高大樹(shù)木修枝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、樹(shù)木修枝是森林撫育的主要措施，合理的修枝可以促進(jìn)樹(shù)木的生長(zhǎng)，提高樹(shù)木的通直度、抗彎強(qiáng)度及木材的韌性，增強(qiáng)上部光合作用，對(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)、成材有著非常積極的意義。傳統(tǒng)的修枝工具有手鋸、砍刀等，都比較落后，存在修枝質(zhì)量差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，修枝高度達(dá)不到要求等問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)森林撫育面積廣、修枝作業(yè)量大、修枝工具差，特別是高空剪枝作業(yè)中，缺乏適用的樹(shù)木修枝裝備的現(xiàn)狀，研制一種新型高大樹(shù)木修枝機(jī)裝備及其控制系統(tǒng)。
　　本文主要進(jìn)行高大樹(shù)木修枝機(jī)的控

2、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　（1）運(yùn)用D·H參數(shù)法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)出正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，采用解析法求解其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，利用Matlab軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)值計(jì)算；利用Solidworks軟件的三維模型，得到關(guān)節(jié)角與電動(dòng)缸伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用ADAMS軟件進(jìn)行關(guān)節(jié)角度與電動(dòng)缸伸長(zhǎng)量對(duì)應(yīng)關(guān)系的反向驗(yàn)證；利用Matlab Robotics Toolbox進(jìn)行機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真與驗(yàn)證；利用SimMechanics進(jìn)行修

3、枝機(jī)操作空間的仿真與分析。
　?。?）研究修枝機(jī)控制硬件系統(tǒng)，確定控制硬件系統(tǒng)方案，修枝機(jī)控制系統(tǒng)采用RS-485總線(xiàn)通訊方式。修枝機(jī)控制硬件系統(tǒng)由工業(yè)平板電腦、攝像頭、升降臺(tái)系統(tǒng)硬件、回轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)硬件、機(jī)械臂系統(tǒng)硬件和修枝鋸系統(tǒng)硬件等組成。工業(yè)平板電腦是核心控制部件，實(shí)現(xiàn)視頻顯示和控制功能；攝像頭包括無(wú)線(xiàn)數(shù)字?jǐn)z像頭和數(shù)字USB無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，主要拍攝樹(shù)枝位置；升降臺(tái)系統(tǒng)硬件由RS-485繼電器組成，控制升降臺(tái)上升和下降；回轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)硬件

4、由PWM信號(hào)發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)半閉環(huán)編碼器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成；機(jī)械臂系統(tǒng)硬件由伺服電機(jī)控制器組成；修枝鋸系統(tǒng)硬件由RS-485繼電器組成。
　?。?）設(shè)計(jì)修枝機(jī)控制方法，確定修枝機(jī)控制總體方案。主要包括：工業(yè)平板電腦人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、Modbus通訊協(xié)議介紹、控制系統(tǒng)初始化、回轉(zhuǎn)臺(tái)控制、伺服電動(dòng)缸控制、修枝機(jī)械臂聯(lián)動(dòng)控制和末端修枝鋸控制等。
　　（4）通過(guò)林間樣機(jī)試驗(yàn)，驗(yàn)證高大樹(shù)木修枝機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際工作效果。通過(guò)工業(yè)平板電