跟踪算法下的果树修剪机器人路径规划设计

以果树修剪机器人为研究对象,基于轨迹跟踪算法对修剪机器人进行作业路径规划,并分别与传统的往复式路径规划算法和跟踪算法进行仿真对比实验分析。分析结果表明:与传统往复式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程中漏剪率降低3%,重复率降低2.5%;与传统跟踪式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程转角范围增大36°,横向轨迹误差降低600mm。

灌木平茬机切割系统参数优化设计与验证

为分析圆盘锯式切割系统的切割机理,在Solidworks中建立单组圆盘锯及灌木枝条的简化模型,并在动力学分析软件ABAQUS中进行仿真分析,研究灌木切割过程中工作参数与圆锯片参数的关系。同时,以锯片转速、行进速度、枝径为影响因素,以锯切力为评价指标,对其影响的因素进行虚拟正交试验,并用Design Expert动态响应软件进行分析,得到响应面回归方程,得知当圆锯转速为2500r/min、前进速度为0.9m/s时平茬效果较好。用小型灌木平茬机上进行实地试验,结果表明破茬率和留茬高度均能满足农艺要求。

园林修剪机器人臂端刀具优化设计与稳态分析

我国园林绿化面积不断扩大,但园林修剪机设备目前处于半人工半自动化状态。为此,提出并设计了园林修剪机器人,并对园林修剪机器人末端执行机构刀具进行优化设计与稳态特性研究,最终达到设备稳定修剪的目的;阐述了园林修剪机器人末端中机构的结构、工作原理及操作方法;以多种组合刀具为研究对象,利用ANSYS有限元分析以及其Ls-Dyna有限元显式求解程序对多种组合修剪刀具进行静力学分析、模态分析及动力学仿真计算,构建出应力值与应变值、刀具齿数、刃口形状的关系模型;然后,进行齿数、刃口形状对刀具进行稳态特性优化,研究稳态性能,找出刀具最优组合。结果表明:最佳刀具组合为100齿双刃,其最大应力、最大应变值分别为5.3475×10^(6)Pa、2.6342×10^(-5)m/m,刀具共振频率为243Hz。切割动力学仿真分析表明:刀具在切割外径8mm的树枝时,刀具修剪能量变化均匀,对树枝修剪产生的切割力呈现有规律的曲线,最大切割力为498N。智能园林修剪机器人修剪试验结果表明:修剪刀具在不同的转速下进行园林修剪,呈现出良好的稳态特性,运行平稳,刀齿端磨损较少,无共振现象,达到了设计目标要求。

桃树机械疏花试验与分析

机械疏花是果园机械化生产的重要环节,而疏花机构的运行参数是影响疏花效果的关键因素。为此,采用正交试验方法,分析了单根疏花绳的材质、长度、直径和电机转速等因素的不同水平对冲击力和桃树疏花效果的影响,并通过试验结果的极差和方差分析得到疏花绳材质是影响冲击力的显著性因素,疏花绳直径既是影响冲击力和疏花率的首要因素也是显著性因素。研究表明:冲击力越大,疏花率越高,作业效果越好。进一步试验得到桃树疏花的最优参数组合:疏花绳材质为尼龙,直径为2mm,长度为50mm,电机转速为300r/min。

爬树修枝机械研究现状与发展趋势

修枝是提高木材质量的重要手段之一,但当前繁重的修枝工作仍以人工为主,存在机械化、自动化水平较低,成本较高等问题。因此,针对我国经济林资源和地形等特点,因地制宜开发先进适用的修枝装备具有重要意义。文章对我国大力发展爬树修枝机械的重要性、国内外修枝机械的发展现状进行阐述及对比,并提出现存的问题及展望。旨在促进爬树修枝机械的研究发展,提高木材质量与经济效益,改善我国林业产业中机艺融合不足、劳动强度高、机械化程度低等问题。

浅谈两栖式割草机提升装置的轻量化设计

为解决人工湿地机械收割困难的问题,研发一种能够在复杂地形下高效收割水生植物的湿地轻型两栖式割草机。为了进一步提升其效率,结合ANSYS Workbench对割草机的提升装置进行轻量化研究。研究结果表明,在满足要求的前提下,提升架质量下降了1.912 kg,下降率达到42.5%。同时,调整机构的质量也下降了0.657 kg,下降率为8.7%。这些改进措施使得割草机在复杂地形下的操作更加顺畅,为湿地生态环境的保护和管理提供了更可靠的技术支持。

