树木涂白机器人行走装置的设计及仿真
- 格式:pdf
- 大小:1.75 MB
- 文档页数:5
同树木的粗细问题,对于树干的包裹有较好的效果。
图1可伸缩夹臂
——————————————
杨治权(1999-),男,湖南长沙人,本科在读,
为机械电子工程。
实现液体运输速度的微调,由于工作环境的确定,无需高速、大功率液力耦合传动装置。
水泵由统一的PLC控制系统控制,同样搭配人工控制面板,可对其进行控制。
电源
4结论
设计的新型树木喷涂装置可以有效的应对多种不同面,相比传统人工涂刷和喷枪喷涂,无需人工费时费力的进行手动涂刷,也没有喷枪喷涂的难控制、环境污染大的缺点。
在节省材料方面,由于各个喷口的设计喷射量均由人手把控,并由电路辅助控制,也有一定的节省作用。
在省时省力方面,项目的涂料存储箱模仿传统人工喷洒农药的背带箱设计,节省工人体力,有较好的效果,对环境,使用者的保护,都相比于喷枪,人工涂刷有所提升。
同时装置简单,不具备复杂精密的组成部分,对于环卫、林业保护等领域人员有较高的友好性,也保证检修过程之中的简易性。
参考文献:
[1]谭杰,朱劲木,龙新平.液体射流泵喷嘴长径比的数值分析水电能源科学2019,37(09):151-154.
[2]樊俊刚.机电一体化技术在矿山装备中的应用[J].内蒙古石油化工,2019,45(06):93-94.
[3]王泽坤.搅拌式浮选自动液位控制的设计及应用[J].世界有色金属,2019(16):15-16.
[4]姜关照,吴爱祥,王贻明,李剑秋.生石灰对半水磷石膏充
图2夹臂电动机
(a)持有部分缩入手柄(b)持有部分伸出手柄
(中间虚线为内部运输涂料的管道)
图3夹臂持有部分的伸缩设计
图4工作流程图。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020821939.5(22)申请日 2020.05.18(73)专利权人 新疆工程学院地址 830023 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市头屯河区艾丁湖路1350号新疆工程学院(72)发明人 何龙 潘江如 黄艳 张成 张国锋 高文娣 李潇 李宇博 张佳 (51)Int.Cl.B05C 1/06(2006.01)B05C 11/10(2006.01)A01G 13/00(2006.01)B25J 11/00(2006.01)(54)实用新型名称一种树干涂白机器人(57)摘要本实用新型提供一种树干涂白机器人,包括底盘,还包括设置于底盘上的转位机构,与转位机构连接的提升机构,以及与提升机构连接的机械臂机构,所述机械臂机构包括臂杆,在所述臂杆的前端相对设置有第一涂白臂以及第二涂白臂,第一涂白臂和第二涂白臂尾端处铰接设置,所述第二涂白臂包括圆弧形状的臂管,所述臂管的内侧贴合设置有海绵,所述臂管内腔设置有一柔性液体管,所述液体管上等间距设置有多个喷头,多个所述喷头延伸出臂管的内侧,且位于海绵中。
本实用新型全自动完成对树木涂白作业,节约了大量的人力物力资源,提高的树干涂白效率,避免了涂白液与人体接触,避免了传统人工涂白造成涂白液的浪费。
权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 212397138 U 2021.01.26C N 212397138U1.一种树干涂白机器人,包括底盘,其特征在于:还包括设置于底盘上的转位机构,与转位机构连接的提升机构,以及与提升机构连接的机械臂机构,所述机械臂机构包括臂杆,在所述臂杆的前端相对设置有第一涂白臂以及第二涂白臂,第一涂白臂和第二涂白臂尾端处铰接设置,在所述臂杆的上方设置有一直线电机,所述直线电机的输出端通过两连杆分别与第一涂白臂以及第二涂白臂铰接,所述第二涂白臂包括圆弧形状的臂管,所述臂管的内侧贴合设置有海绵,所述臂管内腔设置有一柔性液体管,所述液体管上等间距设置有多个喷头,多个所述喷头延伸出臂管的内侧,且位于海绵中。
目录摘要 (2)第一章前言 (4)1.1设计的目的 (4)1.2设计方法的介绍 (5)第二章设计方案的拟定 (6)2.1方案的分析选择 (6)第三章液压系统的设计 (8)3.1液压系统概述 (8)3.2液压马达的选择 (11)3.3液压缸型号的选择 .......................................... 错误!未定义书签。
3.4液压泵的选择 (15)3.5油箱的设计计算 (18)3.6控制阀的选择 (18)第四章设计总结 (19)参考文献 (20)致谢 ........................................................ 错误!未定义书签。
摘要树木冬季进行“涂白”是绿化管理的一项重要内容。
但是,目前未见国内外有关此类机械设备的报道,都是人工进行涂刷的。
人工涂刷效率低,劳动量大,且难以做到使涂刷高度一致。
本文设计一种行道树木自动式涂白灰浆系统的液压系统。
本文利用创新设计的原理首先分析了涂刷要完成的动作,进一步分析原理,根据机构的工作原理,确定一个方案,然后进行分析,确定其中液压系统的各个部件。
