上海高速公路绿篱割灌机绿篱修剪机加工定制
自行式绿篱修剪机,旨在提供一种完全机械化修剪高速公路绿篱的设备,所采取的技术方案是:在基础车上设有:水平剪,竖直剪,液压油箱,液压动力机构和操作室,竖直剪有竖直剪升降套,竖直剪升降梁,竖直剪水平伸缩套,竖直剪水平伸缩梁,并在其上设有竖直剪水平伸缩油缸,水平剪设有:水平剪升降套,水平剪升降梁两者之间设有水平剪升降油缸,竖直剪及水平剪上均设有刀片,在水平剪升降套上设有回转机构,水平剪和竖直剪均安装在基础车上,并与液压动力机构,液压油箱,操作室相联.它主要适用于高速公路绿篱枝条的整形修饰.
全自动液压式绿篱修剪机,它包括固定板;固定板的后侧通过活动连杆和调距丝杆Ⅱ与车架连接;固定板的前侧通过卡槽与底座后端的卡舌卡接;底座的前端通过转轴与伸缩臂的后端相互转动连接;伸缩臂的前端通过关节Ⅰ,Ⅱ与支架的后端连接;支架的中部和前端分别设有与纵向,横向锯片传动连接的齿轮油泵Ⅰ,Ⅱ;齿轮油泵Ⅰ,Ⅱ分别通过管路与泵站相互连通.固定板可通过调节丝杆来调整固定板的角度;伸缩臂通过关节Ⅰ,Ⅱ与支架连接,支架可根据需要进行横向和纵向的调整,适合修剪不同类型的绿篱植物;齿轮油泵Ⅰ,Ⅱ可在滑道上滑动连接,从而可调整纵向,横向锯片的位移距离,达到对绿篱植物的标准化修剪,适合微距调整.
目前园林修剪机多使用人工操作,存在自动化程度和效率低,修剪不得当等问题.采用视觉识别进行智能信息采集,可以使修剪机智能作业,并且对刀具进行了合理设计,通过有限元分析,找到了刀具工作中受力薄弱部分,以减轻磨损,提高刀具使用寿命.
高速公路不仅是交通运输业的一部分,也是""发展战略的核心.如今,我国的高速公路总里程已达13.1万公里,,用于绿化环境,防止眩光,保障安全的绿篱隔离带在高速公路中处处可见.为了达到良好的绿化指标,需要对其进行定期的养护修剪.传统的高速公路绿篱修剪设备存在智能化程度低,修剪稳定性弱,功能多样性差等问题,针对上述问题设计一款新型的高速公路绿篱修剪机器人,对修剪机械臂进行正/逆运动学分析,操作空间求解,刚柔耦合动力学建模以及避障路径规划等研究.本课题源于国家自然科学基金资助项目(项目编号:51375519).本文主要研究内容如下:
(1)根据绿篱隔离带的绿化指标和修剪机器人的技术要求,规划与建立高速公路绿篱修剪机器人的总体布局,从修剪对象,养护功能以及实际情况等考虑,设计高速公路绿篱修剪机器人的本体结构,分析驱动系统的工作方式和控制系统的设计要求,完成驱动系统与控制系统的设计,构建并研制实验样机.
(2)以设计的修剪机械臂为研究对象,通过D-H法创建其连杆简化模型,进行运动学正解,求得修剪机械臂的末端刀具位姿方程,采用反变换法进行修剪机械臂逆运动学解耦,推导各关节角运动表达式,基于Monte Carlo法求解修剪机械臂操作空间,通过MATLAB进行操作空间的数值仿真,验证运动学模型的正确性和修剪机械臂结构的合理性,为后续动力学和避障规划研究作铺垫.
(3)基于多体柔性动力学理论,通过浮动系法建立柔性修剪机械臂系统坐标系,根据假设模态法描述臂杆弹性变形量,采用Lagrange法及虚功原理推导修剪机械臂刚柔耦合动力学方程,在ADAMS仿真软件中进行修剪机械臂刚性和柔性的动力学对比仿真,研究柔性因素对系统动力学特性的影响,进一步验证建立刚柔耦合动力学模型的必要性,为以后控制和结构优化研究提供理论依据.
(4)针对非结构环境下高速公路绿篱修剪机器人手臂实时准确避障问题,提出一种基于扰动人工势场法(PAPF)的避障路径规划解决方法.根据绿篱隔离带与障碍物分布情况,构建包络障碍物简化模型,分析机械臂与障碍物的碰撞条件,求解机械臂在修剪过程中的避碰空间.引入斥力场调节策略优化势场模型,建立斥力场扰动机制调整斥力影响方式,消除传统算法中局部极小点和目标不可达等现象.在避碰空间应用PAPF算法进行路径规划仿真,仿真结果表明,机械臂跳出局部极小点,灵活顺利避障,成功抵达目标点,验证了该方法的有效性和可行性.
随着绿化面积的大大增加,单纯靠人工修剪绿篱已逐渐不能满足需求,并且人工修剪效率低下,危险性高,环保性差。该文设计的电动绿篱修剪机以驱动车装载绿篱修剪机的形式进行修剪作业,由手机APP进行远程操作。从机器整体设计要求入手,进行驱动车以及绿篱修剪机的机械设计,加工制造驱动车及绿篱修剪机水平、垂直方向的调节机构,选配驱动电机、推杆电机、刀具旋转电机、导轨、电动千斤顶等,完成电控设计及整机软件编写。
基于公路养护设备的自动化控制要求,根据车载式绿篱修剪机的工作参数及性能指标,提出一种利用无线遥控技术对其进行智能化控制的技术方案,介绍控制系统的结构原理与硬件组成.通过对试验样机的实际测试,该遥控系统可通过便携式控制器实现工作装置的动作控制,减轻操作人员的劳动强度.对存在的控制精度不足及可靠性问题进行分析,并提出改进措施.系统结构简单,经过改进也可用于其他设备的控制.