基于ZigBee通信网络公园生态园林维护机械监测系统

在公园园林维护管理上,引入了无人化作业机械,并基于ZigBee通信,设计了无人机的远程监测网络,实现了园林维护机械的自主化作业和远程控制。为了验证监测方法的可行性,以无人割草机的远程监测和控制为例,搭建了一个小型的星型ZigBee通信网络,并对割草机的自主导航系统进行了远程干预,通过修正其行驶路线,有效提高了导航系统的精度,从而验证了监测方案的可靠性。

基于激光雷达的果园割草机避障方法研究

针对果园割草机在山地丘陵果园工作过程中面临障碍物阻碍前进路线的问题,设计了基于激光雷达的果园割草机避障方法。以激光雷达测距为基础,首先将矢量场直方图算法(VFH)改进阈值,确定割草机的可行进方向;当割草机遇到障碍物时,使用动态窗口法(DWA)进行避障,确保割草机行驶的安全性和高效性,两种算法的融合保证割草机完成避障作业。MatLab仿真和田间试验表明:所采用方法提高了割草机的运行效率,降低了割草机的漏割率,设计方法合理,满足割草机在山地丘陵果园的避障需求。

基于园林的修剪机器人结构优化研究

针对园林修剪机器人作业精度和自动化作业程度较低的问题,对修剪机器人进行了结构优化设计。园林修剪机器人的主要组成包括主控制器模块、机械臂模块、电机模块、电机驱动模块、传感器模块和供电模块。为了实现园林修剪机器人自主导航时避障和自适应转向的功能,在机器人上增加激光传感器,并对其控制性能进行分析;为了保证机器人的性能最优化,从结构出发对其进行动力学分析,确定机械臂的运动方程。为了验证园林修剪机器人的性能,对其进行转向性能测试和移动性能测试。试验结果表明:机器人能够成功识别障碍物并自适应转向,且具有良好的移动和作业性能。

林果业修剪机械的工作原理及存在问题分析

林果业修剪机械一般由动力源、驱动元件、增力机构、修剪刀片、控制部件组成。介绍了林果业修剪机械的主要性能指标,分析了典型林果业修剪机械的工作原理及其存在的问题,指出了林果业修剪机械研究的方向,包括改进配套动力源、采用新型驱动元件、分析剪切过程、研究树枝剪切力学性能、开发专用修剪机具。

圆锯式灌木切割试验装置设计与试验

为研究灌木切割机的工作机理和切割参数,设计了一种灌木切割试验装置。通过分析试验装置工作原理、灌木切割机理和灌木切削力,基于ADAMS进行灌木切割仿真,分析切割锯片位移、转动角速度和角加速度函数图像。利用单因素试验法以研制的试验装置进行灌木切割试验分析灌木切割最佳工作参数,得出灌木切割无漏割最佳工作参数,即进给速度600mm/s、切割速度1350r/min。

自走式割灌机翻转机构的设计与分析

基于目前人工灌木林收割设备少、生产率低的现状,设计了一种新型自走式割灌机。根据割灌机的设计要求,将翻转机构设计安装在行走机架上,利用四圆锯进行灌木切割作业。针对翻转机构结构强度,利用ANSYS软件对模型进行有限元静强度分析。翻转轴为承载翻转机构的关键部件,分析其结构强度,并且利用ADAMS对翻转机构进行运动模拟仿真。结果表明,翻转轴的受力强度在许用应力范围内,翻转结构满足强度设计要求。通过ADAMS的运动分析可知锯片可实现一定角度翻转和高度运动,翻转机构可实现0°~60°范围的角度翻转,圆锯片亦可以在垂直高度100~120 mm范围内工作。

谈国内外人工林抚育机械的现状及发展趋势

简要地介绍了国内外人工林的现状,对国内外人工林抚育机械的现状,即整地控坑机、割灌机、植树机和打枝机械的现状,进行了系统的分析与研究。并在总结现有人工林抚育机械发展不足的基础上,提出了人工林抚育机械的发展趋势。

