农田耕整载荷六维力传感器结构优化与解耦研究

针对农田耕整载荷大、测量精度低等问题,在经典十字梁结构基础上,设计了一种辐梁式六维力传感器,可同时测量力和力矩,通过仿真方法对传感器结构进行了优化,确定了应变梁长、宽、高分别为9、10、6mm;分析了传感器结构在载荷下的应变能力,确定了应变片贴片位置。对传感器开展了静态标定试验,基于标定数据采用改进型XGBoost(Extreme gradient boosting)机器学习网络对力信号进行解耦,并与常规网络进行比对。试验结果表明,改进型XGBoost模型在X、Y、Z方向力和力矩6种加载方式的测试集决定系数R2P分别达到0.9804、0.9418、0.9434、0.9868、0.9969、0.9822,预测效果较好,避免了陷入局部最优解。改进型XGBoost模型在六维加载力、力矩的R2P、测试集平均绝对误差（MAEP）均明显优于随机森林模型、传统多元线性回归,相较于传统多元线性回归方式,六维加载力、力矩的R2P分别提升22.57%、20.99%、23.32%、26.27%、26.05%、18.72%。基于机器学习的解耦算法可明显减少耦合误差的影响,提高传感器的测量精度, 为农机优化提供了技术支撑。     

分流式柔性铰六维力传感器刚度分析与结构优化

针对目前已有六维力传感器的不足,基于并联机构设计了一种分流式柔性铰六维力传感器。阐述了传感器的结构,通过等效法和微元法建立了其静力和刚度模型,对刚度模型进行了有限元仿真验证。基于遗传算法进行了结构优化设计,得到了传感器各向同性最优时的结构参数。最后对传感器进行标定实验。实验结果验证了静力模型的有效性,得到了传感器测量精度。传感器测量误差在1. 05%以内,能够精确测量未知外载的六维分量。     

基于PLC的播种机开沟器力学性能测试装置

设计了一种基于PLC的开沟器力学性能测试装置。该测试装置主要由开沟深度控制机构、六分力测试装置、液压系统和PLC控制系统4部分组成,通过闭环控制实时调节开沟深度,提高了开沟深度稳定性;对六分力测试装置进行了标定,结果表明,牵引阻力测量精度和最大相对误差为1.49%FS、3.7%,土壤垂直反力为2.1%FS、5.1%,侧向力为0.98%FS、1.9%。测试精度满足要求,且该装置能够完成不同类型开沟器的受力及开沟深度的测试。     

机械臂球铰锁紧结构设计与预紧力分析

针对机械臂关节锁紧,采用了球铰结构,使用碟形弹簧进行预紧,并建立三维模型。通过合理的条件假设,对球铰结构中球碗球头部分进行受力分析,根据球碗、球盖对球头的锁紧力矩须大于小臂所受最大扭矩的要求,且为满足严苛的使用环境,对球碗、球盖、球头表面喷涂防滑涂料,最后计算出碟形弹簧需要施加的最小预紧力。     

超声波流量计测试大型低扬程泵站流量的模型试验

针对大型低扬程泵站进水流道断面形状及流态变化复杂,难以选择时差式超声波流量计测流断面的实际情况,提出可通过对进水流道进行数值模拟来确定并优化超声波流量计换能器的安装位置,并对换能器的安装对数进行优化.结合南水北调东线工程宝应泵站水泵装置模型试验,对两款时差式超声波流量计与高精度水力机械试验台流量测试设备进行了对比测试.结果表明,两款流量计最大相对误差分别为1.60%和0.39%,均具有较高的测试精度,稳定性也较好,能满足泵站现场测试的精度要求.     

