林木采伐作业控制系统数字仿真

林木联合采育机是一种高性能现代林业装备，可在人工干预下完成采伐、打枝、去皮、造材等林木采伐连续作业。本书结合数字仿真技术，系统介绍林木联合采育机的控制系统仿真方法、数字虚拟驾驶仿真系统和人工林抚育采伐作业及造材控制虚拟仿真实验。首先，简述林木联合采育机的控制技术和数字虚拟仿真研究现状，介绍采伐作业目标激光测量、采伐机械臂运动学分析、路径规划与控制和采伐作业虚拟仿真系统；其次，介绍采伐虚拟驾驶仿真系统的整体架构、仿真场景构建、视景系统和仿真实验测试；最后，介绍人工林抚育采伐作业及造材控制虚拟仿真实验，此实验为重量虚拟仿真实验教学项目和重量一流本科课程。本书每章配有习题，可作为林业电气化与自动化、森林工程、控制工程、电气工程及其自动化等专业农林高等学校的研究生和本科生“控制系统数字仿真”和“电气系统仿真”课程的教材和参考资料，也可供其他相关专业的科技人员和研究生参考。

第1章 绪论
1.1 林木联合采育机概况
1.2 林木联合采育机控制技术研究现状
1.3 林木联合采育机数字仿真研究现状
1.4 本书结构
1.5 习题
第2章 采伐作业目标激光测量
2.1 引言
2.2 硬件构成
2.3 数据处理流程
2.3.1 实验环境
2.3.2 数据平面投影
2.3.3 数据聚类与滤波
2.3.4 获取立木参数
2.3.5 Fletcher-Reeves共轭梯度算法流程
2.4 实验结果
2.5 本章小结
2.6 习题
第3章 采伐作业运动学分析
3.1 引言
3.2 采伐机械臂DH建模参数
3.3 采伐机械臂运动学正解
3.4 采伐机械臂雅可比矩阵求解
3.5 采伐机械臂运动学逆解
3.6 采伐机械臂关节变量与液压驱动变量间的转换
3.7 本章小结
3.8 习题
第4章 采伐作业路径规划与控制仿真
4.1 引言
4.2 直线规划
4.2.1 速度规划
4.2.2 角速度规划
4.3 圆弧规划
4.4 自主路径规划与控制
4.5 本章小结
4.6 习题
第5章 采伐作业虚拟仿真系统
5.1 引言
5.2 OSG概述
5.2.1 OSG体系结构
5.2.2 场景图形与内存管理
5.3 构建基于OSG的MFC单文档应用程序框架
5.3.1 MFC及其应用
5.3.2 OSG与MFC结合
5.4 OSG模型构建
5.5 采伐作业虚拟仿真软件架构
5.6 虚拟仿真软件构成
5.7 虚拟仿真实验测试
5.8 本章小结
5.9 习题
第6章 采伐虚拟驾驶仿真系统架构
6.1 系统功能需求分析
6.1.1 物理模拟
6.1.2 驾驶培训场景及功能模拟
6.1.3 交互控制功能
6.1.4 软件人机界面
6.2 系统架构
6.2.1 软硬件整体架构
6.2.2 硬件选型
6.2.3 软件选型
6.3 本章小结
6.4 习题
第7章 采伐虚拟驾驶仿真场景构建
7.1 引言
7.2 采伐虚拟驾驶仿真场景分析
7.3 虚拟场景模型建立过程
7.4 模型建立
7.4.1 林木联合采育机模型建立
7.4.2 树木模型建立
7.4.3 地形地貌模型建立
7.4.4 天空盒制作
7.5 虚拟场景集成
7.6 本章小结
7.7 习题
第8章 采伐虚拟驾驶仿真视景系统
8.1 引言
8.2 碰撞检测
8.3 基本运动实现
8.3.1 采伐头运动实现
8.3.2 车体旋转运动实现
8.3.3 履带运动实现
8.4 采伐机械臂运动仿真
8.4.1 采伐机械臂层次关系分析
8.4.2 采伐机械臂运动仿真实现
8.5 树木模型虚拟切割
8.6 视景系统控制
8.6.1 多视角切换模块
8.6.2 跟随相机模块
8.7 本章小结
8.8 习题
第9章 采伐虚拟驾驶仿真硬件系统
9.1 引言
9.2 硬件系统通信
9.3 控制手柄与视景系统的通信
9.3.1 CAN总线
9.3.2 操作手柄信号测试
9.3.3 操作手柄数据采集
9.4 六自由度运动平台与视景系统的通信
9.5 本章小结
9.6 习题
第10章 采伐虚拟驾驶仿真实验
10.1 实验环境
10.2 树木模型虚拟切割实验
10.3 系统整体实验
10.4 本章小结
10.5 习题
第11章 人工林抚育采伐作业及造材控制虚拟仿真实验
11.1 实验基本介绍
11.1.1 基本情况
11.1.2 考核要求
11.2 实验原理
11.2.1 林区作业基本知识
11.2.2 抚育采伐工艺
11.2.3 采伐机定长造材
11.2.4 PID参数整定
11.2.5 对应知识点
11.3 抚育采伐作业实验
11.3.1 装备参数
11.3.2 实验过程
11.4 造材PID控制实验
11.4.1 实验参数
11.4.2 实验过程
11.5 本章小结
11.6 习题
参考文献