2023年5月下南方论坛19SouthForum农业采摘机器人机械臂结构设计*张志红（晋中信息学院，山西晋中030801）摘要：【目的】农业采摘机器人是一种集机械、电子、传感、计算机于一体的多功能农业机械设备，被广泛应用于水果、蔬菜采摘领域。但其在对果实的识别和抓取方面仍存在很大的不足。【方法】机械臂是农业采摘机器人重要的组成部分之一，也是其主要执行机构。笔者根据机械臂结构特点与功能需求，设计了一种六自由度、关节运动灵活且可更换的采摘机器人机械臂，该机械臂通过控制系统调节3个平动关节在工作空间中的位置和角度，从而获得末端执行器能够完成采摘任务所需的最小工作空间，通过六自由度变换得出6个关节在工作空间中坐标系之间运动轨迹关系。该机械臂由视觉模块、驱动模块及控制模块构成。基于D-H参数法对采摘机器人机械臂进行运动学分析，并进行仿真验证。【结果】该机械臂具有较好的定位精度，能够满足农业采摘机器人对果实的抓取要求。关键词：机械臂；结构设计；采摘机器人；动力学建模中图分类号：TP242；S225文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.005当前工业机器人已经实现了一定程度的自动化，而农业采摘机器人作为一种新型机械装置还处在研发阶段。在农业机器人中，机械臂是关键技术之一。国内外学者针对不同工作环境和作业对象对农业采摘机器人进行了研究与开发。如美国、加拿大等国的学者针对水果、蔬菜等农产品提出了以视觉传感器为基础的农产品自动识别系统；而我国学者针对水果、蔬菜等农产品生产机械化需要，研制了农业机械臂进行作业。基于此，课题组认为，针对农业采摘机器人，应积极进行结构优化并开发高效节能技术。1机械臂机构原理1.1农业采摘机器人机械臂的运动求解农业采摘机器人机械臂的动力学分析包括两部分，分别为机械臂的正运动学分析、机械臂的逆运动学分析。而对机械臂的运动学分析目标来说，农业采摘机器人机械臂的运动求解就是为了能够获得机械臂的正、逆动力学运动结论[1]。在机械臂的正、逆动力学运动中，农业采摘机器人机械臂关节空间与农业采摘机器人的工作空间之间存在着一定的非线性映射关系，这种关系与机器人的末端执行器位姿密切相关，农业采摘机器人机械臂关节空间与机械臂工作空间的运动学关系如图1所示。1.2农业采摘机器人机械臂的运动学数学建模机械臂的运动轨迹是由关节空间轨迹插值求得的。即通过对空间中6个关节的坐标系进行变换，使其映射到工作空间的直角坐标系中，然...