设计了各零部件,用工作杆代替人的手臂,实现靠近树干和离开树干,以及上下运动的涂刷动作。
关键词:树木自走式系统液压系统设计ABSTRACTinter trees "painted white" is one of the most important virescence management. But now, did not see such machinery at home and abroad, the report on besmear is artificially. Manual besmear, low efficiency, Labour and hard to make besmear brushs height consistent. This paper designs a street trees automatic painted white plaster system of hydraulic system.Based on the principle of innovation design is firstly analyzed besmear to action, further analysis principle, according to the work principle, organization and analysis, a scheme of the hydraulic system, including parts.Design the work parts, replace human stem arm, realize near the trunk and leave the upper trunk, and exercise movements. BesmearKey words: trees self-propelled system;hydraulic system design第一章前言1.1设计目的在冬季对公路及市区道路行道树、校园公园内树木经常涂白灰浆,是防止树木遭遇冻害、杀菌、灭虫等的有效措施,同时涂白后高度一致的树木更给人一种整齐独特的美。
基于Arduino的行道树自动养护机器人设计与实现作者:周田伟葛纪王辛伟陈晓飞来源:《今日财富》2019年第19期一、行道树自动养护机器人设计行道树自动养护机器人使用的控制器是Arduino控制板中的UNO系列,控制模块包括校准模块、超声波感知模块、喷涂模块、限位模块、遥控模块。
(一)智能校准系统机器人的智能校准系统主要是由多自由度机械臂以及位于机械臂和机械爪上的测距系统构成。
位于机身不同位置的测距模块将采集到的大量距离数据反馈到我们用于校准处理的控制器,得到树木相对于机器的空间位置和空间姿态,最后将有用的信息(如树木倾斜角)传递给主控芯片。
主控芯片控制机械臂移动,保证树木与机械臂平行运动,从而达到最好的喷涂效果,应对复杂的工作环境。
智能校准系统攻克了树木生长倾斜,以及在复杂路面上车身倾斜而导致喷涂效果不佳甚至无法喷涂的难题,提高了机器的工作适应性。
(二)驱动系统履带式底盘的四条履带全部使用直流电机进行驱动,采用L298N驱动器对控制系统发出的方波信号进行放大,使其电流达到直流电机的启动值,然后通过改变方波信号的占空比实现对电机转速进行精准控制。
(三)超声波感知模块机器的超声波感知体系是由五个超声波测距装置构成,分别安装在机械臂的上方与下方,以及机械爪的左右和后方。
将采集到的距离数值通过融合算法进行计算,得出树木对于机器的空间位置和位姿,计算完成后将这些数值反馈给主控芯片,使其在控制机器喷涂过程中,树木始终位于机械爪的中央位置。
(四)运动机构设计运动模块选用了丝杆线性导轨滑台,确保了工作精度及升降效率,动力部分选用了57步进电机,保证了足够的升力。
模块分控单片机通过给步进电机驱动器发送信号,控制滑台运动速度与上下运动次数。
伸缩杆的伸缩我们通过继电器进行控制,模块分控单片机给继电器信号从而改变伸缩杆的电流方向来控制伸缩杆伸缩。
(五)远程遥控系统蓝牙通讯是通过特定频率的电磁波实现单点或者多点的数据通讯方式,具有传输稳定,丢包率低,能耗低等优点,所以我们采用蓝牙通讯技术实现上位机与下位机的通讯,使得我们的工作人员可以远程启动与关闭机器,还可以在遇到突发状况或者需要在特殊通过特殊地形的时候可以进行人工干预,保证机器的安全运行。
智能树木涂白机设计作者:周丽娜刘文庆刘峻伶来源:《工业设计》2020年第05期摘要:本文以智能机器给树木涂白作业为研究目的,以组合涂刷运动系统、视觉识别系统、物料供电提示系统、智能轨道系统以及机械设备树木涂料给料控制系统的方式进行设计。
智能树木涂白机可智能自动化进行树木涂白,智能控制涂白液的输出,涂刷自动进行树木涂白作业。
本文通过阐述智能树木涂白机设计的思路,并进行实践,希望通过对智能树木涂白机的设计可减少人工工作压力,减少涂料的浪费。