拖拉机自动驾驶转向轮角检测方法

以雷沃M904-D型轮式拖拉机为研究平台,采用WYH-3型无触点角度传感器,研究了轮式拖拉机转向轮角的标定和检测方法。介绍了拖拉机转向轮角度传感器的安装方法;采用带标度的转盘标定了角度传感器与拖拉机转向轮角之间的关系,标定结果表明,两者线性关系显著,相关系数超过0. 99。对轮角测试中存在的误差进行分析,提出基于最小二乘原理的转向轮角零位偏差估计方法,以估计车轮相对零位偏差。路径跟踪试验结果表明,其横向跟踪偏差的绝对值极值为2. 74 cm,偏差绝对值的平均值为0. 49 cm,标准差为0. 58 cm。提出的轮式拖拉机转向轮角测量模型在路径跟踪控制应用中表现出较好的效果,验证了转向轮角测试方案的可行性与准确性。     

水稻钵苗纵向送秧装置的设计与试验

为满足水稻钵苗移栽机送秧装置精准稳定的送秧要求,设计一种新型纵向送秧装置。此装置采用链轮驱动,通过弹簧钢丝拨动钵盘实现纵向送秧,提高纵向送秧的精度和稳定性。分析新型纵向送秧驱动机构的工作原理,建立秧箱链轮机构的运动学模型,并通过Matlab软件优化出一组设计参数。设计并研制纵向送秧装置试验台,进行纵向送秧精度测试试验以及取苗试验。试验结果表明:纵向送秧的偏差量在±2 mm范围内,且多次试验没有产生累积偏差,符合设计要求;试验台的最低取苗成功率为91.37%,新型纵向送秧装置送秧效果良好,结构设计可行。     

三轮非圆同步带传动试验台设计与应用

为了测试三轮非圆同步带传动机构的传动性能,并获取其传动精度,设计了三轮非圆同步带传动性能测试试验台,并进行试验研究。三轮非圆同步带传动试验台以工控机为主控、步进电机为动力,能够实现转速、负载和中心距可调和试验数据采集、实时显示、统计和分析的功能。定义了传动周期偏差率和传动比精度偏差率两指标,用于衡量三轮非圆同步带的传动性能。试验表明,试验台能够完成不同工况的三轮非圆同步带传动测试,负载和速度均影响传动比精度偏差率和传动周期偏差率,对传动周期偏差率的影响更大;当转速在0~300 r/min、转矩在0~50 N·m范围内时,试验所得主-从动轮传动比与理论传动比基本一致,主-从动轮传动周期偏差率为0.80%~4.80%、主-从动轮传动比精度偏差率为0.18%~1.23%;当转速为80 r/min、负载转矩为16.25 N·m时,其传动比精度偏差率0.18%、传动周期偏差率0.80%,为此试验范围内的最佳传动工况。     

表面涂镀层对摩擦型高强度螺栓安装力矩的影响及选用

通过对连接件轴向紧固力和安装力矩的理论分析和试验研究结果表明:螺纹紧固件的安装需保持一个有效的轴向夹紧力;在弹性范围内轴向夹紧力随安装力矩的增大而增大;而同样的安装力矩,扭矩系数大的轴向夹紧力反而小。高强度螺栓宜选择扭矩系数小的涂层来增大轴向力,合理选择表面涂镀处理有利于提高综合防松效果。     

淤泥对弧形钢闸门启门力影响的计算方法

为了估算泥沙淤积对弧形钢闸门启门力的影响,提出了一个计算公式.该公式将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体,同时考虑了泥沙附着力的力矩、梁格中附带泥沙重力的力矩、转动铰摩阻力的力矩、止水摩擦力矩、下吸力的力矩以及闸门重力和外加重力的力矩对弧形钢闸门启门力的影响.并利用该公式计算的弧形钢闸门启门力和西洱河二、四级电站泄洪闸门的实测资料进行对比得出：在门前泥沙淤积厚度较低的情况下,弧形钢闸门的启门力矩主要由闸门重力和外加重力决定,但是由泥沙引起的启门力矩变化也是不容忽视的,是导致闸门开启困难的影响因素之一,因此在设计过程中应充分考虑泥沙淤积对闸门启门力的影响,制定出合理的操作和维护方案,以防止闸门启闭困难情况的出现;该公式在计算门前有泥沙淤积情况下的启门力时,其计算精度能够满足工程实际需要.     

