新型綠籬修剪機,它包括:車體;底盤回轉(zhuǎn)裝置,其包括底盤和底盤驅(qū)動機構(gòu),底盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在車體上;靜臂支承,其一端安裝在底盤上;靜臂,其鉸接在靜臂支承的另一端上;舉升動力件,其設(shè)置在靜臂與靜臂支承之間,并用于驅(qū)動靜臂支承在靜臂上繞鉸接處旋轉(zhuǎn);動臂,其一端套設(shè)在靜臂上,并可相對于靜臂滑動;伸縮動力件,其設(shè)置在靜臂與動臂之間,并用于驅(qū)動動臂相對于靜臂滑動;刀頭組件,其安裝在動臂的另一端.本發(fā)明能同時實現(xiàn)高位綠籬修剪,水平綠籬修剪與低位綠籬修剪三種修剪工況,修剪范圍更大,轉(zhuǎn)換工況速度快,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,自動化程度高,工作,修剪工況多樣化,適用范圍廣.

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(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.

本實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.它包括基礎(chǔ)車,控制室,修剪機頭,吸納管,和集料箱,其結(jié)構(gòu)要點是,基礎(chǔ)車上固定有連接修剪機頭的支座,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頭和修剪豎直面綠籬的豎直面修剪機頭,修剪機頭與支座間連接有油缸,油缸調(diào)整修剪機頭的位置,支座,油缸,修剪機頭間采用銷軸連接,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頭出料口,另一端與集料箱連接.該修剪機能夠同時修剪綠籬的頂面和側(cè)面,且能自動收集清理修剪下的枝葉,修剪速度快,,且不污染環(huán)境.