关键词:智能;树木涂白机;设计中图分类号:TB472 文献标识码:A文章编码:1672-7053(2020)05-0155-021树木涂白机概述树木涂白机是用于对树木进行涂白作业的机器,代替人工涂白,将人工涂树作业动作转移至辅助树木涂白机作业。
树木涂白机可减少作业人员对于树木涂白液的接触次数以及减少作业人员的工作压力。
2树木涂白机现状现存的树木涂白设备,大多设备体型过大,对于较为茂密的树林以及车水马龙的街道来说无法进入,并且单人操作不便,需2至3人一同操作使用机械设备,且需要一定的操作技术。
虽亦有一些较为小型的机械设备,但其装置内部结构亦过于繁杂,使得其体积对于单人操作也过于偏大,操作不便。
同时现存大型设备涂白过程中,设备喷涂出的涂液量不易控制,会造成资源浪费以及污染环境。
3智能树木涂白机设计思路3.1功能设计1)“边喷液边涂刷”功能。
智能树木涂白机涂树过程体现自动涂树以及控制物料,将喷液处与刷头进行组合使用,减少人为“蘸取涂料”这一多余动作。
2)控制物料输出功能。
智能树木涂白机通过树木涂料给料控制系统地计算,控制涂白液的输出。
3)智能提醒功能。
当智能树木涂白机监测到涂剂及电量余量不足时,可由传感器实时监测盛装涂料容器内涂剂的余量以及电池所剩电量,智能树木刷白机可发出颜色及声音警告提示作业人员及时为其补充。
4)识别树木功能。
智能树木涂白机在使用过程中,树木涂白机的识别系统会进行树木识别,进而确定树木位置进行作业。
第51卷㊀第9期2023年9月㊀㊀林业机械与木工设备FORESTRYMACHINERY&WOODWORKINGEQUIPMENTVol51No.9Sep.2023研究与设计公路行道树木自动刷白车改良设计臧晓航ꎬ㊀程旭锋∗(北京林业大学ꎬ北京100083)摘㊀要:目前树干刷白工作大多以人力为主ꎬ存在刷白任务海量ꎬ人力缺乏效率性㊁持久性的问题ꎮ同时ꎬ适应季节室外温度较低㊁人手紧张等困难同样存在ꎮ通过调研分析得到树木刷白机的设计要素权重ꎬ确定关键的功能需求ꎬ建立了自动化刷白设计的模型ꎬ提出刷白机设计和自动驾驶技术相结合的新思路ꎬ并通过创新机械结构解决目前存在的喷白难题ꎮ结合产品使用感性工学的研究方法ꎬ以北京市海淀区的园林绿化涉及对象为用户ꎬ得到设计方案策略ꎬ产出产品概念方案设计ꎮ通过计算机辅助设计手段ꎬ构建三维模型ꎬ为园林绿化装备生产企业和设计师进行产品开发提供依据和参考ꎮ关键词:工业设计ꎻ感性工学ꎻ树木刷白ꎻ自动化中图分类号:S776㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:2095-2953(2023)09-0038-08ImproveddesignofautomaticwhitewashcarforhighwaytreesZANGXiao ̄hangꎬCHENGXu ̄feng∗(BeijingForestryUniversityꎬBeijing100083ꎬChina)Abstract:Atpresentꎬtrunkwhiteningisbasedonmanpowerwithproblemssuchasmassivetasksꎬpoorefficiencyꎬlowtemperatureandmanpowershortage.Thispaperobtainstheweightofthedesignelementsꎬdeterminesthekeyfunctionalrequirementsꎬestablishesthemodelofautomaticwhitewashingdesignꎬproposesanewideaoftheauto ̄matic-whitewashingmachineꎬandinnovatemechanicalstructure.ThedesigncombinedwiththeresearchmethodofkanseiengineeringꎬtakingpeopleinHaidianDistrictofBeijingastheuserꎬandtheconceptualschemedesignoftheproductwasproduced.Throughcomputer-aideddesignmethodꎬthethree-dimensionalmodelisconstructedtopro ̄videreferenceforothertrunkwhiteningproduct.Keywords:industrialdesignꎻkanseiEngineeringꎻtreewhiteningꎻautonomousdrivingꎻ㊀㊀收稿日期:2023-07-19第一作者简介:臧晓航ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为工业设计和产品设计ꎬE-mail:zangxiaohang01@163.comꎮ∗通讯作者:程旭锋ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事产品设计㊁设计方法学等教学及科研工作ꎬE-mail:cxf005@bjfu.edu.cnꎮ树干涂白措施一般由政府绿化部门通过在树干底部喷施或刷涂大树涂白剂的方式进行涂白作业