連桿式可調(diào)綠籬修剪機,包括機架和修剪刀頭,所述移動底盤車,旋轉(zhuǎn)電機,轉(zhuǎn)動平板以及連桿結(jié)構(gòu),所述機架設(shè)在移動底盤車上,所述轉(zhuǎn)動平板通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動的設(shè)在機架上,旋轉(zhuǎn)電機可驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的設(shè)在機架上,所述連桿結(jié)構(gòu)懸空設(shè)在轉(zhuǎn)動平板下部,修剪刀頭設(shè)在連桿結(jié)構(gòu)上.該連桿式可調(diào)綠籬修剪機結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,通過上下兩個電機即可完成距離的設(shè)定和所需要綠籬修剪半徑調(diào)整,調(diào)節(jié)簡便,便于曲面造型綠籬修剪,降低了勞動強度,提高了修剪效率,保障了工人的安全性.

目前園林修剪機多使用人工操作,存在自動化程度和效率低,修剪不得當(dāng)?shù)葐栴}.采用視覺識別進行智能信息采集,可以使修剪機智能作業(yè),并且對刀具進行了合理設(shè)計,通過有限元分析,找到了刀具工作中受力薄弱部分,以減輕磨損,提高刀具使用壽命.

高速公路不僅是交通運輸業(yè)的一部分,也是""發(fā)展戰(zhàn)略的核心.如今,我國的高速公路總里程已達13.1萬公里,全球,用于綠化環(huán)境,防止眩光,保障安全的綠籬隔離帶在高速公路中處處可見.為了達到良好的綠化指標(biāo),需要對其進行定期的養(yǎng)護修剪.傳統(tǒng)的高速公路綠籬修剪設(shè)備存在智能化程度低,修剪穩(wěn)定性弱,功能多樣性差等問題,針對上述問題設(shè)計一款新型的高速公路綠籬修剪機器人,對修剪機械臂進行正/逆運動學(xué)分析,操作空間求解,剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)建模以及避障路徑規(guī)劃等研究.本課題源于國家自然科學(xué)基金資助項目(項目編號:51375519).本文主要研究內(nèi)容如下:
(1)根據(jù)綠籬隔離帶的綠化指標(biāo)和修剪機器人的技術(shù)要求,規(guī)劃與建立高速公路綠籬修剪機器人的總體布局,從修剪對象,養(yǎng)護功能以及實際情況等考慮,設(shè)計高速公路綠籬修剪機器人的本體結(jié)構(gòu),分析驅(qū)動系統(tǒng)的工作方式和控制系統(tǒng)的設(shè)計要求,完成驅(qū)動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計,構(gòu)建并研制實驗樣機.
(2)以設(shè)計的修剪機械臂為研究對象,通過D-H法創(chuàng)建其連桿簡化模型,進行運動學(xué)正解,求得修剪機械臂的末端刀具位姿方程,采用反變換法進行修剪機械臂逆運動學(xué)解耦,推導(dǎo)各關(guān)節(jié)角運動表達式,基于Monte Carlo法求解修剪機械臂操作空間,通過MATLAB進行操作空間的數(shù)值仿真,驗證運動學(xué)模型的正確性和修剪機械臂結(jié)構(gòu)的合理性,為后續(xù)動力學(xué)和避障規(guī)劃研究作鋪墊.
(3)基于多體柔性動力學(xué)理論,通過浮動系法建立柔性修剪機械臂系統(tǒng)坐標(biāo)系,根據(jù)假設(shè)模態(tài)法描述臂桿彈性變形量,采用Lagrange法及虛功原理推導(dǎo)修剪機械臂剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)方程,在ADAMS仿真軟件中進行修剪機械臂剛性和柔性的動力學(xué)對比仿真,研究柔性因素對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響,進一步驗證建立剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型的必要性,為以后控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究提供理論依據(jù).
(4)針對非結(jié)構(gòu)環(huán)境下高速公路綠籬修剪機器人手臂實時準(zhǔn)確避障問題,提出一種基于擾動人工勢場法(PAPF)的避障路徑規(guī)劃解決方法.根據(jù)綠籬隔離帶與障礙物分布情況,構(gòu)建包絡(luò)障礙物簡化模型,分析機械臂與障礙物的碰撞條件,求解機械臂在修剪過程中的避碰空間.引入斥力場調(diào)節(jié)策略優(yōu)化勢場模型,建立斥力場擾動機制調(diào)整斥力影響方式,消除傳統(tǒng)算法中局部極小點和目標(biāo)不可達等現(xiàn)象.在避碰空間應(yīng)用PAPF算法進行路徑規(guī)劃仿真,仿真結(jié)果表明,機械臂跳出局部極小點,靈活順利避障,成功抵達目標(biāo)點,驗證了該方法的有效性和可行性.