǒng)，黃瓜目標(biāo)位置和軌跡規(guī)劃。該方案設(shè)計(jì)采用了模塊化的構(gòu)想，是由幾個(gè)子程序。圖 7 說明過程為黃瓜收獲機(jī)器人軌跡規(guī)劃。它包括如 瓜目標(biāo)捕獲，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃。 圖 7 流程圖的軌跡規(guī)劃 七．實(shí)驗(yàn)和分析 為了驗(yàn)證彈道精度規(guī)劃算法和 驗(yàn)測量的實(shí)際位置的四個(gè)黃瓜收獲機(jī)器人的機(jī)械手的執(zhí)行關(guān)節(jié)與坐標(biāo)測量機(jī)（ 法魯技術(shù)白金 量臂法團(tuán)。作為世界上最 暢銷的便攜式測量臂，鉑 到 精度高達(dá) 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下： 1）設(shè)置最終 置： 700 200 668 通過利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，四個(gè)關(guān)節(jié)角度可以計(jì)算出來方程（ 6） ? （ 13）：θ 1 = θ 2 =，θ 3 =θ 4 =°。 2）對每一節(jié)理面與擺線軌 跡運(yùn)動(dòng)算法和發(fā)送郵件的計(jì)劃角通過 3）使用鉑 4）其他 9月底效應(yīng)，重復(fù)（ 1） ? （ 3）步的位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表 2。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四個(gè)關(guān)節(jié)角度的綜合誤差不超過四度。對實(shí)驗(yàn)誤差的可能原因是： （ 1）單關(guān)節(jié)控制精度為 0° ? 1 °，（ 2）機(jī)械結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，包括安裝和變形誤差 ;（ 3）最終沒有意識(shí)到效應(yīng)閉環(huán)位置控制。相應(yīng)的解決方案是：（ 1）添加一些補(bǔ)償算法，以提高單關(guān)節(jié)控制精度，（ 2）代替鋁用于 金制造的機(jī)械手，以減少機(jī)械誤差 ;（ 3）安裝在一 個(gè)小型攝像機(jī)最終效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制機(jī)械手。 表 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果對實(shí)際測量的位置機(jī)器人機(jī)械手的四個(gè)關(guān)節(jié) 理論值（度） 測量值（度） 八．結(jié)論 1)研究了果蔬采摘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的黃瓜機(jī)械手使用 D – 向運(yùn)動(dòng)學(xué) ,它提供了一個(gè)軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ) ,已經(jīng)解決了反變換技術(shù)。 2） 擺線運(yùn)動(dòng)，它的性質(zhì)連續(xù)性，計(jì)算量小，速度為零并在有界區(qū)間的港口加速，是建議，作為可行的方法進(jìn)行規(guī)劃，關(guān)節(jié)軌跡空間機(jī)器人的機(jī)械手。 3） 軟件和 線的硬件上位機(jī)之間的溝通和聯(lián)合控制器的設(shè)計(jì)。 4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,上面的顯示器 有四個(gè)共同控制器有效地溝通 摘要的 ,綜 合誤差四關(guān)節(jié)角均小 于四度。 承認(rèn)： 這項(xiàng)工作是支持國家自然科學(xué)中國基金（ 50575206）和國家高技術(shù)研究與發(fā)展（ 863）中國項(xiàng)目方案（ 2007 九．參考文獻(xiàn) 【 1】唐秀英，張鐵忠。 機(jī)器人吃水果和蔬菜收獲的綜述 ：機(jī)器人， 2005,27 （ 1）： 90 【 2】 E. 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It is of is on is to an a to a to of he of to in of is . is to is in to by of of of in to of in of is on to of it × 4 so of n be ,5]: a is of 0 is n = a× 0 is is of to -H to a of is ,7]: i is i is di is ai is of -H of -H of of of he a is to a of a is to ,9]. In to to be of so it be θ 2 + θ 3 +θ 4 = 0° 1), it be 3,4) of 4) 5) be 1 be 1, 4) 2, 4) of 4) 5) be be By 7): 7), θ 2, θ 3 be 5 in of is in to a of by to to as to be 0,11]. a of is to in of of of at of 2]. be 3]: be is T is a of in ). , it be is of ≤τ ≤ 1 of of t so it of i , on of of is of is on as as as of qi(f) of be of , 10, 12, 13). ) i q on be 6 of is an as be by up in a it D) as to to to 4 to of AN a 4is is . is . is 1a 0 ms to in of he of of is of of It of of n to of to of of As s is in .2 m .7 m of up as 1) of x = 700 200 668 By c