基于视觉识别的智能绿篱修剪机的设计与仿真分析

针对现有绿篱修剪机立体造型时,修剪一致性差,自动化程度不高问题,设计了一款基于视觉识别的智能绿篱修剪机。根据使用功能对整机进行结构设计,并通过Ansys-Workbench对关键结构进行有限元分析和自由模态下的振动分析,得到位移和应力云图,以及各阶模态下的频率,验证了设计的合理性;对上部传动机构电机轴进行疲劳分析,保证其使用寿命和安全性;最后,通过HSV模型和PnP测距算法,完成对视觉识别模块的设计,进而完成整体方案。

绿篱修剪机的刀具设计及其锯切仿真分析

针对绿篱修剪机的刀具进行结构设计和选材,并基于ANSYS Workbench/LS-DYNA对所设计的刀具即圆盘刀片锯切枝条的过程进行显式动态仿真研究。建立了合理的圆盘刀片锯切枝条系统的几何模型和有限元模型;通过恰当选择材料模型及材料参数,合理控制计算仿真进程,完成了圆盘刀片锯切枝条的仿真研究。仿真结果表明,设计的刀具满足使用要求。

重型绿篱修剪机刀具的可靠性提升策略

重型绿篱修剪机刀具的性能直接关系到绿篱修剪的效率、质量以及操作人员安全。提高刀具的可靠性是保障生产效益和降低维修成本的关键举措。刀具可靠性受多种因素的影响,包括材料选择、制造工艺、使用环境和维护等。为解决刀具可靠性的问题,需要关注刀具选材、设计、使用和维护等关键因素。研究结果表明,通过对刀具材料的优化选择和定期维护保养,可以延长刀具的使用寿命、提升刀具可靠性、降低刀具维护成本。

全自动定位巡航绿篱修剪机器人开发

为提高高速公路中央隔离带绿篱修剪的效率和安全性,实现特色造型修剪,满足人们对美的需求,针对高速公路中央隔离带绿篱的全自动、个性化修剪,研究设计一种能够实现全自动定位巡航修剪的机器人。机器人由行走机构、执行机构、刀具系统、集群控制系统组成。为保证巡航定位精度,采用定制的具有户外行驶和应对复杂环境的能力的全向车作为行走机构;采用四轴机器人作为执行机构,保证修剪的重复定位精度和刀具系统的负载需求;以圆盘锯为切割单元,通过锯齿形刀架结构排布,减少了修剪过程中的刀具卡顿现象;以高速液压马达为切割动力,兼具速度与扭矩优势,配合多楔带的动力传输,传动效率高,切割效果良好;采用自主研发的工业服务企业消息总线(GRIMI.ESB)打通行走机构、执行机构、刀具动力控制系统之间的通信障碍,实现上位机对所有设备的集群控制。经过多年的技术积累,目前机器人样机已经形成,正在进行产品化升级,并在广西多条高速公路进行了应用示范,使用效果良好,填补了国内绿篱全自动、个性化修剪领域的空白。

高速公路绿篱修剪机器人刀具切削试验与分析

针对高速公路中央分隔带机械化修剪趋势,提出一种从树枝劈裂率描述切削效果,切屑能耗描述切削效率的绿篱修剪圆盘刀具切削效果评价数学模型。基于数学模型搭建一体化刀具测试平台,以多因素正交试验法试验枝条直径、刀具转速、进给速度在不同参数下对峰值功率和劈裂率影响程度,通过Design-Expert 13验算实验数据,得到在刀具转速3000 r/min,进给速度3 km/h,输出功率691 W的组合下,绿篱20 mm枝干修剪效率及效果最优。试验数据应用于实际修剪作业,效果良好。

果园绿篱修剪机械手路径规划算法研究

为提高规划效率,缩短路径长度,保证绿篱修剪机械手的平稳进行,提出了一种基于引力思想和目标偏移概率的快速搜索随机树算法(a-bRRT^(*)),将目标偏转概率和引力思想引入渐近最优快速搜索随机树RRT^(*)算法中,可以兼顾规划效率和路径长度。比较基于目标偏移概率快速搜索随机树(bias-RRT)、RRT^(*)和a-bRRT^(*)算法,结果表明:在修剪树篱顶面时,a-bRRT^(*)算法较bias-RRT算法的路径长度缩短66.32%,规划时间较RRT^(*)降低44.19%;修剪树篱侧面时,a-bRRT^(*)算法较bias-RRT算法的路径长度缩短67.17%,规划时间比RRT^(*)算法降低73.87%。仿真表明:提出的a-bRRT^(*)算法大幅提高了搜索效率,缩短了路径长度。

