全自動(dòng)液壓式綠籬修剪機(jī),它包括固定板;固定板的后側(cè)通過(guò)活動(dòng)連桿和調(diào)距絲桿Ⅱ與車架連接;固定板的前側(cè)通過(guò)卡槽與底座后端的卡舌卡接;底座的前端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與伸縮臂的后端相互轉(zhuǎn)動(dòng)連接;伸縮臂的前端通過(guò)關(guān)節(jié)Ⅰ,Ⅱ與支架的后端連接;支架的中部和前端分別設(shè)有與縱向,橫向鋸片傳動(dòng)連接的齒輪油泵Ⅰ,Ⅱ;齒輪油泵Ⅰ,Ⅱ分別通過(guò)管路與泵站相互連通.固定板可通過(guò)調(diào)節(jié)絲桿來(lái)調(diào)整固定板的角度;伸縮臂通過(guò)關(guān)節(jié)Ⅰ,Ⅱ與支架連接,支架可根據(jù)需要進(jìn)行橫向和縱向的調(diào)整,適合修剪不同類型的綠籬植物;齒輪油泵Ⅰ,Ⅱ可在滑道上滑動(dòng)連接,從而可調(diào)整縱向,橫向鋸片的位移距離,達(dá)到對(duì)綠籬植物的標(biāo)準(zhǔn)化修剪,適合微距調(diào)整.

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(wàn)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(jiàn).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(wèn)題,針對(duì)上述問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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.