ꎬ涂白每年进行两次ꎬ分别在落叶后和早春进行ꎬ涂白工作通常需要尽快完成ꎮ2017年3月的数据显示ꎬ北京市需涂白树干155.2万株ꎬ集中且繁重的任务给园林绿化部门带来压力ꎬ在人工工资只增不减的情况下ꎬ常以招募志愿者的方式辅助进行ꎬ园林绿化领域的投入仍然逐年增加ꎮ涂白具有任务量大和重复性高的特点ꎬ使用机器成为更佳策略ꎬ快速形成树干保护膜ꎬ且可以与杀虫㊁杀菌剂混用[1]ꎬ优于人工涂刷效果[2-3]ꎮ1㊀研究现状目前部分国内的专利与学术论文ꎬ设计重点在第9期臧晓航ꎬ等:公路行道树木自动刷白车改良设计于使用半自动机器喷涂ꎬ人工辅助移动㊁操作机器ꎬ但该类产品存在整机重量较大㊁树干适应能力弱㊁美观性欠佳的问题ꎮ本文计划完成一套公路行道树木自动刷白车改良设计实例ꎬ结合自动驾驶汽车底盘实现自动化刷白ꎬ解放人力ꎮ实现智慧化刷白ꎬ利用现有的树木识别技术辨认行道树ꎬ借助GPS为行道树建立电子档案[4]ꎮ创新设计具有自适应性的树干喷涂头ꎬ针对非标准树干径㊁弯曲的树木仍有实用效果ꎮ推动产品与环境融合ꎬ深入设计树木刷白车的外观ꎬ增强设备的亲切感㊁易用性㊁装饰性ꎬ改良人㊁机器㊁环境三者之间的关系ꎮ2㊀自动刷白车系统设计自动刷白车系统整体结构由底盘㊁喷涂系统㊁涂料箱㊁智慧控制系统㊁外壳五部分组成ꎮ2.1㊀底盘本设计中刷白车的底盘开发套件来自百度 A ̄pollo 的汽车行业及自动驾驶领域软件平台的自动驾驶开发套件D-KIT系列中的Lites车辆ꎬ如图1ꎮ该车辆为可自由搭载的自动驾驶车辆底盘套件ꎬ行驶时可以根据周边环境情况ꎬ进行最优路径规划ꎬ并预测周边车辆㊁行人的意图ꎬ作出决策[5-6]ꎮ目前ꎬ机器视觉已经被广泛地应用于工业㊁智能交通㊁无人驾驶等多个领域ꎬ拥有较为成熟的经验[7]ꎮ将刷白车功能模型建立在该自动驾驶套件上有助于根据预设的路径和地图自主导航ꎬ完成无人看管树木刷白ꎮ图1㊀Lites车辆底盘开发套件(图片来源:Apollo.baidu.com)2.2㊀喷涂系统喷涂爪和直线导轨两部分组成喷涂系统ꎬ其中喷涂爪由液压泵㊁齿条㊁半圆爪机㊁传感轮㊁喷头和喷管这5部分构成ꎮ2.2.1㊀喷涂爪树干具有局部突出㊁上下周长不同的特征ꎬ因此市面上大部分直径固定的树木喷涂爪不能喷白全部树干ꎬ只能依赖人工补刷ꎮ本设计加入了传感轮和联动齿轮ꎬ使其本身可一定范围内调整机械爪张开角度ꎬ即时改变喷涂半径ꎬ使喷涂爪具备树干自适应功能ꎬ良好解决了树围变化的难题ꎮ如图2ꎬ喷涂爪的作业过程为:喷涂爪先张开并贴近树干ꎬ随后半圆爪机闭合至包围树干ꎬ接下来连接涂料箱的喷管会将涂料通过压力喷头大范围喷出进行刷白ꎬ整个喷涂爪沿导轨向下移动ꎬ为整棵树干喷白ꎮ图2㊀喷涂爪作业喷涂爪包括以下几个重要部件:液压泵(A)㊁齿条(B)㊁装有压力传感器的大传感轮(C)㊁末端为齿轮的半圆爪机(D)㊁装有压力传感器的小传感轮(E)ꎬ如图3㊁图4所示ꎮ图3㊀喷涂爪模型图片图4㊀喷涂爪模型三视图液压泵(A)与中间的鱼骨形齿条(B)相连接ꎬ当液压杆向外伸出时ꎬ齿条送出ꎬ半圆爪机(D)各自张开ꎮ反之ꎬ半圆爪机合拢ꎮ因此通过液压泵运动可实现两个半圆爪机的收紧和张开ꎮ装有压力传感器的传感轮共三个ꎬ分别是一个大传感轮和两个小传感轮ꎬ都与树干滚动接触ꎮ大传感轮(C)的功能之一为协助喷涂爪伸出至适宜位置ꎬC与齿条(B)相连ꎬ位于喷涂爪的核心位置ꎮ在喷涂爪靠近树干的过程中ꎬC与树干接触产生压强ꎬ停止喷涂爪ꎮC的功能之二为机械撬杆ꎬ斜向下30ʎ93林业机械与木工设备第51卷的C在喷涂时面对树围增大的情况ꎬC会被下压并后缩ꎬ并带动齿条B后缩ꎬ使相切的齿轮转动ꎬ促使两只半圆爪机D张开ꎮ在一定范围内ꎬC后缩越大ꎬ机械爪张开角度越大ꎮ图5㊀大树围喷涂两个小传感轮(E)位于半圆爪机的端点内侧ꎬ具有辅助机械爪收拢至适宜位置的功能ꎬ该功能针对树围大于喷涂直径的情况ꎬ如图5ꎮ按照海淀区行道树树围标准ꎬ超大树围的树干属于少数ꎬ进行局部喷涂后ꎬ刷白车定位标记该树木ꎬ待人工补刷ꎬ不影响刷白车工作效率ꎮ2.2.2㊀直线导轨用来支撑和引导喷涂爪运动的直线导轨ꎬ按照移动方向可分为升降导轨和伸缩导轨ꎬ分别操控喷涂爪的喷涂高度和树车距离ꎮ升降导轨竖直外挂于车体右侧ꎬ作用为承载喷白作业的喷涂爪ꎬ工作时带动喷涂爪沿轨道自上至下喷涂ꎬ运动范围为20~120cm处ꎬ防止导轨触地剐蹭造成损伤ꎮ伸缩导轨水平安装于车体内部ꎬ承载升降导轨和喷涂爪完成靠近和远离树干的动作ꎮ在喷白作业中ꎬ伸缩导轨的伸出量由喷涂爪上的大传感轮C控制ꎮ2.3㊀涂料箱涂料箱由箱体㊁涂料搅拌器㊁重力传感器组成ꎮ2.3.1㊀箱体箱体安置于刷白车内部ꎬ根据车辆的载重和自重情况ꎬ得出涂料箱最大容量为400kgꎬ尺寸为1000mm(L)ˑ800mm(W)ˑ700mm(H)ꎬ容积为0.56m3ꎮ箱体形状为切角长方体ꎬ加料口的倾斜角度为30ʎ方便添加物料ꎬ优化人机关系ꎮ通过限制最大添加量的方式ꎬ防止因过满致使搅拌时产生旋涡造成溶液溢洒ꎬ为溶解留出足够的空间ꎬ如图6㊁图7所示ꎮ图6㊀涂料箱模型图7㊀涂料箱模型三视图2.3.2㊀涂料搅拌器树干喷白使用的白色涂覆剂具有易沉淀的特点ꎬ需要定时搅动涂覆剂防止沉淀ꎮ因此ꎬ涂料箱中应配备涂料搅拌器ꎬ用以提升溶液的均一性和稳定性[8]