高大樹木修枝機控制系統(tǒng)設計與試驗研究.pdf

1、樹木修枝是森林撫育的主要措施，合理的修枝可以促進樹木的生長，提高樹木的通直度、抗彎強度及木材的韌性，增強上部光合作用，對樹木的生長、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，存在修枝質量差，勞動強度大，修枝高度達不到要求等問題。針對我國森林撫育面積廣、修枝作業(yè)量大、修枝工具差，特別是高空剪枝作業(yè)中，缺乏適用的樹木修枝裝備的現狀，研制一種新型高大樹木修枝機裝備及其控制系統(tǒng)。
　　本文主要進行高大樹木修枝機的控

2、制系統(tǒng)設計與試驗驗證。
　?。?）運用D·H參數法建立了機械臂的運動學模型，推導出正運動學方程，采用解析法求解其逆運動學模型，利用Matlab軟件進行運動學的數值計算；利用Solidworks軟件的三維模型，得到關節(jié)角與電動缸伸長量的對應關系，利用ADAMS軟件進行關節(jié)角度與電動缸伸長量對應關系的反向驗證；利用Matlab Robotics Toolbox進行機械臂正運動學和逆運動學的仿真與驗證；利用SimMechanics進行修

3、枝機操作空間的仿真與分析。
　?。?）研究修枝機控制硬件系統(tǒng)，確定控制硬件系統(tǒng)方案，修枝機控制系統(tǒng)采用RS-485總線通訊方式。修枝機控制硬件系統(tǒng)由工業(yè)平板電腦、攝像頭、升降臺系統(tǒng)硬件、回轉臺系統(tǒng)硬件、機械臂系統(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，實現視頻顯示和控制功能；攝像頭包括無線數字攝像頭和數字USB無線接收機，主要拍攝樹枝位置；升降臺系統(tǒng)硬件由RS-485繼電器組成，控制升降臺上升和下降；回轉臺系統(tǒng)硬件

4、由PWM信號發(fā)生器、步進電機半閉環(huán)編碼器和步進電機驅動器組成；機械臂系統(tǒng)硬件由伺服電機控制器組成；修枝鋸系統(tǒng)硬件由RS-485繼電器組成。
　?。?）設計修枝機控制方法，確定修枝機控制總體方案。主要包括：工業(yè)平板電腦人機交互界面設計、Modbus通訊協議介紹、控制系統(tǒng)初始化、回轉臺控制、伺服電動缸控制、修枝機械臂聯動控制和末端修枝鋸控制等。
　?。?）通過林間樣機試驗，驗證高大樹木修枝機控制系統(tǒng)的實際工作效果。通過工業(yè)平板電