【摘要】：在對(duì)工程機(jī)械、空間機(jī)器人等大型和復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),由于存在危險(xiǎn)性和花費(fèi)高等問題,在開發(fā)階段需要對(duì)關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在林木聯(lián)合采育機(jī)實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn):伐木頭對(duì)準(zhǔn)和捕獲立木的環(huán)節(jié)需要操作員做出大量的觀測(cè)判斷和反復(fù)對(duì)準(zhǔn),造成單位采伐周期內(nèi)的無功時(shí)間加長(zhǎng);同時(shí)機(jī)械臂的往復(fù)對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)和液壓缸不合理動(dòng)作軌跡,造成了系統(tǒng)的燃料損耗,增加了作業(yè)成本。本研究采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),對(duì)林木聯(lián)合采育機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與虛擬仿真系統(tǒng)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:1.分析了林木聯(lián)合采育機(jī)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,建立了機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,獲得伐木頭位姿變量、各關(guān)節(jié)變量與各液壓缸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,開展了機(jī)械臂路徑規(guī)劃的研究,使伐木頭沿給定的路徑以及基于激光測(cè)量數(shù)據(jù)自主完成立木的采伐作業(yè)。2.基于SoSolidWorks、Visual C++平臺(tái)和OpeenSceneGraph(OSG)三維圖形引擎開發(fā)了一套林木聯(lián)合采育機(jī)動(dòng)態(tài)虛擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)環(huán)境及其機(jī)械臂的數(shù)學(xué)模型,可輸入控制參數(shù)和指令,并實(shí)時(shí)顯示和保存運(yùn)動(dòng)信息。使用該系統(tǒng)驗(yàn)證了機(jī)械臂作業(yè)的路徑規(guī)劃與控制策略的有效性。3.將操作手柄、方向盤和腳踏板的多路控制信號(hào)經(jīng)CAN總線輸入林木聯(lián)合采育機(jī)的虛擬仿真模型,控制虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本研究是進(jìn)一步提升林木聯(lián)合采育機(jī)自動(dòng)化程度和降低作業(yè)成本的有效途徑,可為林木聯(lián)合采育機(jī)的批量制造和推向市場(chǎng)奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
【圖文】：

輕作業(yè)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。逡逑北京林業(yè)大學(xué)課題組己研制成功了國(guó)內(nèi)首臺(tái)多功能林木聯(lián)合采育機(jī)（郭秀麗，，逡逑２０１１），如圖１－１所示。但在林區(qū)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：林木聯(lián)合采育機(jī)的打枝、去皮、逡逑造材環(huán)節(jié)可快速完成，但伐木頭捕獲立木的環(huán)節(jié)由于視線被擋以及車底盤和機(jī)械臂的逡逑振動(dòng)，需要操作員做出大量觀測(cè)判斷和反復(fù)對(duì)準(zhǔn)，要求操作人員有豐富的采伐經(jīng)驗(yàn)，逡逑并且造成不必要的時(shí)間和燃料損耗，大大制約了林木聯(lián)合采育機(jī)推廣應(yīng)用（魏占國(guó)，逡逑２０１０）。亟待開展對(duì)駕駛員的技術(shù)培訓(xùn)，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式存在以下問題：（１）操作復(fù)逡逑雜，培訓(xùn)難度高：（２）對(duì)林木聯(lián)合采育機(jī)需要高昂的造價(jià)，成本高；（３）不能實(shí)時(shí)檢測(cè)逡逑駕駛員的訓(xùn)練水平；（４）浪費(fèi)林業(yè)資源（趙紅艷，２０１０）。逡逑■邋＿逡逑（對(duì)準(zhǔn)一？捕獲—米伐）一＞—？—＞邐（打枝＿＞？去皮 造材）逡逑圖１－】我國(guó)首臺(tái)林木聯(lián)合采育機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｆｉｒｓｔ邋Ｌｏｇｇｉｎｇ邋ｈａｒｖｅｓｔｅｒ逡逑機(jī)器人仿真方式以經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活方便為特點(diǎn)，常用于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、逡逑功能研宄、性能評(píng)估和運(yùn)行預(yù)測(cè)。隨著建模和仿真技術(shù)的發(fā)展

Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｆｏｒｅｓｔｒｙ邋ｔｒａｉｎｉｎｇ邋ｓｉｍｕｌａｔｏｒ邋ｏｆ邋ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ邋ｃｏｍｐａｎｙ逡逑北歐的林木聯(lián)合米育機(jī)技術(shù)發(fā)展以芬蘭Ｐｏｎｓｓｅ公司為代表。Ｐｏｎｓｓｅ公司也開發(fā)逡逑了林業(yè)訓(xùn)練模擬機(jī)，如圖１－５所示。ＰＯＮＳＳＥ模擬機(jī)提供了一個(gè)現(xiàn)代化的培訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)逡逑境，包括收割機(jī)和短材集運(yùn)機(jī)的操作和ＰＯＮＳＳＥ的Ｏｐｔｉ數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Ｐｏｎｓｓｅ，邋２０１６）。逡逑一個(gè)Ｐｏｎｓｓｅ模擬機(jī)可以讓學(xué)員體驗(yàn)到整個(gè)機(jī)器鏈的任何工作階段，可以通過顯示屏逡逑觀察伐木點(diǎn)周圍情況，也可以從不同的視角看周圍風(fēng)景。模擬機(jī)還提供可選設(shè)備，如逡逑三屏系統(tǒng)，校準(zhǔn)測(cè)量卡尺和ＳｉｍＴｒａｉｎｅｒ培訓(xùn)管理系統(tǒng)。逡逑Ｍｅｖｅａ公司致力于提供先進(jìn)的仿真方案、模型和仿真軟件，使用技術(shù)包括動(dòng)力學(xué)逡逑的實(shí)時(shí)控制仿真、多科技系統(tǒng)和虛擬工程，也會(huì)通過大屏幕、３Ｄ音效和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)增逡逑強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。Ｍｅｖｅａ公司研發(fā)的仿真器包括林木機(jī)械、采礦機(jī)械、起重機(jī)和建設(shè)機(jī)械，其逡逑中在２０１４年完成的林木機(jī)械模擬機(jī)版本
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP241;S776.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁常春;孫鵬飛;王耀兵;危清清;姜水清;;行星采樣柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[J];深空探測(cè)學(xué)報(bào);2015年01期

2 陰愛英;;基于線程并行計(jì)算的Apriori算法[J];西安科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

3 任秉銀;梁兆東;孔民秀;;機(jī)械手空間圓弧位姿軌跡規(guī)劃算法的實(shí)現(xiàn)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

4 徐璇;姜明新;黃靜;徐晶;李敏;;基于MFC的工程軟件界面設(shè)計(jì)[J];電子設(shè)計(jì)工程;2011年21期

5 謝宗武;孫奎;魏然;金明河;;空間機(jī)器人半實(shí)物仿真系統(tǒng)的研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2009年11期

6 蔣

本文編號(hào)：2623959