ꎮ易沉淀液体的搅拌常用轴流式搅拌器ꎬ如斜叶桨式搅拌器具有结构简单㊁搅拌功率小㊁制造方便的特点ꎮ综上所述ꎬ涂料桶内搅拌桨尺寸范围0.2~0.27mꎬ离底高度范围0.27~0.4mꎬ以获得最佳的搅拌效果ꎮ2.3.3㊀重力传感器重力传感器(又称称重传感器)具有结构较简单㊁准确度高㊁适用面广的特点ꎬ被广泛应用于机械化工等领域ꎬ如料罐㊁料斗称重等工作ꎮ在本次设计中ꎬ重力传感器位于涂料桶下方ꎬ实时监测涂料桶内溶液质量ꎮ当传感器监测到溶液质量较低时ꎬ会发出添加涂料的提示ꎮ当溶液质量低于一定重量时ꎬ喷涂系统自动停止工作ꎬ车辆返回指定地点添加涂料ꎮ2.4㊀智慧控制系统智慧控制系统主要功能为树干识别和车辆控04第9期臧晓航ꎬ等:公路行道树木自动刷白车改良设计制ꎮ树干识别的主要内容为识别树干㊁扫描树地径(地径是指距地面往上0.1m处的树干直径)ꎮ该识别方法基于计算机视觉技术中应用于苗木图像特征标志点的提取技术[9]ꎮ通过对苗木图像进行边缘增强㊁边缘检测㊁噪声滤波㊁背景分离等处理得到苗木的视觉特征ꎬ实现苗高㊁地径㊁根长等苗木视觉特征量的提取[10]ꎮ该方法计算速度决㊁易于实现㊁测量准确ꎬ具有普遍适用性[11-12]ꎮ树地径识别结果可操控车辆喷涂爪的张开和闭合角度ꎮ3㊀自动刷白车外观设计研究3.1㊀感性工学外观设计流程感性工学(KE)是一种专注于满足消费者情感需求的产品设计方法ꎬ通过工程方法量化消费者的感性需求[13-14]ꎮ城市无人驾驶树木刷白车在外观设计时ꎬ将运用感性工学理论的研究方法分析城市环境中的自动驾驶车辆和交集人群的需求ꎬ通过科学的设计分析流程ꎬ总结出以下步骤:第一步骤是确定感性概念:定位交集人群ꎬ通过问卷和访谈的方式收集感性词汇ꎻ第二步骤是进行感性实验:通过与专家探讨的方式ꎬ提炼感性词汇ꎬ建立感性工学的词汇和图片样本库ꎻ第三步骤是通过SPSS工具分析得出关键感性词汇ꎬ再进行感性实验建立关键感性词汇和图片样本库之间的映射关系ꎬ找到符合用户心理预期的产品造型ꎮ3.2㊀交集人群定位与车辆产生接触人群为维护和保养的操作人员ꎬ以及公路上的大量行人ꎮ行人对车辆外观产生直接评判ꎬ且人数远超操作人员ꎬ加之文初提到车辆投放地点为海淀区ꎬ因此目标交集人群为海淀区的行人㊁司机等人员ꎮ通过资料收集和问卷调查ꎬ得出该群体对城市自动驾驶刷白车的外观需求ꎮ3.3㊀建立感性词汇样本库3.3.1㊀收集感性词汇通过对城市无人驾驶树木刷白车的使用环境㊁交集者情况以及产品本身特征等方面的研究ꎬ使用问卷和访谈等方式向交集人群收集外观相关的感性词汇ꎬ共收集到60个ꎮ结合与设计相关专家的专业知识和设计经验对60个词汇进行筛选ꎬ剔除与车辆外观相关性低的词汇ꎬ提炼意义相近的词汇ꎬ最终筛出20个符合要求㊁具有研究价值的感性词汇ꎬ分别为:安全的㊁坚固的㊁强识别性的㊁有警示性的㊁耐磨的㊁通用的㊁轻便的㊁环保的㊁智能的㊁灵活的㊁科技感的㊁简洁的㊁大气的㊁硬朗的㊁圆润的㊁可爱的㊁仿生的㊁有亲和力的㊁装饰性的㊁有纹理的ꎮ3.3.2㊀筛选感性词汇使用主成分分析法找出最能代表用户心理预期的感性词汇ꎬ为此需要获得交集用户的统计数据ꎮ将以上20个感性词汇制作成量表问卷ꎬ对海淀区居民进行无差别发放ꎬ共发放问卷85份ꎬ收回有效问卷81份ꎮ将统计数据代入因子分析ꎬ碎石图用以辅助决策因子个数ꎮ如图8所示ꎬ碎石图说明用户心理需求的映射度较高的因子有2个ꎮ图8㊀碎石图(来源:SPSS分析)主成分分析的总方差解释分析ꎬ如表1所示ꎬ前2个主成分累计可包含近70%的变化量ꎬ再结合碎石图的结果进行判断ꎬ提取出2个主因子ꎬ将作为核心设计要素主导刷白车的外观设计ꎮ在实际研究中ꎬ为了更准确地贴近用户的感性画像ꎬ取涵盖近80%变化的成分数量ꎬ即最终选取前5个因子作为主因子ꎮ接下来将通过主因子的成分得分系数矩阵找到该主因子下的主要成分ꎬ即感性词汇ꎬ得到最能代表用户心理映射的外观词汇ꎮ在5个主成分下分别对20个感性词汇进行打分ꎬ探究每个主成分下的代表感性词汇ꎬ得分情况如表2ꎮ1424林业机械与木工设备第51卷表1㊀总方差解释初始特征值提取载荷平方和成分总计方差百分比累积%总计方差百分比累积%112.10160.50460.50412.10160.50460.50421.5977.98768.4921.5977.98768.49230.8584.28972.780.8584.28972.7840.7113.55676.3370.7113.55676.33750.6963.48279.8190.6963.48279.81960.5882.93982.75770.4682.34285.180.4182.08887.18890.3881.93889.126100.3451.72690.852110.2981.49292.345120.2761.37993.724130.2511.25594.979140.2251.12796.105150.1940.9797.076160.1770.88597.96170.1260.63298.592180.1160.58299.174190.0910.45499.628200.0740.372100表2㊀成分得分系数矩阵成分12345安全的0.6640