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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