移动式绿篱修剪机设计

针对绿篱修剪机的发展现状,设计开发了一种小型自走式绿篱修剪机,包括动力系统设计和行走装置设计、修剪装置设计,并且利用三维建模软件建立了移动式绿篱修剪机的三维模型。所设计的移动式绿篱修剪机在所查阅的文献中尚未发现有相同机型的报道,属原创型产品。相比现在小型绿篱修剪机以手持式为主的状况,该绿篱修剪机能够有效降低绿篱修剪的劳动强度,提高修剪质量,有比较广阔的市场前景。

手推式绿篱修剪机的设计

针对园林绿地绿篱修剪中存在的不足,设计开发一种手推式绿篱修剪机,根据使用功能提出了手推式绿篱修剪机的结构方案与总体尺寸,接着采用机械设计的方法设计出了手推式绿篱修剪机的主要零部件,之后,应用软件对手推式绿篱修剪机进行了三维建模,并对其中的关键部件作了静力学分析,在此基础上优化了该部件结构尺寸,最后,指出了手推式绿篱修剪机的应用情况。

车载式绿篱修剪机的设计与仿真

利用三维建模软件Pro/E对车载式绿篱修剪机进行了总体设计,建立了绿篱修剪机的实体模型。分别利用仿真软件ADAMS和ANSYS对绿篱修剪机的工作装置进行运动学和动力学仿真,得到了其作业范围等运动学参数以及刀盘结构的振动特性,为车载式绿篱修剪机整机设计的合理性提供了依据。

电动遥控绿篱修剪机的设计

随着绿化面积的大大增加,单纯靠人工修剪绿篱已逐渐不能满足需求,并且人工修剪效率低下,危险性高,环保性差。该文设计的电动绿篱修剪机以驱动车装载绿篱修剪机的形式进行修剪作业,由手机APP进行远程操作。从机器整体设计要求入手,进行驱动车以及绿篱修剪机的机械设计,加工制造驱动车及绿篱修剪机水平、垂直方向的调节机构,选配驱动电机、推杆电机、刀具旋转电机、导轨、电动千斤顶等,完成电控设计及整机软件编写。

绿篱修剪高速无刷电机水冷系统分析与试验

为了解决将外转高速无刷电机作为绿篱修剪刀头动力元件时难以散热的问题,建立了电机水冷系统的CFD固液耦合仿真模型。分别对四圆孔、八圆孔及四扇形冷却水道结构方案的电机水冷系统进行分析,获取电机的三维稳态温度场与冷却系统压力损失。采用电机试验台对电机进行测试,分别得出电机在有水冷系统和无水冷系统时的极限工况电机温升特性曲线,结果表明:四扇形水道的水冷系统能够对外转高速无刷电机进行有效冷却,电机在输出功率为2 513.1 W的稳态运行温度为114.2℃,满足绿篱修剪作业工况要求。

绿篱修剪机控制系统硬件在环仿真平台的开发及其应用

为研究一种能够对绿篱树木进行自动化修剪整形的绿篱修剪机,基于Virtual Universe Pro虚拟仿真平台软件建立修剪机的虚拟结构模型及其虚拟动作模型,以研华USB475数据板卡为"桥梁"的数据接口,依托Virtual Universe Pro内部虚拟控制器将内部动作模型与外部数据输入进行耦合,以实现实际修剪机控制器与虚拟机构模型的数据驱动及数据反馈接收。融入实际的控制器,在实际控制器控制下进行绿篱修剪机虚拟模型的仿真。基于控制器在环的绿篱修剪机械手控制系统仿真测试及实验结果表明,控制器与虚拟模型间能进行正确耦合,实际控制器能够稳定可靠地实现对绿篱修剪机自动化造型修剪的控制功能,仿真模拟的场景与现实情况接近。

基于Atmega168绿篱修剪机器人的设计

设计了一种基于Atmega168单片机控制系统的园林绿篱修剪机器人,以步进电机为核心的执行级控制系统,描述了修剪机器人的硬件和软件设计方法及过程。在软件设计上,采用模块化子程序的思想,详细明确地划分逻辑功能模块,提供统一控制参数,对绿篱修剪机器人机械臂上的步进电机参数进行了分析。通过实验分析表明,所设计的控制系统能达到修剪执行的要求,对不同关节位置的参数调整能够实现不同高度及位置的修剪,通过对路径的设定能够实现自动化控制修剪,具有一定的应用价值。

