一种五自由度修剪机器人结构设计与分析

作者：桂林; 古劲; 张宾; 李传军; 陈度; 张亚伟^*

来源：中国农机化学报, 2023, 44(03): 191-198.

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2023.03.027

• 修剪机器人
• 运动学分析
• 有效空间
• 全域性能指标
• 有限元分析

为满足多样化景观绿篱修剪造型对修剪机器人工作空间、结构刚度和强度的需求，设计一种用于园林绿植的五自由度修剪机器人结构。首先采用D-H法对机器人进行建模与运动学分析，利用蒙特卡洛法得到机器人的工作空间；然后以球形绿篱为修剪目标，基于机器人有效空间体积比和速度全域性能指标，确定机器人臂架结构主要杆件的尺寸；最后对臂架结构进行有限元静力学和振动模态仿真分析。仿真结果表明：当大臂尺寸为800mm，小臂尺寸为900mm，腕臂尺寸为350mm时，该机器人垂直修剪作业范围为0～2 000mm，水平修剪作业范围为-1 300～1 300mm，工作空间可满足园林绿篱的修剪需求；臂架结构的最大等效应力为34.245MPa，最大变形为1.897 1mm，刚度和强度均满足技术指标的要求，且其固有频率可有效避开外界频率，避免共振现象。本研究为景观绿篱修剪机器人研制提供机械结构设计方法与方案，具有一定的应用价值。

• 单位
  天津中德应用技术大学; 中国农业大学