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伐根清理机器人设计理论与应用技术的研究

刘晋浩  
【摘要】: 本文就机器人技术在森工伐区迹地上清理伐根的设计理论及应用技术进行了详细的研究,并系统深入地介绍了我国首次研制的新型智能伐根清理机器人系统的总体结构设计与计算理论。 在对国内外典型伐根清理机械的设计理论及其技术研究的基础上,结合伐根清理机器人的应用特点,提出伐根清理机器人系统的结构设计原则及机构形式综合原则。研制开发了单片机控制、在伐区迹地上行走自如,同时具有对伐根进行铣切、扭转、提拔、收集等多功能、6自由度的伐根清理机器人。 针对我国的主要林区—大兴安岭林区的土壤、伐根进行了大量调查,整理与分析得出大兴安岭林区土壤、伐根径级、根系幅度、入土深度的分布规律。根据所清除的对象——伐根的生长环境、物理化学特性提出了伐根清理机器人的旋切理论。 根据机器人结构和控制的要求,对伐根清理机器人的运动学和动力学进行分析,推导出伐根清理机器人运动学方程,并对机械手的速度进行了研究,给出了该机器人速度雅可比矩阵和末端移动时有效速度的经验公式。同时建立了该机器人系统机械手的动力学简化模型。为确定伐根清理机器人机械手末端的空间位置和该机器人的结构、驱动控制提供理论依据。 论述了伐根清理机器人液压系统的设计思想与原则。采用电液比例阀来保证机械手平稳变速,提高了该机器人的工作可靠性。采用合流技术,提高机器人的作业效率。 对伐根清理机器人稳定性进行分析与参数试验的测试,确定出了该机器人的工作空间。经过稳定性计算,得出了该机器人在山地作业时的最大坡度为13°。同时证得根据最优平衡指标选取的配重是正确的。对伐根清理机器人的14项性能技术参数进行了全面的试验测试,得知;伐根清理机器人具有较强的伐区迹地通过能力和伐根清理作业时对环境的适应性、安全可靠、清理效果好。该机器人的各项性能和技术指标都达到了伐根清理机器人设计理论的要求。


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