Diseño y prueba de un robot recolector de manzanas de cuatro brazos y múltiples articulaciones basado en un análisis de singularidad
Autores: Lei, Xiaojie; Liu, Jizhan; Jiang, Houkang; Xu, Baocheng; Jin, Yucheng; Gao, Jianan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño y prueba de un robot recolector de manzanas de cuatro brazos y múltiples articulaciones basado en un análisis de singularidad
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Brazos multiarticulados
Problema de singularidad
Robot de cosecha
Distribución espacial
Cinemática inversa
Tasa de éxito
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
El uso de brazos multiarticulados en un entorno de alta velocidad de husillo puede resolver problemas complejos, pero el problema de singularidad del manipulador relacionado con la estructura del manipulador serial es prominente. Por lo tanto, basándose en el modelo matemático general de distribución espacial de frutas en huertos de manzanos de alta velocidad de husillo, este estudio propone dos esquemas de arquitectura de sistema de cosecha que pueden cumplir con las restricciones de distribución espacial de frutas y reducir la singularidad de la operación del robot cosechador, que son el esquema de movimiento independiente de dos módulos de cuatro brazos (Esquema A) y el esquema de movimiento paralelo de un módulo de cuatro brazos (Esquema B). Basándose en el método de articulación de enlaces, se obtiene la expresión analítica de la configuración singular del sistema de grupo de brazos con grado de libertad redundante bajo los dos esquemas. Luego, se proponen el método de solución de cinemática inversa del grupo de brazos redundante y la estrategia de planificación de trayectoria de recolección de evasión de singularidad para realizar el juicio y la solución de la configuración singular en el entorno de trabajo complejo del alto husillo. La tasa de singularidad del Esquema A en el entorno de simulación es del 17,098%, y la tasa de singularidad del Esquema B es solo del 6,74%. En el experimento de campo, la tasa de singularidad del Esquema A es del 26,18%, mientras que la tasa de singularidad del Esquema B es del 13,22%. La tasa de éxito de los Esquemas A y B es del 80,49% y del 72,33%, respectivamente. A través de la comparación y análisis experimentales, el Esquema B es más prominente en la resolución de problemas singulares pero aún necesita mejorar la tasa de éxito en futuras investigaciones. Este documento puede proporcionar una referencia para resolver los problemas singulares en el entorno de trabajo complejo de los husillos altos.
Descripción
El uso de brazos multiarticulados en un entorno de alta velocidad de husillo puede resolver problemas complejos, pero el problema de singularidad del manipulador relacionado con la estructura del manipulador serial es prominente. Por lo tanto, basándose en el modelo matemático general de distribución espacial de frutas en huertos de manzanos de alta velocidad de husillo, este estudio propone dos esquemas de arquitectura de sistema de cosecha que pueden cumplir con las restricciones de distribución espacial de frutas y reducir la singularidad de la operación del robot cosechador, que son el esquema de movimiento independiente de dos módulos de cuatro brazos (Esquema A) y el esquema de movimiento paralelo de un módulo de cuatro brazos (Esquema B). Basándose en el método de articulación de enlaces, se obtiene la expresión analítica de la configuración singular del sistema de grupo de brazos con grado de libertad redundante bajo los dos esquemas. Luego, se proponen el método de solución de cinemática inversa del grupo de brazos redundante y la estrategia de planificación de trayectoria de recolección de evasión de singularidad para realizar el juicio y la solución de la configuración singular en el entorno de trabajo complejo del alto husillo. La tasa de singularidad del Esquema A en el entorno de simulación es del 17,098%, y la tasa de singularidad del Esquema B es solo del 6,74%. En el experimento de campo, la tasa de singularidad del Esquema A es del 26,18%, mientras que la tasa de singularidad del Esquema B es del 13,22%. La tasa de éxito de los Esquemas A y B es del 80,49% y del 72,33%, respectivamente. A través de la comparación y análisis experimentales, el Esquema B es más prominente en la resolución de problemas singulares pero aún necesita mejorar la tasa de éxito en futuras investigaciones. Este documento puede proporcionar una referencia para resolver los problemas singulares en el entorno de trabajo complejo de los husillos altos.