智能攀爬式树枝修剪机器人优化设计开题报告

1. 研究目的与意义

杨树是我国东北、华北、华中、西北等地区的主要种植树种之一,其具有适应性强、生长快、等优点,经济价值很高,广泛应用于建造速生林、生态防护林，建筑材料，人造板材和纤维材料，家具家居用材、饲料、农田景观、道路及城市绿化带等领域。

目前我国的杨树种植的营林抚育环节存在着缺少科学合理的管理以及作业时的机械化自动化程度低等问题，许多地区不重视对杨树侧枝的修剪，造成了杨树的成材率不高成活率低等诸多后果。研究一种智能高效的树枝修剪机器人，既可以避免人工修剪的高强度高危险性，同时又能提高修枝作业的效率与效果，有着很好的现实意义。

2. 国内外研究现状分析

国外研究：机器人的爬树原理可分为环抱爬树型、仿生抓刺型、夹持型以及缠绕型。其中环抱型被证明在树枝修剪工作中实用性更高。

环抱爬树型可分为单环与爬行轮相结合的连续式攀爬以及双环或多环间歇式攀爬。前者是将爬行轮均匀地环绕在树干上，利用轮子与树干表面的摩擦力克服重力，由电机或柴油机等提供动力，让机器人沿着树干实现竖直升降或螺旋升降，如日本岐阜大学设计的新型爬树机器人，利用四个爬行轮实现攀爬功能，并且可以利用自身的重力实现自锁，国内的大多研究也是依照此思路；后者是将两环上下布置，通过可伸缩的多个杆件连接，通过两环的交替夹紧以及杆件的伸缩实现攀爬功能，这类机器人主要是用于熏蒸、授粉、修剪 和收获高棕榈树等工作。

国内研究：山东农业大学研发的速生林高效修枝机，其原理类似单环爬行轮式机器人，由于整机还包括侧枝切割系统以及动力系统，机器自重较大，需要使用电推杆来增加轮胎与树干表面的正压力，从而增大摩擦力。切割系统为一固定在机器人机架上的链锯，其紧贴树干，当机器人螺旋上升时，链锯便可同时切割侧枝。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

①最新研究进展及成果资料收集整理。

②不同的方案的原理方法、作业效率的分析比较。

4. 研究创新点

（1）实现修枝机器人自主行走、寻树的功能；

（2）修枝工作部分自重轻（如实现爬树系统与动力源以及行走平台可分离）；

（3）修枝刀具采用多节柔性刀片，更易于修剪。