防风固沙机器人通过能力的试验研究

为了解决CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人在沙漠地区通过能力的问题,提出了切线牵引力和行驶阻力的计算公式,采用挂钩牵引力和牵引性系数作为通过能力的评价指标。试验结果表明,该机器人在沙漠中有较好的通过能力,能够满足草方格铺设作业的要求。     

沙地车轮牵引通过性分析

装用普通充气弹性轮胎的轮式车辆在沙地上行驶时,由于车轮滑转下陷,使车辆难以通过。开发新的车辆行走机构对提高沙漠车辆通过性至关重要。本文采用试验分析方法,研究了车轮在沙地上的牵引通过性,探索了约束沙土流动和改变车轮与沙地作用方式对牵引通过性的影响,指出了提高车轮在沙地上牵引通过性的有效途径,为开发轮式沙漠车辆提供了依据。     

简单下压式固沙插草试验研究

为合理地选择草方格铺设装备关键部件的工作参数,进行了插草刀盘在竖直方向的插草试验。在实验室内再现沙漠实际地表的沙土状况,使刀盘以指定速度匀速向下运动,将草体插入至沙土土床指定深度,主要分析刀盘的刀型、插入速度、草的铺设厚度对刀盘插草阻力及刀盘正下方土压力的影响规律。试验结果表明:刀盘插草阻力几乎不受插草速度的影响,受刀型的的影响偏差分别为3.23%、3.13%、5.03%,竖直阻力随着草铺设厚度的增加而增加;刀盘正下方土压力随着插草速度和草铺设厚度的增大而增大,直刃刀盘与圆刃刀盘在中间部分的土压力大小几乎相同,但其他位置处直刃刀盘下方的土压力大于圆刃刀盘下方的土压力。     

WTC5120TSM型工程车辆沙漠通过能力的研究

以我国西北部沙漠为样地测定了沙土的物理-力学性质,以WTC5120TSM沙漠车为对象进行了沙漠通过性的研究,给出了切线牵引力和行驶阻力的计算公式,以挂钩牵引力和牵引性系数作为通过性的评价指标。研究表明,WTC5120TSM沙漠车在该沙漠中有较好的通过性能,能够满足交通运输作业的要求。本文的研究方法还可以预测WTC5120TSM沙漠车能否在其它沙漠地区完成行走作业。     

防风固沙草方格铺设机器人总体设计

为有效治理沙漠、减少沙漠化的危害,设计了防风固沙草方格铺设机器人。该机器人由WTC5120TSM型轮式牵引车与草方格铺设机组成。牵引车上安装有控制系统、发电机组和水箱;铺设机由纵向压草机构、横向插草机构、液压站、气泵、监控系统等组成。该机器人可一次性连续铺设间距为1m,总宽为3m的草方格。与人工铺草作业相比,可提高铺设效率161倍,降低铺设成本80%左右,并适合在恶劣的沙漠环境下工作。     

一种用于沙障铺设的机器人设计

【目的】解决目前国内沙漠固沙机器智能化程度低、人工成本高、治理周期长等问题。【方法】课题组设计了一种新型的用于沙漠治理的智能固沙机器人,综合分析了设备的整体结构及工作原理,包括横、纵向送草机构、轧草机构等,并基于Boustrophedon算法和双向搜索算法,为设备搭载了GPS定位器,可根据实际情况对固沙机器人的种插路径进行规划,优化草方格的种植面积。【结果】该机器具备人工操作和智能操作两种模式,能够高效快捷地种插草方格,减少人工成本的投入,实现沙漠治理、防风固沙。【结论】本设计对治理荒漠化以及绿色植被的恢复工作具有较为重大的意义,可为沙漠地区提供技术支持和解决方案。     

轮胎-沙土相互作用的预测模型及试验研究

分析了车轮下土壤的切向位移,建立了考虑载荷作用方式对沙土压力－沉陷关系产生影响的弹性轮胎与沙土相互作用的预测模型。研制了一套车辆牵引性能电测试验装置,并在新疆沙漠地区进行了车辆牵引性能试验。结果表明,所建模型的预测值与实测值有较好的一致性。     

草方格铺设机器人多体动力学仿真与试

采用Pro/E和ADAMS软件相结合的方法,建立了草方格铺设机器人动力学模型,同时探讨了二者联合建模仿真的一般步骤.模型添加必要的边界条件后,对纵向压轮和横向插刀正常动作时的草方格铺设机器人振动状态进行了仿真.通过仿真,得到了牵引车、纵向铺设机构、横向铺设机构、纵向压轮和横向插刀质心的位移、速度以及加速度曲线.分析了这些曲线出现波动的原因,为进一步的优化提供了数据.通过试验,得到实际状态下的试验曲线,并与仿真曲线进行对照,证实了草方格铺设机器人仿真模型和仿真结果的合理性和可靠性.     

