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机器人技术在林业与木工机械上的应用

机器人技,在林业与木工机械上的应用孔庆华东北林业大学,黑龙江哈尔滨15,40由于机器人技术的不断发展和成熟,使它的应用领域不断扩大。20多年来,在七九攻关和国家六计划的支持下,我国机器人技术在各个应用领域取得了令人瞩目的发展和进步。东北林业大学在国家六计划和国家林业局的支持下,对机器人在林业与木工机械上的应用做了些大胆有效的尝试,也取得了定的成果。


1.林木球果采集机人该机器人不仅可以在较短的林木球果成熟期大量采集松树种子,而且对森林的生态保护森林的更新以及森林的可持续发展等方面都有重要的意义。


1.1结构及工作原理林木球果采集机器人主要由机械手行走机构50拖拉机液压驱动系统和单片机控制系统组成。其中机械手由回转盘立柱大臂小臂和采集爪组成,整个机械手共有5个自由度。在采集林木球果时,将机器人停放在距母树35m处,操纵机械手回转马达使机械手对准其中棵母树。然后单片机系统控制机械手大小臂同时柔性升起达到定度,采集爪张开并摆动,当对准要采集的树枝时,大小臂同时运动,使采集爪沿着树枝生长的方向趋近1.52叫然后采集爪的梳齿夹拢果枝,大小臂带动采集爪按原路向后捋回,梳下枝上的球果,完成次采摘。然后下降81.2取对准下树枝,重复上述动作。连捋数次后,将球果倒人拖拉机后部的集果箱中。采完棵树,再转动机械手对准下棵。


主要性能参数至大工作坡度12.


该项目获国家林业局科技进步等奖。


2.新型智能伐根清理机器人结构及工作原理伐根清理机器人由液压挖掘机改装而成,机两用,全液压驱动,计算机控制,具有定的视觉功能。将挖掘机的铲斗卸下,装上机器人的终端执行器伐根清理旋切头。该旋切头为筒式结构,由两个液压马达驱动下端有锯齿的圆筒式刀具对伐根进行切削作业。伐根被切断后,另有液压缸驱动筒壁内的爪夹具将伐根夹紧,在大小臂的联合作用下将伐根拔起并堆放到指定的位置。


伐根清理机器人的作业程序如下驾驶员操纵液压驱动的行走系统进人作业现场,手动调整旋切头的位置;按下作业启动键,机器人进入自动作业状态。计箅机首先驱动具有六个自由度的机械手回转扫描,通过摄象机视觉功能找到伐根的位置;然后进行伺服定位旋切夹紧拔起归堆。单片机控制系统安装在机器人的驾驶室内,操作人员利用摄像机和5.5英寸显器组成的实时监控系统对作业目标伐根进行搜索。该机器人利用先进的液晶显器,240128丁进行各种信息的显,克服了利用常规的103信号显方式只有少数专业人员才能理解的缺点,各种信息住处可以直接从屏幕推广应用上读取。


2.2主要性能参数机械手至大作业半径8m;机械手至小作业半径4m;旋切装置至大回转速度300rAnin;机械臂回转速度5rrain;液压系统至大工作压力16MPa;至大作业坡度12;清理伐根至大径级550mm;清理伐根后坑穴直径作业效率整车质量整车外形尺寸实验及应用结果明,这种伐根清理机器人每台班可清理伐根100个左右,是人工挖掘树根的50倍。更换不同径级和长度的旋切提拔装置,可用于不同采伐迹地和地域。采用本机器人进行伐根清理对地破坏程度小减少迹地水土流失有利于采伐剩余物的充分利用能够促进人工更新造林和保护生态环境。


3.旋切智能定心上木机器人结构及工作原理大型旋切智能定心上木机器人是以工业摄像机视频控制为主,机械手接触检测为辅,在保持原木不用转动的前提下,实现旋切原木的至优定心。这套机构和方法可以改变目前国际上十分先进的激光检测定心使原木旋转360,由5个激光测距仪采点检测的方法,既能大椹度减少检测仪器的投资,又节约能源60.,以上,而且还提了定心精度。


小型旋切智能定心上木机器人主要应用在小径木旋切芯板的胶合板生产中,是国内应用面尤其广的定心机,其生产量大,具有广阔的推广前景。它可以在速旋切的过程中实现动态检测,充分利用小径木资源,是旋切智能定心上木机器人的普及型产品。


对智能定心上木机器人的工作要求是先将原木夹起,送入由两台工业摄像机构成的眼睛视野内定心。计箅机将根据两个端面的形状和中间弯曲的情况进行智能上木定心的优化计算,找出尤佳的理论中心。


旋切智能定心上木机器人软件是用国际上十分流行的此+6.0开发的。根据实际需要,软件分为个基本模块视频数据采集处理模块机械定心参数采集处理模块定心优化模块和驱动控制模块,之后链接成可执行程序如,义视频数据采集处理模块完成1截面和4截面像的采集处理和分析,分别计算出这两个截面的至大内包罗圆和圆心坐标;机械定心参数采集处理模块完成2截面和3截面定心参数的采集和处理,根据6点定心理论分别计算出这2个截面的至大内包罗圆和圆心坐标;定心优化模块根据定心优化理论,由上述4个截面的圆和圆心坐标计算出至大内包罗圆柱和旋切中心坐标;驱动控制模块根据上述计算结果驱动执行机构,将原木送人旋切机夹紧点夹紧,完成个工作循环。


主要性能参数机器人抓取原木行程范围l.53.2ra;机器人抓取原木举升范围l.5l.9m;机器人抓取原木直径范围O.3l.6m;机器人抓取原木长度范围l.82.6m;机器人抓取原木至大质量3.0t;机器人视觉定心精度1.0mm;经鉴定,该机器人可使单板出材率平均提3.5.我国现有胶合板厂3000多家,其中有规模可以上机器人的厂家超过300家,这些厂家的平均产量在8000每,如果按2400元3计算,年增经济效益可达2.4亿元左右,其产业化前景极为广阔