基于遗传改进人工势场法的全区域平粮机器人路径规划

首先介绍基于激光全局定位的平粮机器人定位方法,然后提出一种基于遗传改进人工势场法的全区域移动平粮机器人路径规划方法,该方法能克服平粮机器人在障碍物附近易于震动和障碍物在目标点附近导致目标点不可达等现象。与人工势场法相比,基于遗传改进的人工势场法对平粮机器人的路径规划能使机器人能准确避开障碍物到达目标点,而且在同等条件下,机器人到达目标点步数和路径都相对减少,运动轨迹更为平滑和稳定。最后进行仿真实验,仿真实验结果验证所提出路径规划方法的有效性和正确性;同时提出机器人以横向、纵向行走的平粮策略对工作环境进行全区域平粮。     

山地电动履带底盘设计与仿真分析

针对丘陵山区地形起伏大、地块碎小、土壤粘重等复杂的农机作业背景,以及现有农机作业对高效、安全、环保的履带底盘需求日益增长的现状,设计制造了一种山地电动履带底盘。通过Solidworks软件建立履带底盘模型,并借助Adams多体动力学仿真软件对底盘的爬坡、过沟和越障性能进行了动力学仿真。仿真结果表明,最大爬坡角度为25°,最大过沟宽度为400 mm,最大跨越垂直障碍物高度为200 mm,仿真试验验证了底盘在行驶过程中的可行性,为进一步优化丘陵山区农业机械底盘结构提供了参考。     

丘陵山区农田信息采集车底盘爬坡性能仿真

针对丘陵山区精细农作时农田信息数据采集困难的现状,设计了一种新型的丘陵山区农田信息采集车底盘。为了提高该底盘的爬坡性能,运用多体动力学仿真软件RecurDyn中的低速履带模块(Track-LM),建立了该底盘的虚拟样机模型,并对其纵向和横向爬坡性能进行仿真研究,分析了不同坡角和路面对该底盘行驶速度、俯仰角、侧倾角及侧履带压力的影响。此研究可为改善该底盘爬坡性能提供理论依据。     

崎岖山地环境履带机器人降维变系数控制方法研究

针对崎岖山地环境下自走式履带机器人自走姿态波动大、跟踪精度低等问题,研究了三维崎岖路面履带机器人控制方法。通过分析机器人在二维平整路面与三维崎岖路面的运动学模型,建立了降维运动学几何模型;设计了一种基于降维变系数的滑模控制方法,实现三维崎岖路面履带机器人的运动控制,并进行了平整路面与崎岖路面的路径跟踪仿真与试验。仿真结果表明,平整路面仿真中,行驶方向误差逐渐减小并趋近于0,侧向位置误差在±0. 2 m内波动,并可在1 s内完成姿态调整;崎岖路面仿真中,三轴位置误差均控制在±0. 1 m范围内,同样可在1 s内完成姿态调整。路径跟踪田间试验结果表明,平整路面和崎岖路面机器人跟踪稳定后的横向误差分别为-2. 9～8. 8 cm、-14. 3～21. 5 cm,姿态误差分别控制在±2°、±5°内,能够满足实际跟踪需求。     

履带自走式水果采摘作业平台的设计与试验

为解决水果采摘高度超过5m时作业难度大、安全性差、效率低的突出问题,研制一款新型履带自走式水果采摘作业平台,最大作业高度可达到12m。通过建立整车行走系统的数学模型,进行动力匹配计算;使用ADAMS对臂架的作业性能进行动态仿真分析;最后在柿子果园内进行场地试验测试。结果表明:整车具有不低于40%的爬坡能力且原地转向灵活自如;在300kg承载的条件下,作业过程中各油缸承载力的测试数据与仿真计算结果的最大值误差均不超过10%;整车的动力性能和作业性能满足果园高空采摘的使用要求。     

