基于ProE和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析

本科生毕业论文（设计）

题目: 基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析姓名:

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指导教师: 职称: 教授

2013 年5 月20 日

南京农业大学教务处制

目录

摘要 (2)

关键词 (2)

Abstract (2)

Keywords (2)

1 引言 (4)

1.1 选题的背景 (4)

1.1.1 本课题的研究意义及概况 (4)

1.1.2 采摘机械手应用前景 (4)

1.2 课题的研究内容及方法 (5)

1.2.1 课题的研究内容 (5)

1.2.2 课题的研究思路 (5)

2 苹果采摘机械手的建模 (6)

2.1 苹果的生长特性介绍 (6)

2.2 苹果采摘机械手方案的选择 (6)

2.2.1 第一种方案的分析 (6)

2.2.2 第二种方案的分析 (7)

2.2.3 第三种方案的分析 (8)

2.2.4 第四种方案的分析 (9)

2.2.5 确定本课题方案 (10)

2.3 机械手结构的设计 (11)

2.3.1 三维建模软件 (11)

2.3.2 创建装配体 (12)

2.4 传动机构的结构简图及分析 (13)

3 机械手的仿真分析 (15)

3.1 仿真分析软件介绍 (15)

3.2 模型导入及建立约束 (15)

3.2.1 模型的导入 (15)

3.2.2 实体质量属性的添加 (16)

3.2.3 模型约束的建立 (16)

3.3 机械手的仿真 (17)

3.4 仿真结果的后处理 (17)

3.4.1 绘制仿真曲线及进行优化分析 (17)

3.4.2 产生仿真结果的动画AVI文件 (19)

4 结论 (20)

4.1 主要工作及成果 (20)

4.2 展望 (20)

致谢 (21)

参考文献: (22)

基于Pro/E和ADAMS的苹果采摘机械手的仿真分析

摘要：本文介绍了国内外农业机器人的发展概况和采摘机械手的应用前景。通过对多种不同结构机械手的优缺点分析，提出了一种结构简单、操作方便的机械手结构。利用三维建模软件Pro/Engineer进行机械手各零部件的设计，并将其组装成一个完整的机械手。将机械手装配图导入仿真分析软件ADAMS中进行机械手的仿真。运用求解器模块Adams/Solver进行机械手的静力学、运动学和动力学运算。利用后处理模块Adams /Postprocessor进行仿真视频和各种数据曲线的输出。通过对仿真结果的分析，对苹果采摘机械手的研究方向提出了展望。

关键词：机械手； Pro/E；三维建模； ADAMS；仿真；

Simulation of Apple Picking Manipulator based on Pro/E and

ADAMS

Abstract: This paper introduced the overview of the development of agricultural robots and the prospect of picking manipulat. By comparing the structure of different robots, analyzing the advantages and disadvantages, a kind of manipulat has been put forward which has a simple structure is easily operated. All the parts of the robot manipulat were designed, assembled with the help of Pro / Engineer. After leading the assembling drawing into the simulation software of ADAMS, the simulation was made through Adams/View. The statics, kinematics, dynamics computation were carried out with Adams / Solver. The simulation videos Curve Data of simulation were obtained with the help of Adams / Postprocessor. By analyzing the results of the simulation, the prospect of apple picking manipulat research was given.

Keywords:manipulator;Pro/E; M-3DM; ADAMS; simulation

1 引言

1.1 选题的背景

1.1.1 本课题的研究意义及概况

果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行，其费用约占成本的50%~70%，并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。

21 世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要时期。随着农业生产的规模化、多样化和精确化，农业生产作业要求逐渐提高，许多作业项目（如蔬菜和水果的挑选与采摘、蔬菜的嫁接等）都是劳动密集型工作，再加上时令的要求，保证作业质量成为关键问题；同时，工业生产发展迅速，农业劳动力将逐渐向社会其他产业转移；随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高，这样大大降低了产品的市场竞争力[1]。

国外农业机器人发展迅速。自1983年第1台西红柿采摘机器人在美国问世以来，采摘机器人的研制和开发得到了快速发展(如图1所示)。法国、荷兰等国家相继立项研究了采摘苹果、柑橘、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。日本近年在收获机器人的研究方面进展很快，目前已经研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器人，但技术不太成熟，还没有真正实现商业化。我国在农业机器人领域的研究始于20世纪90年代中期，上海交通大学机器人研究所的曹其新、刘成良等人完成了智能化联合收割机样机的研制。南京农业大学沈明霞和浙江工业大学张立斌等人正在进行农业机器人视觉方面的研究。2001年，张瑞合等运用双目立体视觉的方法研究了番茄收获中果实的精确定位问题。采摘机器人是未来智能农业机械化的发展方向，具有广阔的应用前景[2]。

图1 水果采摘机器人图2 番茄采摘机械手结构简图

1.1.2 采摘机械手应用前景

机械手又称操作机,是指具有和人手臂相似的动作功能,并使工作对象能在空间内