Design and Control of a Novel Six-Degree-of-Freedom Hybrid Robotic Arm

要約

ロボット アームは果物収穫ロボットの重要なコンポーネントです。
農業環境では、従来のシリアルまたはパラレルのロボットアームでは、広い作業スペース、素早い動き、障害物回避能力の強化、および手頃な価格に対する要求を満たすことができないことがよくあります。
この研究では、並列機構と直列機構の利点を組み合わせた、新しいハイブリッド 6 自由度 (DoF) ロボット アームを提案します。
ヨガからインスピレーションを得て、1 つのレールに沿って独立して移動でき、2 つの足として機能する 2 つのスライダーを設計しました。
これらのスライダーはリンケージと噛み合ったギアセットで相互接続されており、パラレルメカニズムがそれ自体を降下させ、分割して障害物の下を通過できるようにします。
このユニークな機能により、アームは温室によく見られるパイプ、テーブル、梁などの障害物を回避できます。
直列に取り付けられたジョイントと統合された特許取得済みのハイブリッド アームは、モバイル プラットフォームとともに移動する場合でも先端の姿勢を維持することができ、動的な状況でも最適な姿勢で果物を摘むことが容易になります。
さらに、ハイブリッド アームの作業スペースは大幅に大きくなり、UR3 シリアル アームの体積のほぼ 3 倍、ABB IRB パラレル アームの体積の 14 倍になります。
実験の結果、2 つのスライダーとアーム端の再現性誤差はそれぞれ 0.017 mm、0.03 mm、0.109 mm であり、農業用ロボットとしては十分な精度が得られることがわかりました。

要約(オリジナル)

Robotic arms are key components in fruit-harvesting robots. In agricultural settings, conventional serial or parallel robotic arms often fall short in meeting the demands for a large workspace, rapid movement, enhanced capability of obstacle avoidance and affordability. This study proposes a novel hybrid six-degree-of-freedom (DoF) robotic arm that combines the advantages of parallel and serial mechanisms. Inspired by yoga, we designed two sliders capable of moving independently along a single rail, acting as two feet. These sliders are interconnected with linkages and a meshed-gear set, allowing the parallel mechanism to lower itself and perform a split to pass under obstacles. This unique feature allows the arm to avoid obstacles such as pipes, tables and beams typically found in greenhouses. Integrated with serially mounted joints, the patented hybrid arm is able to maintain the end’s pose even when it moves with a mobile platform, facilitating fruit picking with the optimal pose in dynamic conditions. Moreover, the hybrid arm’s workspace is substantially larger, being almost three times the volume of UR3 serial arms and fourteen times that of the ABB IRB parallel arms. Experiments show that the repeatability errors are 0.017 mm, 0.03 mm and 0.109 mm for the two sliders and the arm’s end, respectively, providing sufficient precision for agricultural robots.

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