基于拟人臂的猕猴桃采摘机械臂结构设计与试验

来源：中国农机化学报杂志2025年第11期北京时间：

作者：卢津, 刘浩, 王耀凤, 曹中基, 褚春年, 曹伯燕

单位：(1. 西安邮电大学，西安市，710121； 2. 陕西省西安市农机监理与推广总站，西安市，710065；3. 智秦(西安)科技产业发展有限公司，西安市，712000)

摘要：针对鲜食猕猴桃的机械化、自动化和智能化采摘需求，在分析猕猴桃棚架型种植模式与人工采摘果实动作行为特征的基础上，设计一种新型的拟人臂四自由度串联采摘机械臂。该机械臂主要由基座、立柱、大臂、小臂、腕部和连杆等构件组成，通过腰、肩、肘和腕4个关节的转动模拟人采摘果实的一连串动作。基于此，采用D—H法构建该四自由度串联采摘机械臂的运动学等效模型，建立采摘点空间坐标与4个关节转动角度的关系方程；同时，运用拉格朗日法建立对应的动力学模型，仿真分析该机械臂主要构件的运动与受力特性；最后开发双臂采摘原理样机。模拟试验表明，该机械臂的结构设计合理、工作空间符合果园要求且动力学特性有效平稳。实地采摘试验分析发现，左臂的采摘成功率达到83%，右臂达到92.6%，采摘周期约为6 s/个。

关键词：猕猴桃,采摘机械臂,拟人臂,运动学分析,动力学分析,拉格朗日法

基金资助：国家自然科学基金资助项目(62205271)；西安市农业重点产业链关键技术攻关项目(23NYGG0020)