橡胶履带轮履带周长建模与试验

橡胶履带轮用于更换轮式车辆的轮胎,以提高其越野性能。为避免脱带和履带过度拉伸,使履带周长与轮系相匹配,提出了一种基于轮系中各轮相对位置变化的橡胶履带周长建模方法。在多种地形条件下,使用多相机视频测量系统对轮系中各轮上标记点进行追踪,利用采集到的标记点坐标重构各轮轴线,并进一步采用该方法重建履带周长。在平整钢板上的试验结果表明,由于履带弯曲刚度不均匀,构建的履带平均周长为3 791.62 mm,标准差为3.51 mm,比履带实际周长3 812 mm略小,且略有波动。根据在多种地形条件下的测量结果构建的履带周长,其标准差与平整钢板上一致,均为3.5 mm左右。平均值在3 787.78~3 794.75 mm之间,基本与平整钢板上的履带平均周长一致。因此,橡胶履带周长建模方法能够在多种地形条件下评估履带周长,为履带轮设计提供依据。     

基于虚拟样机的桁架式喷洒车稳定性动力学仿真

为了提高卷盘式喷灌机桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力,克服喷洒车试验周期长、成本高、试验优化能力受限制的缺点,采用虚拟样机软件ADAMS建立JP75型喷灌机桁架式喷洒车的动力学参数化仿真模型,对喷洒车的纵向、横向抗倾覆性以及爬坡能力进行了仿真。分析了不同坡度角工况下影响桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力的几种关键因素,采用二分法控制仿真坡度角的变化,对各因素的影响程度进行了仿真试验研究,提高了仿真速度。通过对影响爬坡和倾覆性能较大的地面粘附系数、质心高度、轮距等关键因素进行优化,使临界爬坡角比现有喷洒车提高了21.48%。优化后新机型的试验运行结果表明,在同样坡度工况下新机型倾覆次数明显减少,能够达到的最大爬坡角得到提高,仿真优化取得明显效果。     

小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验

小型山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)在田间行驶时,常遇到台阶、砖头、石块、田埂等障碍,严重影响其通过性及稳定性,进而引发侧滑甚至倾翻等安全问题。为此,选取最难跨越的台阶作为研究对象,对山地拖拉机爬坡越障性能进行研究。首先,对山地拖拉机爬坡时跨越台阶的运动过程进行分析,得到求解最大越障高度的计算公式;然后,基于多体动力学分析软件Recur Dyn进行了正交和单因素变量仿真试验,仿真结果表明:越障速度、坡度角和拖拉机质心位置均显著影响山地拖拉机的最大越障高度,增大越障速度和质心-支重轮距、减小坡度角和质心高度均可提高山地拖拉机的爬坡越障性能;最后,基于自主设计的山地拖拉机进行了爬坡越障田间试验。结果表明,在速度1.6 km/h、坡度角为0°～15°工况下,试验结果与理论计算及仿真试验结果基本一致,理论计算与仿真试验的最大相对误差分别为5.17%、6.47%;在坡度角大于15°工况下,理论计算与仿真试验最小相对误差分别为13.25%、19.21%。说明所得到的山地拖拉机最大越障高度计算公式及仿真模型在坡度角为0°～15°时有效。     

拖拉机半履带行走装置设计与试验

针对丘陵地区轮式拖拉机田间作业时爬坡能力差、作业效率不高的问题,研究开发了一种半履带拖拉机行走装置。该装置主要由行走支架、减速机构、履带驱动轮、导向轮、若干支重轮、橡胶履带以及张紧轮机构等部件组成,对有一定坡度的山地适应能力好、不易打滑。田间驱动性能试验表明:拖拉机前轮线速度和履带驱动轮的线速度相对误差控制在4%以内,符合动力机械田间作业性能要求。该履带行走装置的成功研制对推动丘陵山区农业机械化的发展有重要意义,也为其他企业或科研院校研制开发半履带拖拉机提供了参考。      

履带式果园作业车平地直行和转向仿真研究及试验

采用多体动力学仿真软件Recur Dyn的履带车辆子系统Track(LM)建立履带式果园作业车多体动力学模型,并进行仿真分析,着重对履带式果园作业车在平地直行和平地转向两种工况进行动态性能仿真,并判断整机稳定性能。通过对履带车的接地压力、沉陷深度、行走阻力、转向角速度和转向角加速度的仿真分析及作业车辆平地直行和180°进行转向试验,结果表明:整机模型有效,验证了仿真模型的正确性,为履带式果园作业车进一步的改进设计提供了理论参考依据。