沙生灌木平茬机切割器刃口曲线的设计

通过分析沙生灌木平茬机切割器的切割方式和运动规律,提出了用等滑切角曲线方程设计刃口曲线形状的方法,以30°和53°的滑切角为参数设计制造了割刀。室内外切割对比试验表明,等滑切角曲线刃口割刀的切割效果要优于直线刃口割刀的切割效果。

小径木刨切单板纤维化处理设备整机结构设计

为突破传统重组木木束单元偏大、纤维形态不规则、疏解程度不均匀的缺陷,研发了一种能生产较小木束单元的纤维化疏解设备。在对现有疏解设备结构形式及工作原理进行分析的基础上,确定了小径木刨切单板纤维化处理设备的主要技术参数,完成了小径木刨切单板纤维化处理设备的结构组成设计,对机架、疏解机构等进行了合理设计和布局安排,其中包括疏解辊直径、辊齿参数、辊齿配置及微调装置的设计。采用该设备生产的纤维化单板具有纵向纤维不断裂、粗细较均匀的特点,且纤维束的宽度基本分布在1-3 mm,以该纤维化单板为基本单元制成新型重组木,能够得到不同性能指标的产品。小径木刨切单板纤维化处理设备是生产新型重组木的重要设备之一,可为制备新型重组木产品提供优质的原材料。

沙生灌木平茬工艺及切割机理的分析

沙生灌木是沙区产业的主要原料,也是生态环境建设中栽植的优势树种。平茬作业是灌木抚育管理的主要手段之一,一般在3～5年生长期内需要进行平茬、复壮和自然更新,否则会生长缓慢或自然枯死。现有机械在作业方式上不适合灌木平茬作业要求,不是切不断,就是重复切割,造成切口撕裂,严重影响灌木萌生。所以,急待进行不同树种、不同直径、不同年份的灌木平茬工艺及切割机理的研究。

沙生灌木平茬机割刀参数的优化研究

针对沙生灌木在收割过程中出现的问题,用滑切角为53°的割刀进行室外切割对比试验,统计分析试验结果并建立回归方程。通过分析、优化圆盘曲线形割刀的参数,设计了一款圆盘割刀,经试验表明切割效果显著,可为相关装备设计提供借鉴。

林间作业环境内采育目标立木间株距的计算

为提高林木联合采育机的工作效率,减轻驾驶员的工作压力,采用基于二维激光扫描仪的非接触测量系统获取采育作业林地环境内的目标数据,运用基于腐蚀扩张和聚类原理的滤波算法过滤原始扫描数据的背景噪声,获取采育目标的位置和轮廓数据,并假设所有目标为标准圆,采用最小二乘法拟合目标直径,计算采育目标之间的株距。结果表明,采用以上方法的株距计算与人工测量结果相比,平均误差为197.52 mm,标准差为97.7 mm,相对误差小于2%。

遥控自动立木整枝机避让机构曲臂上摆运动仿真的研究

避让机构是自动立木整枝机切削机构上的一个重要装置。在树枝位于锯导板尖端部位时,树枝不宜切削,该装置能自动使切削机构避开该树枝,当整枝机螺旋上升一周,再到该树枝位置时,保证锯切结构能顺利地进行切削。本文研究遥控自动立木整枝机采用避让机构的必要性,对避让机构的曲臂上摆进行运动分析,并利用SimMechanics软件对该运动进行仿真。

自适应移动转向多功能园林修剪机械设计

为了提高园林修剪机械定位导航精度和自适应转向能力,提出了一种基于激光传感器的自适应移动转向导航系统,使园林修剪机械的导航系统具有了激光测距和障碍物特征扫描功能,大大提高了导航的精度和自动化程度。在自主导航路径规划和避障时,该套导航系统可以利用激光测距得到障碍物的实际距离,利用激光扫描得到的扫描亮度预测障碍物的尺寸,然后利用PC机的预设地图对修剪机当前位置进行预测和定位,并发出移动和转向控制指令,从而准确地实现导航功能。园林作业环境下试验发现,修剪机可以成功地对作业环境进行扫描,并通过自主避障和换行测试证明了激光传感器自适应移动和转向方法,对园林修剪机械的自主避障有着较好精确性和稳定性,达到了期望的要求。