申请/专利权人：江苏省农业科学院

申请日：2020-08-17

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN111758352B

主分类号：A01C11/02

分类号：A01C11/02;B25J11/00;B25J9/16;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2020.10.30#实质审查的生效;2020.10.13#公开

摘要：本发明提供一种移栽机器人执行机构的最优轨迹设计方法，其中所述移栽机器人包括：机架、两个二维平移并联机构、一个一维折叠机构和带式输送机构；其中，第一伺服电机设置在机架顶部，通过滚珠丝杠机构将两个二维平移并联机构定位在两个独立的Z‑X平面上；通过对移栽机器人的优化设计，使得移栽植物间隔均匀，有效提高大田移栽效率，节省人工和时间。

主权项：1.一种移栽机器人执行机构的最优轨迹设计方法，其特征在于，所述移栽机器人包括：机架（1）、两个二维平移并联机构（2）、一个一维折叠机构（3）和带式输送机构（4）；其中，第一伺服电机（5）设置在机架（1）顶部，通过滚珠丝杠机构（6）将两个二维平移并联机构（2）定位在两个独立的平面上；二维平移并联机构（2）包括固定板（10）、滚珠丝杠螺母（11）、伺服电机花键轴固定座（12）、外主动连杆（13）、内主动连杆（14）、外被动连杆（15）、内被动连杆（16）、移动平台（17）和三角连接架（18）；其中滚珠丝杠螺母（11）和伺服电机花键轴固定座（12）设置在固定板（10）上，滚珠丝杠螺母（11）的外侧位置开设有通孔；外主动连杆（13）的一端铰接在固定板（10），另一端铰接在三角连接架（18），内主动连杆（14）的一端铰接在固定板（10），另一端铰接在三角连接架（18），内被动连杆（16）一端铰接在三角连接架（18），另一端铰接在移动平台（17）的内侧区域，外被动连杆（15）一端铰接在三角连接架（18），另一端铰接在移动平台（17）的外侧区域，第二伺服电机（19）设置在第一伺服电机的下侧，第二伺服电机花键轴花键连接在伺服电机花键轴固定座（12）；导轨（7）穿过通孔；第一伺服电机（5）驱动丝杠螺纹连接在滚珠丝杠螺母（11）；一维折叠机构（3）包括多个矩形框架（20）、多个第一连杆（21）和多个第二连杆（22）以及多个抓取机构（23），其中抓取机构（23）设置在矩形框架（20）的底部；每个矩形框架（20）上设置有滑槽（24），第一连杆（21）和第二连杆（22）的中部铰接，第一连杆（21）的一端铰接在矩形框架（20）的底部，第二连杆（22）的一端铰接在相邻矩形框架（20）的底部；第一连杆（21）的另一端与相邻的第二连杆（22）的一端通过铰接轴铰接，铰接轴两侧设置有凸起（25），凸起（25）在矩形框架（20）的上部滑槽（24）内滑动；最外两侧的矩形框架（20）设置有安装板（26），安装板（26）与移动平台（17）固定连接；其中，将二维平移并联机构（2）的运动学模型的运动平台上P点相对于坐标系OXZ的位置矢量q如下： （1）其中，，，时，，时，，d是O和Ai之间的偏移距离，L1和L2是主动连杆和被动连杆的长度，和是主动连杆和被动连杆的速度，，，和是主动连杆和被动连杆的位置角，是主动和被动连杆之间的角度；主动角和通过式（1）可计算得到运动学方程式为： （2）其中，，；；设计参数与锐角的关系表示为： （3）通矩阵将并联机器人主动关节角速度向量与末端执行器的线速度向量联系起来，速度关系如下： （4）其中，；速度映射函数的形式为： （5）其中，，，转换矩阵为： ，抓取机构在Y方向的线速度与驱动双向滚珠丝杠的伺服电机的角速度有关，如下所示： （6）其中是抓取机构的线速度，是丝杠的角速度，是抓取机构经过的直线距离；对于二维平移并联装置，约束关系如下式所述： （7）其中δ是表示相对于机器人尺寸的期望工作空间的大小的因子；为了具有足够的空间用于将两个伺服电机安装在移栽机器人的机架上，需满足： （8）为了避免在整个工作空间中出现奇点并且在移栽机器人操作期间具有有利的力传递，运动学约束不等式约束为： （9） （10）在整体压缩性能指数η如下： （11）其中是全局操作性能指数，是条件，是的因子；和是k的函数，k是雅可比矩阵的条件数；1k为0.5≤1k≤1；因此，通过给定约束条件优化公式（11）获得移栽机器人的尺寸; （12）其中表示设计参数；选择五次多项式作为的抓取机构约束： （13）其中q0和qf是主动连杆的角位置或末端执行器的位移，t0和tf是移栽机器人在轨迹的开始和结束处的时间；运动定律的一般方程表示为： （14） （15） （16）其中ai=1、2、3、4、5是运动定律方程的系数；和分别是速度和加速度；在公式（13）中的规定约束下使用公式（14）、（15）、（16），公式化六个联立方程；解方程，得到运动定律方程的系数为： ，；定义满足最大加速度的给定约束的轨迹是，最大加速度通过求解二次方程式来求出: （17）。

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