禽蛋捡拾并联机器人的设计与运动控制研究

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禽蛋产业在国民经济中占有重要的地位,是我国农业的支柱产业之一。禽蛋是我国居民生活中每天的必需品,是关系国计民生和社会稳定的重要农产品。同时,禽蛋还是很多行业非常重要的工业原料。中国的禽场养殖规模以中小型居多,不像欧美地区以大型养殖为主,并且养殖比较分散,难以集中形成规模,从而形成机械化及自动化生产也比较困难。国内中小型养鸡场大多是人工捡蛋,人工包装,这样既浪费时间又浪费劳动力。虽然大型养鸡场配备有流水线式的自动集蛋设备,但是自动集蛋设备也只是实现了半自动化。国外生产具有一整套自动化禽蛋生产设备和鲜蛋处理系统,但其设备价格比较昂贵,普及率比较低。随着农业高新科技的应用和推广,农业机器人已逐步进入到农业生产领域中。并联机器人以精度高、运动加速度大、动作周期短著称。并联机器人应用于禽蛋自动包装流水线,能够提高劳动生产率,降低人工成本,从而提高经济效益。但是,由于并联机器人需要确定捡拾目标的位置信息,一般需要使用机器视觉技术用于包装产品的定位,所以成本较高,控制较为复杂,既增加了机器视觉的成本,也加重了控制器的负荷,提高了控制系统的成本,致使整机成本高昂,影响了其推广应用。本文研究的是一种低成本禽蛋捡拾并联机器人,针对国内常用自动集蛋设备只实现半自动化的不足而设计,本设计实现了禽蛋从传送带到装盘的自动化过程。本设计的禽蛋捡拾并联机器人包括禽蛋运输装置、震动矫正装置、Delta并联机器人。禽蛋运输装置用于收集、存放和传送禽蛋;震动矫正装置用于使传送带上的禽蛋由无序布置状态变成有序布置状态;Delta并联机器人用于禽蛋的捡拾及装盘。文中详细讲述了并联机器人控制系统的设计与实现,包括控制系统的硬件组成、工作流程以及上位机、下位机程序编写与界面设计;详细阐述了末端执行器参数分析及末端路径规划,包括并联机器人禽蛋坐标定位方法、末端路径分析与追踪路线预估以及末端执行器提升舵机力矩分析及吸盘吸气压力分析,从而为舵机和气泵的选型提供依据;最后,进行了并联机器人的ADAMS-MATLAB联合仿真、取蛋-放蛋方案分析以及样机试验,获取了所需PID参数以及最优取蛋-放蛋方案。
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