机器视觉在除草机器人中的应用

随着农业自动化技术和农业机器人技术的发展,许多国家和企业开始致力于机器视觉除草机器人的试验与研究。为此,在介绍机器视觉技术系统的基础上,结合除草机器人苗草识别的试验,讨论了机器视觉系统在除草机器人中的应用,详细分析了基于机器视觉的苗草识别系统,并优化其系统的硬件、软件结构、功能以及原理等。     

沙漠地区开发建设新灌区的若干经验

在沙漠地区发展灌区,建设新灌排工程等,是发展灌溉面积的措施之一。河套灌区在中卫北干渠进行了试验,在沙漠建渠道,用人工和植物固沙,沙漠区排水沟道的设计则充分考虑水流冲刷,对沟道防坍塌摸索了一条花钱少、见效快的草上植柳护坡办法,并在灌区内植树造林以固沙。这一经验对类似地区有一定的借鉴作用。     

多杆件横向推草装置设计与分析

立体固沙设备可实现秸秆沙障自动铺筑，横向推草装置是草方格横向铺设装置中重要的组成部分。针对草方格铺设装置所要完成的任务，设计一套既适合工作环境，又能完成推草任务的新型机构。利用计算机仿真技术，运用惯性力平衡原理对推草机构的翻草板进行改进设计，并用Adams软件对推草机构进行动力学仿真，结果表明，优化后的结构比优化前在受力上得到了改善。样机试验结果表明，该装置满足强度和设计功能要求。      

沙地草方格铺设轮仿真设计

草方格铺设轮是防风固沙草方格铺设机器人纵向铺设机构重要的工作部件.为此,根据铺设轮的工作条件与工作要求,应用力学理论建立了铺设轮滚动工作数学模型,应用Matlab/Simulink仿真软件建立了仿真模型.通过仿真及结果分析,确定了铺设轮设计主参数,实现了铺设轮的半实物仿真设计,为整机动力匹配提供了重要的参考依据.     

基于电磁阀减振器的1/4车辆半主动悬架非线性控制

在电磁阀减振器力-速度特性试验基础上,针对电磁阀减振器1/4车辆半主动悬架非线性特性和电磁阀减振器可调阻尼力输出饱和特性,提出一种基于输入饱和的滑模控制策略。建立半主动悬架1/4车辆非线性模型和输入简化的悬架参考模型。设计半主动悬架1/4车辆非线性模型滑模控制器,同时考虑电磁阀减振器阻尼力存在的输出饱和特性,设计辅助分析系统,以控制补偿信号对滑模控制器进行饱和补偿。Matlab/Simulink仿真与台架试验结果表明:设计的输入饱和滑模控制器能有效消除电磁阀减振器输出饱和特性影响,使电磁阀减振器半主动悬架车身垂向加速度、悬架动挠度等性能指标很好地跟踪或接近悬架参考模型理想输出,优化电磁阀减振器半主动悬架非线性控制与设计,有效改善车辆乘坐舒适性。     

沙区生态环境退化的本质——以甘肃河西沙区为例

我国的沙化土地面积总体在减少,但局部沙区生态环境仍在持续退化。以河西走廊沙区,尤其是民勤沙区为例,从沙漠的形成是水资源退化的结果、水资源是干旱沙漠生态环境众多因子中的主导因子、水是植被存在的必要条件以及水是造林治沙的关键限制因子4个方面论述了沙区生态环境退化的本质是水资源的退化。沙漠生态环境退化的过程是自然因素相对减弱和人为因素不断增强的过程,人为因素主要是农业用水量大,在沙漠边缘盲目营造固沙林,人工水库、渠道和人工湿地的无效蒸发消耗等。提出了在沙区必须坚持以水定耕、以草定牧,严格限制在沙漠边缘盲目营造人工固沙林的建议。      

基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪研究

多指机器人手爪普遍存在指端作用力弱的问题,柔性机器人手爪也出现末端作用力不足的现象,采用气压驱动的软体手爪虽驱动力增强,但不利于手爪控制的准确性,为此,设计了一种基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪。该手爪每根手指的指尖、指中节采用滑块摇杆机构实现,不仅增强了指端作用力,而且结构简单、易实现。为避免手指与目标物的刚性接触,手指尖、指根运动均通过弹簧来实现手爪的柔性;指尖驱动弹簧设计得较软,有利于初始接触的柔性;指根采用腱传动方式,指根腱采用较硬的弹簧来传递舵机扭力,可保证足够的作用力;手指表面均设计有较平的表面,有利于粘贴触觉传感器。通过理论分析与计算,证明指尖可获得较大的作用力,并分析了弹簧的选取方法。通过抓取实验证明本文设计的机器人手爪具有较好的适应性和抓取能力;与本课题组前期设计的钢丝绳耦合欠驱动式机器人手爪进行了抓取力对比测试,结果表明,手爪的抓取力有了很大提升,最大抓取质量达1.71kg;通过测试指端正压力与驱动舵机旋转角的关系以及抓取典型目标物的损伤情况,证明了设计的手爪具有一定柔性。有关性能实验证明了设计的手爪具有较好的实用性。     

面向柔软物体抓取的遥操作工程机器人位置反力控制

为改善工程机器人系统的操作性,并提高在抓取和搬运柔软物体过程中的安全性,对主从遥操作系统的控制进行了研究,提出了位置速度/位置反力混合控制的方法。工程机器人在自由移动时,采用位置速度控制,工程机器人与环境间产生反馈力时,切换到位置反力控制。利用反馈力作为反馈信号,实现对力的间接控制。设计并开展了抓取与搬运柔软物体的实验,并对抓取和搬运过程中的物体最大变形量以及活塞杆平均位移进行了统计分析及配对t检测。结果表明:相比传统的位置速度控制方法,位置反力控制方法能够改善主从遥操作系统的操作性,确保在抓取和搬运过程中柔软物体的安全性。     

干沙性土壤区履带附着能力分析

履刺是保证履带车辆附着性能发挥的措施之一,通过履刺对土壤的剪切作用,能有效地提高履带车辆的附着能力。但在干沙性土壤地区(如中东沙漠地区),“外军”履带车辆的履带板形状却与传统履带板的形状有很大差别。为此,应用土力学基本理论分析了在沙漠土壤条件下履刺的作用。结果表明,在沙漠地区工作的履带车辆,履刺的作用是有限的或与无履刺履带板的作用是基本相同的;同时,考虑到履刺的扰土作用,可以得出履刺的作用反而是得不偿失的。