自行式綠籬修剪機,旨在提供一種完全機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.

針對綠籬修剪機的發(fā)展現(xiàn)狀,設(shè)計開發(fā)了一種小型自走式綠籬修剪機,包括動力系統(tǒng)設(shè)計和行走裝置設(shè)計、修剪裝置設(shè)計,并且利用三維建模軟件建立了移動式綠籬修剪機的三維模型.所設(shè)計的移動式綠籬修剪機在所查閱的文獻中尚未發(fā)現(xiàn)有相同機型的報道,屬原創(chuàng)型產(chǎn)品.相比現(xiàn)在小型綠籬修剪機以手持式為主的狀況,該綠籬修剪機能夠有效降低綠籬修剪的勞動強度,提高修剪質(zhì)量,有比較廣闊的市場前景.

氣動剪枝機的工作原理 氣動剪枝機的組成.氣動剪枝機主要包括動力源(空氣壓縮機),氣動修剪工具和氣動附件(氣管,氣接頭)等3部分.空氣壓縮機按照動力來源可分為交流電機,汽油機及柴油機等驅(qū)動.按行走方式可分為手推式,機動式及拖拉機懸掛式等.氣動修剪工具包括氣動剪,氣動綠籬機及氣動油鋸等.常用的是氣動剪.氣動剪是氣動剪枝機的主要配套作業(yè)工具.它包括氣動低枝剪和氣動高枝剪.有的氣動低枝剪安裝上可伸縮的加長桿后可作為高枝剪使用.

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.

隨著綠化面積的大大增加,單純靠人工修剪綠籬已逐漸不能滿足需求,并且人工修剪效率低下,危險性高,環(huán)保性差。該文設(shè)計的電動綠籬修剪機以驅(qū)動車裝載綠籬修剪機的形式進行修剪作業(yè),由手機APP進行遠程操作。從機器整體設(shè)計要求入手,進行驅(qū)動車以及綠籬修剪機的機械設(shè)計,加工制造驅(qū)動車及綠籬修剪機水平、垂直方向的調(diào)節(jié)機構(gòu),選配驅(qū)動電機、推桿電機、刀具旋轉(zhuǎn)電機、導(dǎo)軌、電動千斤頂?shù)?完成電控設(shè)計及整機軟件編寫。

基于公路養(yǎng)護設(shè)備的自動化控制要求,根據(jù)車載式綠籬修剪機的工作參數(shù)及性能指標(biāo),提出一種利用無線遙控技術(shù)對其進行智能化控制的技術(shù)方案,介紹控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與硬件組成.通過對試驗樣機的實際測試,該遙控系統(tǒng)可通過便攜式控制器實現(xiàn)工作裝置的動作控制,減輕操作人員的勞動強度.對存在的控制精度不足及可靠性問題進行分析,并提出改進措施.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)過改進也可用于其他設(shè)備的控制.