.41-0.870.4990.049坚固的0.7880.3050.184-0.009-0.046强识别性的0.8040.1380.3020.066-0.048有警示性的0.7890.249-0.03-0.232-0.188耐磨的0.7860.1970.113-0.176-0.28通用的0.8410.1390.0590.0240.158轻便的0.7350.089-0.497-0.0460.231环保的0.8380.162-0.2210.0580.132智能的0.8070.008-0.1350.221-0.28灵活的0.868-0.274-0.089-0.0810.003科技感的0.731-0.4430.1520.259-0.156简洁的0.8210.089-0.139-0.3360.016大气的0.7740.334-0.225-0.054-0.112硬朗的0.6820.2880.454-0.2220.305圆润的0.745-0.4380.132-0.1-0.251可爱的0.745-0.3760.0130.0540.09仿生的0.767-0.449-0.112-0.0690.046有亲和力的0.7850.120.1070.17-0.138装饰性的0.711-0.1920.190.1540.403有纹理的0.841-0.325-0.097-0.0920.13第9期臧晓航ꎬ等:公路行道树木自动刷白车改良设计㊀㊀合并同义词后获得的感性词汇分别为:安全的㊁灵活的㊁硬朗的㊁装饰性的ꎮ综合以上分析数据可知用户对城市无人驾驶树木刷白车外观的最主要要求可以归纳为4方面:(1)安全的:刷白车外观设计上需要可识别性和警示性ꎬ可以在车身上进行标识和标识装置的设计ꎮ同时也应该保留必要的传感器和摄像头ꎬ以保证车辆行驶的安全性和准确性ꎻ(2)灵活的:刷白车辆应该能够适应不同的树木尺寸和形状ꎬ以及不同的刷白需求ꎮ同时ꎬ刷白车外观不宜过于复杂呆板ꎬ造型应简洁为主ꎬ突出刷白车的灵活机动感ꎮ(3)硬朗的:刷白车作为作业车辆ꎬ在外形应该大气稳重㊁有力量感ꎬ需要传达出硬朗坚固的形象ꎬ可以采用现代化的设计语言和棱角分明的线条来呈现ꎮ在材质上ꎬ车身应该具有良好的防护性能和强度ꎬ以防止碰撞和损坏ꎬ应该使用坚固耐磨耐腐蚀的材料ꎮ(4)装饰性的:作为一款用于城市维护的车辆ꎬ刷白车的工作环境为市区主干道ꎬ因此产品外观需要富有装饰性㊁美观的造型ꎬ以提高品牌形象和用户体验ꎮ3.4㊀建立产品图片样本库为了将用户心中的感性词汇具象化ꎬ促使设计要求转化为具体的产品造型特征应用于刷白车的外观设计ꎬ需要建立产品图片样本库应用于感性试验ꎬ探究感性词汇和产品造型特征之间的关系ꎮ产品图片样本的筛选原则基于组成产品整体外观的多样化局部造型特征ꎮ为保证感性试验的准确性ꎬ图片库应尽可能全面的涵盖所有最基本的汽车产品造型元素ꎮ汽车造型形象包括大面积的基本形体和在形体的基础上构造线㊁面㊁色彩和装饰件[15]ꎬ因此汽车产品的造型元素包括:(1)基本形体:长方体㊁正方体㊁椎体㊁棱柱㊁棱台㊁圆台㊁多面体㊁仿生形态ꎻ(2)线造型方法:直线㊁自由曲线㊁圆形㊁椭圆㊁三角形㊁平行四边形㊁矩形㊁菱形㊁多边形ꎻ(3)面造型方法:圆角㊁斜角㊁渐消㊁切割㊁穿插㊁叠加㊁包裹㊁弯曲㊁生长㊁凹凸㊁镂空ꎻ(4)装饰件:装饰件种类繁多ꎬ常见的有门槛条㊁车门防撞条㊁日行灯等ꎮ最终筛选出10个最具代表性的产品图片作为感性实验的样本ꎬ筛选如图9所示ꎮ图9㊀感性样本图初筛3.5㊀感性试验在产品外观这个复杂问题中ꎬ感性试验通过设法将人的各种感性定量化ꎬ将感性分析的结果转化为产品物理设计要素ꎬ依据用户喜好来制造产品ꎮ在本次感性试验中ꎬ将筛选后的样本图片用感性词汇的正反意义赋值ꎬ获得用户视角下每个感性词汇对应的产品造型元素ꎬ并应用于刷白车的外观设计ꎮ因此需要对先前筛选后的感性词汇进行处理ꎬ分别找到与4个感性词汇意义相反的形容词ꎬ组成4组感性词汇对ꎬ分别是:安全的-危险的㊁灵活的-笨重的㊁硬朗的-柔弱的㊁装饰点缀的-单调乏味的ꎮ下一步ꎬ将筛选后的10个样本图片用4组感性词汇对赋值ꎬ制作产品造型感性意向评价量表ꎬ获得用户心理感受的定量化结果ꎮ以问卷的形式向用户分发ꎬ得到有效问卷样本50份ꎮ获得用户对每个样本的4个感性维度打分后ꎬ通过统计计算均值ꎬ统计结果如表3ꎮ下一步ꎬ需归纳出每一个感性词汇下高评分的多个样本图片的共性ꎬ分析得出相似的产品造型元素特征ꎬ该特征是用户心目中感性词汇在产品造型特征上的具象化表达ꎮ为了更清晰地观察造型特征和感性词汇之间的关联性ꎬ将表3的感性问卷统计结果绘制成柱状图10ꎮ图10㊀所有样本下平均分柱状图34林业机械与木工设备第51卷表3㊀感性问卷统计结果样本安全的灵活的硬朗的装饰点缀的极小值极大值平均值极小值极大值平均值极小值极大值平均值极小值极大值平均值1-332.29-332.09-332.36-33-2.272-33-0.49-331.35-332.44-33-2.383-331.27-33-1.56-331.57-33-2.034-33-1.34-332.24-33-2.29-33-1.365-332.35-33-2.33-331.07-332.446-332.