软轴绿篱修剪机的研制

在手持式修剪机基础上研制开发软轴修剪机 ,该修剪机分为背负和机具两大部分 ,采用软轴传动 ,扩大了修剪范围 ,降低了劳动强度 。

双面绿篱修剪装置有限元分析与优化设计

建立了该装置的三维几何模型,HyperWorks有限元模型。运用HyperWorks软件对绿篱修剪装置进行多种工况下的有限元静态分析和自由模态下的振动分析,得到位移和应力云图,以及各阶模态下的振幅、频率和振型,验证设计的合理性。根据有限元分析结果,对绿篱修剪装置进行尺寸优化,并对优化后的修剪装置进行验证分析。结果表明:在满足强度、刚度指标且不发生共振的前提下,绿篱修剪装置减重11.6%,实现了轻量化设计。

波浪式绿篱修剪机升降机构的设计与运动仿真

对自走波浪式绿篱修剪机升降机构进行了仿真分析。升降机构是由顶枝修剪升降机构和侧枝修剪升降机构组成。在工作过程中,为了使侧枝修剪机构的运动轨迹与整机的运动轨迹平行,侧枝修剪升降机构的角度和高度应是固定的。顶枝修剪升降机构由偏心轮驱动,其运动轨迹是正弦函数曲线,因此在绿篱表面形成了波浪形曲面。

高速公路绿篱修剪机运动学仿真分析

设计了一款结构简单、功能优越的高速公路绿篱修剪机。重点介绍利用ADAMS软件对修剪机进行运动学仿真,获得相关的运动参数,并校核了修剪机运动干涉和"死点"问题。结果表明:修剪机的运动参数符合所设计的功能要求。

公路绿篱修剪机结构有限元分析与优化设计

利用ANSYS软件对公路绿篱修剪机进行结构有限元分析,得到了典型工况的应力分布。然后利用结构优化导重法进行以提高结构强度和减轻自重为目标的优化设计。优化后使修剪机结构重量由原来的520.55 kg下降到392.36 kg,降重24.63%;结构最大应力由原来的221.07 MPa下降到142.443 MPa,最大应力下降77.627 MPa,收到了明显优化效果。

基于APF的绿篱修剪机器人避障应用研究

随着人们对美好环境的需求愈来愈高,使得环境绿化愈加重要,而绿篱是环境绿化的重要方式之一。绿篱修剪仅靠人工进行效率低,绿篱修剪机器人则可以提高工作效率,提升绿篱养护质量。绿篱修剪机器人在进行修剪作业时需要进行实时避障,避障所用的算法较多,其中的传统人工势场法(Artificial Potential Field以下简称APF)是一种被广泛应用的算法,具有计算简单快速,能实时避障的特点,但由于其存在行避障局部极小值,导致绿篱修剪机器人无法顺利到达目标位置进行修剪作业。通过对APF避障失败原因分析,在此基础上用粒子群算法对APF算法进行优化,分析所产生的障碍物是否影响绿篱修剪机器人到达目标点,找出产生影响的障碍物,在相应的障碍物位置处增加外部扰动使绿篱修剪机器人逃出局部极小值点,最低到达目标位置进行修剪作业。通过设计的仿真实验平台对改进后的算法进行仿真实验,并与传统APF仿真实验结果进行对比,验证了该算法的正确性和有效性。

基于蒙特卡洛法的绿篱修剪机工作空间分析

基于传统车载式绿篱修剪机技术设计多自由度回转型绿篱修剪机,不仅可以完成常规横面、侧面的绿篱修剪,还可实现球形、锥形等曲面造型的修剪,功能上实现一机多用,且大大提高绿篱修剪效率。装置采用电机驱动,由6个自由度组成。首先,结构部分针对所要完成的技术指标以及各机构关节的主要功能进行设计分析;其次,对绿篱修剪机运动学以及逆运动学求解计算;最后,采用蒙特卡洛法对绿篱修剪机进行运动空间仿真分析,验证回转型绿篱修剪机是否可以完成特定修剪任务,衡量该机构的工作能力和可行性。