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

連桿式可調(diào)綠籬修剪機(jī),包括機(jī)架和修剪刀頭,所述移動(dòng)底盤車,旋轉(zhuǎn)電機(jī),轉(zhuǎn)動(dòng)平板以及連桿結(jié)構(gòu),所述機(jī)架設(shè)在移動(dòng)底盤車上,所述轉(zhuǎn)動(dòng)平板通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)在機(jī)架上,旋轉(zhuǎn)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)在機(jī)架上,所述連桿結(jié)構(gòu)懸空設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,通過上下兩個(gè)電機(jī)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(jiǎn)便,便于曲面造型綠籬修剪,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了修剪效率,保障了工人的安全性.

我國(guó)幅員遼闊,各省市之間交通多有不便,為了加快各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,我國(guó)從1988年開始著手建設(shè)高速公路。在高速公路的建設(shè)中,其中央隔離帶和邊坡的綠化成為不可或缺的一部分,起到恢復(fù)和改善因修建高速公路而破壞的沿線植被、自然景觀和穩(wěn)定路基邊坡的作用。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外綠籬修剪技術(shù)的研究對(duì)比,研發(fā)一種針對(duì)高速公路綠籬修剪的設(shè)備,對(duì)提高修剪工作效率,修剪工作質(zhì)量和減少勞動(dòng)強(qiáng)度均具有重大的意義。目前國(guó)內(nèi)廠家自主研發(fā)的高速公路綠籬修剪機(jī)多采用單臂修剪,雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn),但其修剪寬度不夠,故在作業(yè)過程中要進(jìn)行大量的重復(fù)工作,不能滿足率、的工作要求。本文所設(shè)計(jì)的車載式雙臂綠籬機(jī)采用長(zhǎng)、短臂相配合的修剪方式,能實(shí)現(xiàn)不同高度、不同寬度的動(dòng)作,可以一次性完成單側(cè)邊坡或中央綠籬帶的修剪工作。此外,在非工作狀態(tài)下,長(zhǎng)、短臂可以完全收回到車廂內(nèi),保障了行車安全。在上述車載式雙臂綠籬機(jī)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,參考各類液壓系統(tǒng),對(duì)綠籬機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；其次,根據(jù)所設(shè)計(jì)的車載式雙臂綠籬機(jī)液壓系統(tǒng)和綠籬機(jī)的工況要求,對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓元件進(jìn)行計(jì)算選型；后利用AMESim軟件對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真,為上述理論研究提供有力的依據(jù)；此外對(duì)綠籬機(jī)的加工和調(diào)試進(jìn)一步驗(yàn)證了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算的可行性。

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(guó)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(duì)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(duì)上述問題設(shè)計(jì)一款新型的高速公路綠籬修剪機(jī)器人,對(duì)修剪機(jī)械臂進(jìn)行正/逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,操作空間求解,剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模以及避障路徑規(guī)劃等研究.本課題源于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):51375519).本文主要研究?jī)?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(duì)象,養(yǎng)護(hù)功能以及實(shí)際情況等考慮,設(shè)計(jì)高速公路綠籬修剪機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu),分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作方式和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),構(gòu)建并研制實(shí)驗(yàn)樣機(jī).
(2)以設(shè)計(jì)的修剪機(jī)械臂為研究對(duì)象,通過D-H法創(chuàng)建其連桿簡(jiǎn)化模型,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(dòng)學(xué)解耦,推導(dǎo)各關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)和避障規(guī)劃研究作鋪墊.
(3)基于多體柔性動(dòng)力學(xué)理論,通過浮動(dòng)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?dòng)力學(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(dòng)力學(xué)對(duì)比仿真,研究柔性因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證建立剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(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(duì)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(shí)準(zhǔn)確避障問題,提出一種基于擾動(dòng)人工勢(shì)場(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)調(diào)節(jié)策略優(yōu)化勢(shì)場(chǎng)模型,建立斥力場(chǎng)擾動(dòng)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.

本實(shí)用新型涉及綠化帶修剪用設(shè)備,尤其是環(huán)保型車載式綠籬修剪機(jī).它包括基礎(chǔ)車,控制室,修剪機(jī)頭,吸納管,和集料箱,其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是,基礎(chǔ)車上固定有連接修剪機(jī)頭的支座,支座有水平轉(zhuǎn)臂支座和豎直轉(zhuǎn)臂支座,分別連接修剪平面綠籬的水平面修剪機(jī)頭和修剪豎直面綠籬的豎直面修剪機(jī)頭,修剪機(jī)頭與支座間連接有油缸,油缸調(diào)整修剪機(jī)頭的位置,支座,油缸,修剪機(jī)頭間采用銷軸連接,操控室安裝在靠基礎(chǔ)車駕駛室車廂前部,吸納管一端連接修剪機(jī)頭出料口,另一端與集料箱連接.該修剪機(jī)能夠同時(shí)修剪綠籬的頂面和側(cè)面,且能自動(dòng)收集清理修剪下的枝葉,修剪速度快,,且不污染環(huán)境.

本實(shí)用新型公開了車載式綠籬修剪機(jī),包括承載車,修剪機(jī),所述的修剪機(jī)包括底盤,立臂,配重,橫臂,修剪馬達(dá)和剪切刀架組合,刀頭油缸,橫臂支撐油缸,底盤與承載車后部連接,底盤內(nèi)設(shè)有液壓泵站和液壓控制總成,立臂與底盤連接,橫臂與立臂鉸接,橫臂支撐油缸底座與立臂連接,橫臂與橫臂支撐油缸的活塞外端鉸接,橫臂的一端與配重連接,橫臂的另一端設(shè)有連接件,所述連接件與剪切刀架組合中部鉸接,刀頭油缸的一端與橫臂的端部鉸接,另一端與剪切刀架組合的上殼體鉸接,內(nèi)橫臂與收縮油缸連接;剪切刀架組合中的修剪馬達(dá)與剪切刀架連接,刀頭油缸,收縮油缸,橫臂支撐油缸分別與液壓泵站和液壓控制總成相連,承載車駕駛室內(nèi)設(shè)有控制臺(tái)和監(jiān)視屏.