15-33-2.38-332.64-331.277-332.41-33-2.25-332.27-332.058-332.36-331.98-331.89-332.229-331.18-33-2.4-331.28-33-2.0710-331.56-332.47-33-2.49-332.21㊀㊀设计矩阵分析法(DFAꎬdesignformatanalysis)较适合解决产品典型特征的归纳分析问题ꎬ通过设计矩阵分析法构造矩阵ꎬ将样本造型特征作为横轴ꎬ不同样本作为纵轴ꎬ得出不同样本之间造型特征的区别和联系ꎮ在绘制矩阵时ꎬ当样本与造型特征相关性强时将方块标记为黑色ꎬ最终通过每列标记的数量的多少可归纳出不同样本之间的造型要素共性和异性ꎮ下一步通过柱状图10找出同一感性语义下的高得分样本ꎬ代入设计矩阵图中量化其造型要素ꎬ得出共性的造型要素ꎬ如图11ꎮ图11㊀所有样本设计矩阵分析图根据设计矩阵表总结感性词汇 安全感 的造型要素为:将形体进行上下分段ꎬ并为产品增加横向张力ꎬ使用曲线造型消除直线和方体的棱角感增加亲和力ꎻ 灵活感 的造型要素为:形体圆润感较强ꎬ即使是方体造型也需要较大的圆角和渐消面ꎻ 硬朗感 的造型要素为:方形形体㊁直线造型的棱角感给人坚固硬朗的感受ꎻ 装饰性 的造型要素为:上下分段形体有利于丰富产品造型ꎻ使用切割的造型方式ꎻ圆润的形体适合使用曲线造型装饰ꎮ综上所述ꎬ通过感性工学的设计流程ꎬ建构感性词汇和图片样本库ꎬ结合统计分析和计算机技术的运作ꎬ总结出符合用户感受意向的产品造型要素ꎬ即产品形体应设计为上下分段的横向形体ꎬ并采取方形形体和圆润形体结合的方式设计造型ꎻ使用较大的圆角和渐消面消除方体形体的棱角感ꎬ应用曲线造型增加亲和力ꎬ不适合使用过多折线ꎻ使用切割的面造型手法增强装饰性ꎮ3.6㊀国家安全规定城市公路上使用的树木刷白车在公路上养护作业时ꎬ需满足我国对于养护车辆的公路养护安全作业规程(JTGH30-2015)ꎮ根据该规定ꎬ本文探讨的树木刷白车类属于移动养护作业中的机械移动养护作业ꎬ需要设置标志警告驾驶人员调整行车状态ꎬ警告设施形式为:车辆顶部安装车辆闪光灯(360ʎ旋转黄闪灯ꎬA-3-12)ꎬ后部安装闪光箭头灯牌(长ˑ宽=1200mmˑ400mmꎬ蓝黑底ꎬ黄色或橘黄色箭头ꎬA-3-10)ꎬ如图12所示ꎮ图12㊀车辆顶部闪光灯(A-3-12)和闪光箭头灯牌(A-3-10)3.7㊀自动刷白车外观设计实践根据前文感性工学探究造型要素对用户心理的影响ꎬ确定了刷白车造型感性需求包括:安全感㊁灵活性㊁硬朗感和装饰性ꎬ并提出了产品造型方面的设计要素ꎬ以此为指导构建城市无人树木刷白车的外观模型ꎬ使用计算机辅助建模的方式对刷白车产品进行建模渲染ꎬ效果如图13ꎮ44第9期臧晓航ꎬ等:公路行道树木自动刷白车改良设计图13 城市无人树木刷白车效果图城市无人树木自动刷白车整体体积较小ꎬ造型设计分为上下两部分ꎬ底盘造型由长方体切割而来ꎬ辅以较小的圆角ꎬ给人硬朗㊁结实的感受ꎮ上层的车身造型取自圆角矩形ꎬ较大的圆角和渐消面可柔和过度掉方体形体的棱角感ꎬ增加亲和力ꎮ分段式设计不仅为外观层面增添灵活性和稳定性ꎬ还有助于维修和更换零件ꎮ流线型车头有助于减小风阻ꎬ降低能耗ꎬ同时与车尾部造型做出了区分ꎬ方便用户观察车的动向ꎮ车身采用哑光金属材料增加耐用度㊁增强质感ꎬ前窗采用钢化玻璃材质ꎬ便于自动驾驶的摄像头查看路况ꎮ刷白车整体造型简洁并富有流动感ꎬ与使用环境统一和谐ꎮ4㊀结束语本论文通过对道路树木自动刷白机产品的研究ꎬ创新设计喷白机械手的形状与自适应性ꎬ增强喷涂机的树干适应性ꎬ增强设备的亲切感ꎬ最终建立了一套结合感性工学设计外观的平整道路树木刷白车改良设计流程ꎬ得出了符合用户感性预期的树木刷白车设计结果ꎮ综上所述ꎬ无人驾驶的树木刷白车的设计满足了无人看管时的树木刷白需求ꎬ为后续树木刷白领域的研究提供了参考ꎮ参考文献:[1]㊀曹涤环ꎬ刘静.林木树干涂白剂及伤口涂剂的配制使用[J].农村新技术ꎬ2022ꎬ507(11):18-19.[2]㊀付秀ꎬ辛颖ꎬ谷周澎.一种基于人机交互的树干智能涂白装置结构设计[J].森林工程ꎬ2016ꎬ32(5):55-58.[3]㊀程旭锋ꎬ肖爱平ꎬ李婷ꎬ等.葡萄树干局部环形对靶装置的设计与试验[J].农业工程学报ꎬ2016ꎬ32(S1):20-26.[4]㊀葛君山.基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计[J].农机化研究ꎬ2016ꎬ38(12):237-241.[5]㊀肖若荣.基于机器视觉的交通标志识别关键技术研究[D].长沙:中南大学ꎬ2013.[6]㊀苑玮琦ꎬ谢昌隆.基于机器视觉的交通事件检测方法的研究[J].计算机仿真ꎬ2013ꎬ30(10):189-193.[7]㊀骆博文ꎬ姜树海.机器视觉在林业中应用的研究进展[J].林业机械与木工设备ꎬ2023ꎬ51(2):9-14.[8]㊀陈登丰.搅拌器和搅拌容器的发展[J].压力容器ꎬ2008(2):33-41+46.[9]㊀白景峰ꎬ赵学增ꎬ强锡富ꎬ等.针叶苗木计算机视觉特征提取方法[J].东北林业大学学报ꎬ2000(5):94-96.[10]㊀董芙楠ꎬ郭辉ꎬ鲁东ꎬ等.