自行式綠籬修剪機(jī),旨在提供一種完全機(jī)械化修剪高速公路綠籬的設(shè)備,所采取的技術(shù)方案是:在基礎(chǔ)車上設(shè)有:水平剪,豎直剪,液壓油箱,液壓動力機(jī)構(gòu)和操作室,豎直剪有豎直剪升降套,豎直剪升降梁,豎直剪水平伸縮套,豎直剪水平伸縮梁,并在其上設(shè)有豎直剪水平伸縮油缸,水平剪設(shè)有:水平剪升降套,水平剪升降梁兩者之間設(shè)有水平剪升降油缸,豎直剪及水平剪上均設(shè)有刀片,在水平剪升降套上設(shè)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),水平剪和豎直剪均安裝在基礎(chǔ)車上,并與液壓動力機(jī)構(gòu),液壓油箱,操作室相聯(lián).它主要適用于高速公路綠籬枝條的整形修飾.

現(xiàn)代文明離不開,美化城鎮(zhèn)居民生活區(qū)環(huán)境是的重要環(huán)節(jié),以往城鎮(zhèn)環(huán)境中植物修剪維護(hù)保養(yǎng)具有強(qiáng)度大,勞動效率低,修剪效果不理想等諸多問題,為了減輕勞動人員工作強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,保障修剪效果,設(shè)計一種能進(jìn)行自動修剪綠籬的全自動機(jī)器,服務(wù)于城鎮(zhèn)建設(shè)是非常必要的,本設(shè)計方案利用計算機(jī)自動控制技術(shù)及新型機(jī)械機(jī)構(gòu),很好地完成了綠籬修剪機(jī)的方案設(shè)計.

高速公路不僅是交通運(yùn)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(dá)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(dá)到良好的綠化指標(biāo),需要對其進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)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(jī)器人,對修剪機(jī)械臂進(jìn)行正/逆運(yùn)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(xiàng)目(項(xiàng)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(jī)器人的技術(shù)要求,規(guī)劃與建立高速公路綠籬修剪機(jī)器人的總體布局,從修剪對象,養(yǎng)護(hù)功能以及實(shí)際情況等考慮,設(shè)計高速公路綠籬修剪機(jī)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(shí)驗(yàn)樣機(jī).
(2)以設(shè)計的修剪機(jī)械臂為研究對象,通過D-H法創(chuàng)建其連桿簡化模型,進(jìn)行運(yùn)動學(xué)正解,求得修剪機(jī)械臂的末端刀具位姿方程,采用反變換法進(jìn)行修剪機(jī)械臂逆運(yùn)動學(xué)解耦,推導(dǎo)各關(guān)節(jié)角運(yùn)動表達(dá)式,基于Monte Carlo法求解修剪機(jī)械臂操作空間,通過MATLAB進(jìn)行操作空間的數(shù)值仿真,驗(yàn)證運(yùn)動學(xué)模型的正確性和修剪機(jī)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(jī)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(jī)械臂剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)方程,在ADAMS仿真軟件中進(jìn)行修剪機(jī)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(jìn)一步驗(yàn)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(jī)器人手臂實(shí)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(jī)械臂與障礙物的碰撞條件,求解機(jī)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(jī)制調(diào)整斥力影響方式,消除傳統(tǒng)算法中局部極小點(diǎn)和目標(biāo)不可達(dá)等現(xiàn)象.在避碰空間應(yīng)用PAPF算法進(jìn)行路徑規(guī)劃仿真,仿真結(jié)果表明,機(jī)械臂跳出局部極小點(diǎn),靈活順利避障,成功抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn),驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性.