产品名称 |
高速公路绿篱机,绿篱修剪机,全自动割草机,边坡剪草机 |
面向地区 |
全国 |
动力类型 |
气动 |
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,全球,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.
针对车载绿篱修剪机难以在公园道路自动行走的问题,在视觉系统的基础上,提出一种初始点Hough变换算法,可用于指导小型车辆在公园道路的自动化导航,从而实现公园绿篱修剪的机械化和智能化.算法主要包括五部分:目标区域的截取,HSI彩色空间的转换,S分量图的二值化及形态学处理,导航点的求取与导航线的拟合.为了减少图像的计算量和干扰,只截取拍摄图像的部分区域作为目标区域;为了减少光照不均匀的影响,将RGB图像转换为HSI图像,并提取S分量图作为研究对象;采用Otsu法二值化S分量图,并采用形态学处理填充二值图像的孔洞;针对传统的Hough变换计算量大的缺点,提出一种初始点Hough变换拟合导航路径.试验结果表明,该文提出的初始点Hough变换具有较高的性,实时性的优点.
本实用新型涉及绿化带修剪用设备,尤其是环保型车载式绿篱修剪机.它包括基础车,控制室,修剪机头,吸纳管,和集料箱,其结构要点是,基础车上固定有连接修剪机头的支座,支座有水平转臂支座和竖直转臂支座,分别连接修剪平面绿篱的水平面修剪机头和修剪竖直面绿篱的竖直面修剪机头,修剪机头与支座间连接有油缸,油缸调整修剪机头的位置,支座,油缸,修剪机头间采用销轴连接,操控室安装在靠基础车驾驶室车厢前部,吸纳管一端连接修剪机头出料口,另一端与集料箱连接.该修剪机能够同时修剪绿篱的顶面和侧面,且能自动收集清理修剪下的枝叶,修剪速度快,,且不污染环境.
