景观园林机械手数字化设计方法

目录 序言 前言 第1章 绪论 1 1.1 景观园林修剪的作业特点 1 1.1.1 景观园林人工修剪作业模式 1 1.1.2 景观园林机械化修剪作业模式 2 1.2 景观园林机械发展动态 2 1.2.1 景观园林机械的发展趋势 2 1.2.2 自动化修剪机国内外的研究现状 3 1.3 园林机械设计开发理论现状 6 1.3.1 虚拟样机技术 6 1.3.2 园林机械虚拟样机开发技术的现状 6 1.4 园林机械手的性能要求 8 1.4.1 工作范围要求 8 1.4.2 作业功能要求 9 1.4.3 工作载荷要求 10 1.5 园林机械手设计方案 13 1.5.1 园林机械手的总体方案 13 1.5.2 园林机械手基本组成 14 第2章 园林机械手复杂曲面的运动学分析与轨迹规划 16 2.1 园林机械手运动学问题概述 16 2.2 改进D-H方法 17 2.2.1 D-H方法介绍 17 2.2.2 改进的D-H方法连杆坐标系的描述 17 2.2.3 改进D-H方法的参数确定的齐次变换矩阵 18 2.3 园林机械手运动学方程的建立 19 2.3.1 园林机械手参数及其坐标系的建立 19 2.3.2 园林机械手正运动学方程 20 2.3.3 园林机械手逆运动学求解 23 2.4 园林机械手运动求解的MATLAB仿真分析 25 2.4.1 园林机械手MATLAB仿真模型 25 2.4.2 园林机械手运动学求解仿真 26 2.5 园林机械手修剪造型轨迹规划 30 2.5.1 轨迹规划概述 30 2.5.2 园林机械手空间分析 32 2.5.3 园林机械手笛卡儿空间轨迹规划 37 2.5.4 园林机械手各轴速度规划 44 2.6 基于MATLAB轨迹插补运算仿真 46 2.6.1 平面直线插补仿真 46 2.6.2 平面圆插补弧仿真 47 2.6.3 空间直线仿真 49 2.6.4 空间圆弧插补仿真 50 2.6.5 半球螺旋插补仿真 51 2.6.6 结果分析 52 第3章 园林机械手设计和仿真分析 53 3.1 园林机械手结构设计 53 3.1.1 刀具系统三维设计 53 3.1.2 升降机构的三维设计 53 3.1.3 伸缩机构的三维设计 54 3.1.4 过载保护机构的三维设计 55 3.1.5 机械手整机虚拟装配 56 3.2 基于ADAMS运动学和动力学仿真的原理 56 3.3 园林机械手造型运动轨迹仿真 57 3.3.1 基于ADAMS仿真环境的搭建 57 3.3.2 基于ADAMS运动学逆解仿真 58 3.3.3 基于ADAMS运动学正解仿真 61 3.4 园林机械手造型轨迹的动力学仿真 61 3.4.1 动力学仿真环境的设置 61 3.4.2 圆球轨迹动力学仿真 62 3.4.3 圆柱轨迹动力学仿真 64 3.4.4 圆锥轨迹动力学仿真 68 3.4.5 圆台造型动力学仿真 72 第4章 园林机械手关键零部件的有限元分析与优化 77 4.1 有限元分析原理 77 4.2 机械手底座有限元分析 77 4.2.1 机械手底座静力分析 77 4.2.2 机械手底座模态分析 80 4.2.3 机械手底座的优化 82 4.3 机械手手臂有限元分析 82 4.3.1 机械手手臂静力分析 82 4.3.2 机械手手臂模态分析 84 4.3.3 机械手手臂的优化 86 4.4 机械手刀架有限元分析 86 4.4.1 机械手刀架静力分析 86 4.4.2 机械手刀架模态分析 88 4.4.3 机械手刀架的优化 90 4.5 机械手本体有限元分析 91 4.5.1 机械手本体模型的建立与简化 91 4.5.2 机械手本体关键零部件模态分析与优化 92 第5章 园林机械手控制系统设计 95 5.1 机械手控制系统需求分析 95 5.1.1 机械手控制系统功能需求 95 5.1.2 机械手控制系统可靠性需求 96 5.2 机械手控制系统总体架构 96 5.2.1 总体控制方案 96 5.2.2 上位机系统设计 97 5.2.3 下位机系统设计 98 5.2.4 系统硬件平台搭建 99 5.3 机械手控制系统功能设计 100 5.3.1 矩阵键盘 100 5.3.2 图形用户界面 104 5.3.3 上、下位机通信设计 106 5.3.4 位置检测系统 111 5.3.5 控制信号检测 112 5.4 机械手造型程序设计 113 5.4.1 自动修剪半球形程序设计 114 5.4.2 自动修剪圆柱形程序设计 115 5.4.3 自动修剪圆锥形程序设计 116 5.5 园林机械手“虚实结合”试验研究 117 5.5.1 机械手“虚实结合”联机试验软件平台简介 117 5.5.2 机械手“虚实结合”联机试验原理 118 5.5.3 虚实实验系统搭建 118 5.5.4 园林机械手“虚实结合”虚实仿真实验 124 第6章 园林机械手整机制造与试验研究 127 6.1 园林修剪机整机布局方案分析 127 6.2 承载机构选用与分析 127 6.2.1 不同承载机构选用与分析 129 6.2.2 机械手后置承载机构设计 130 6.3 园林机械手关键零部件的设计与选型 131 6.3.1 旋转底盘选型及动力分析 131 6.3.2 伸缩机构动力选型及动力分析 132 6.3.3 过载防护机构的分析与优化 133 6.4 园林机械手样机制造 138 6.5 园林机械整机装配和调试 139 6.6 机械手的修剪试验 140 参考文献 142