基于色差原理与双目测距技术的红花识别与定位方法[J].林业机械与木工设备ꎬ2023ꎬ51(4):9-17.[11]㊀范祥ꎬ卢道华ꎬ王佳.机器视觉在工业领域中的研究应用[J].现代制造工程ꎬ2007ꎬ321(6):129-133.[12]㊀曹诚诚.基于机器视觉的工业机器人定位系统研究[J].科技与创新ꎬ2020(14):69-70+72.[13]㊀ChaoxiangYꎬFeiLꎬJunnanY.Aproductformdesignmethodin ̄tegratingKanseiengineeringanddiffusionmodel[J].AdvancedEngineeringInformaticsꎬ2023ꎬ57.[14]㊀WangYꎬRenJꎬWangX.ResearchonTheDesignofAged-Ap ̄propriateIntelligentWearableMedicalProductsBasedonKanseiEngineering[J].ArtandDesignꎬ2023ꎬ6(3).[15]㊀兰巍.理性化汽车造型的设计方法研究[D].长春:吉林大学ꎬ2010.54。
四自由度树干喷涂机的三维建模与运动仿真刘静;詹琦平;曾令亮;曹盛利【摘要】树干喷涂机用于对树干进行药液喷涂,由底座、机械手和控制部分等组成。
机械手具有四个自由度,可上下移动、水平张合移动、前后摆动、左右摆动,以适应形状各异的树木。
在Pro/E环境中对其主要零件进行三维参数化建模,实现了整机虚拟装配及运动仿真,获得机构在运动过程中位移、加速度等变化曲线,为整机设计提供技术支持。
%Trunk spraying machine, which is consisted of the base, mechanical arm and the control section, is used to spray drug on trunks.The mechanical arm has four degrees of freedom (4-DOF)so that it could move all around to adapt different shaped of trees.Based on Pro/E circumstance, the model of its main sections in 3D is simulated, virtual assembly and motion simulation for the whole machine are achieved, and the speed acceleration and displacement curve of mechanism during the movement process are also obtained.It could provide technical support for design.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P50-52)【关键词】树干;喷涂;Pro/E;三维建模;运动仿真【作者】刘静;詹琦平;曾令亮;曹盛利【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TH1321 引言每年11月左右,为了防止虫害和冻伤,园林工人需为树木刷上石灰药液,俗称“涂白”。
一种基于人机交互的树干智能涂白装置结构设计
付秀;辛颖;谷周澎
【期刊名称】《森林工程》
【年(卷),期】2016(32)5
【摘要】树干涂白具有防寒、杀虫等作用,近年来,已经越来越普遍地应用到树木的管理养护中.传统的树木涂白工具主要依靠人力进行工作,为解决其工作效率低、劳动强度大并且人工费不断提高的问题,设计一种基于人机交互的树干智能涂白装置.装置由太阳能供电,推动把手通过万向轮驱动,利用滚珠丝杠带动机械手上下移动涂白,机械手方向控制转盘与滚珠丝杠和旋转轴相互配合,有利于倾斜弯曲树木的涂白.装置主要由控制与供能部分、涂白剂装盛部分以及机械手三大部分组成,具有结构简单、操作方便、清洁环保、稳定可靠等诸多优点.
【总页数】4页(P55-58)
【作者】付秀;辛颖;谷周澎
【作者单位】东北林业大学工程技术学院,哈尔滨150040;东北林业大学工程技术学院,哈尔滨150040;东北林业大学工程技术学院,哈尔滨150040
【正文语种】中文
【中图分类】S436.8
【相关文献】
1.基于人机交互的红外探测式智能导盲装置设计 [J], 刘芳;张臻;陈文超
2.基于SolidWorks的自适应式智能树干涂刷装置系统研制与开发 [J], 蒋小辉;胡
川;张官祥;何煌;葛佳
3.基于人机协作的树干涂白装置研制与开发 [J], 唐磊生;侯静;崔一帆
4.基于视觉识别和人机交互的智能垃圾分类装置 [J], 吴国雄
5.基于人机交互的红外探测式智能导盲装置设计(英文) [J], 刘芳;张臻;陈文超因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。