针对双臂柔性机械手末端控制,考虑关节电机动态特性和模型参数的不确定性,提出一种非线性滑模控制方法。建立柔性机械手与关节电机的联合模型,并利用输出重定义的方法实现系统模型的解耦,并解决其非最小相位问题。重定义子系统和柔性模态子系统两部分。针对重定义子系统,设计一种非线性滑模控制器,可同时实现重定义输出变量和关节电机动态的鲁棒控制。推导出分解后的柔性模态在平衡点邻域的状态空间中的表达式,并基于李雅普诺夫稳定性理论,建立输出重定义系数与系统稳定性的约束关系,推导出双机械手末端位移的误差范围。仿真结果表明关节电机动态的影响不可忽略,所提方法可显著改善系统响应性能。

为提高果实自动采摘的效率,深入践行科技强农、智慧农业理念,以番茄采摘为例,根据番茄果实采摘流程功能需求与人体手臂结构特征,设计二轴采摘机械臂,并利用ANSYS Workbench软件对其进行结构优化。末端执行器设计为柔性气压驱动的机械手,在RobotStudio中对机械手进行建构,并对其运动姿态进行仿真设置,最后对番茄采摘机器人视觉系统的关键部件相机进行设置与程序控制,构建完成了一套自动识别番茄采摘机械手控制系统。

针对压力流体驱动的柔性机械手操作空间有限、支撑刚度不足等问题,提出一种由水液压驱动的新型扭转关节。通过有限元分析方法,对不同结构参数以及不同系统压力下关节的扭转变形特性进行了分析。基于Kriging代理模型混合优化算法获得扭转关节最大扭转角度对应的最佳结构参数组合,并对水液压扭转关节进行了试验研究。结果表明试验与仿真的关节扭转角随系统压力变化的趋势基本一致,当系统压力为0.6 MPa时,扭转关节达到最大扭转角度,约为40°,且试验与仿真结果误差低于2%。为扭转关节设计和驱动方式提供了新思路、新方法。

设计了一种以驱动位移控制进行夹取力控制的柔性机械手,基于有限元软件ABAQUS及动力学仿真软件ADAMS,建立了柔性机械手的动力学模型.以不同尺寸的草莓为夹取目标物,对柔性机械手夹取过程进行动力学仿真分析,得到了夹取力随驱动位移量的增加呈线性增加的变化规律,同时获得了驱动速度与瞬时接触夹取力的关系曲线.在此基础上,对柔性机械手样机进行实验分析,结果表明通过控制驱动位移量及速度进给,机械手能够实现对目标物草莓的无损夹取.该柔性机械手基于柔顺机构特性,无需复杂的传感反馈系统,即可实现对浆果类易损果实的快速抓取,为农业自动化收获机器人末端装置设计提供了一个新思路.