基于运动力学分析的六轴机械臂牵引控制设计

针对机械臂系统的位置/力学建模分析,对重构的模型进行静态和动态分析,降低了优化后机械臂结构的应力和应变,设计并优化了六轴机械臂的平行牵引控制。通过建立系统仿真模型并在MATLAB中仿真,在静态和动态工作条件下对设计的自适应位置/力控制器进行了求解和分析。经过多次迭代试验,证明联动六轴机械臂运动模型具有良好的运行稳定性,测试精度和误差范围都保持在较好水平,拓展了机器人的应用空间。     

张正友法的摄像机标定试验

针对机器视觉领域的摄像机标定问题,采用介于自标定与传统标定之间张正友法,对Sunway-130D数字摄像机进行标定。本研究首先阐述张正友法标定原理,即利用针孔模型匹配模板平面与其所成图像中的角点,计算出图像和模板之间的单应性矩阵,利用该单应矩阵线性解出摄像机内部参数,并由单应矩阵求出理想成像模型下的摄像机外部参数。然后考虑非线性畸变因素,求出畸变系数的初始值,最后对所有的标定参数进行迭代修正,通过非线性优化得到所有标定参数的最优解。制作模板并采集模板图像,利用MATLAB提取模板图像角点坐标并进行标定。结果表明:该方法可以有效地对摄像机进行标定;绝大多数偏差在(-1.5,1.5)像素之间,个别偏差超过1.5个像素,达到像素级精度,有较高标定精度。研究结果为进一步研究农业机械机器人奠定基础。     

基于帘线张力的轮胎应力测试技术

针对轮胎应力测试的难点,开发了轮胎帘线张力传感器.根据钢丝帘线的拉伸特性及张力测试原理.标定该传感器,使其测试量能够反映出实际轮胎的帘线张力.测试结果与有限元分析得到了很好的相互验证,表明该方法对轮胎帘线张力的测试是有效的.     

轮毂六分力信号测量及应用研究

对一种微型车的多轴向道路载荷信号的测量及其应用进行研究。在海南汽车试验场对该车的轮毂六分力信号以及后桥关键位置的应变信号进行了测量。应用Altair Hyper Works软件建立了该车后桥的有限元模型,其得到了静态标定试验的验证。以海南实测轮毂力信号作为输入,采用模态瞬态分析方法计算了后桥关键位置的应变信号,其与海南实测信号相比复现综合误差小于15%,精度较好。采用名义应力法对海南实测和上述计算应变信号进行了疲劳损伤计算,结果表明,它们也比较接近。所介绍的研究工作对于有效应用轮毂力传感器测量信号进行零件的虚拟疲劳试验具有参考价值。     

双螺母滚珠丝杠副导程误差与摩擦力矩关系研究

为了准确计算双螺母滚珠丝杠副的摩擦力矩,基于载荷和变形协调理论,分析了导程误差对载荷分布不均匀程度的影响,结合预紧力和滚珠形变提出双螺母滚珠丝杠副导程误差与摩擦力矩的关系模型。利用行程误差试验台测量不同精度等级丝杠的导程误差,并将各丝杠分别匹配同一套螺母、垫片、滚珠，组成丝杠副,测量滚珠丝杠副的摩擦力矩。结果表明,在考虑滚珠丝杠导程误差和滚珠载荷分布不均的情况下,导程误差与摩擦力矩呈线性关系,不同精度等级丝杠对应的摩擦力矩计算结果与试验值的相对误差为0~8.79%,均小于文献\[6\]模型的计算结果,从而验证了本文模型的有效性。     

基于VR技术的拖拉机控制系统应用分析

以拖拉机自动控制系统为研究对象,通过对自动控制模型分析,构建拖拉机自动导航控制系统方向与位置跟踪模型。根据目标路径与虚拟路径之间的偏差,计算出位置偏差与方向偏差,实现拖拉机导航自动控制系统的目标追踪。根据既定的路径跟踪模式,对控制系统进行参数优化,基于VR技术进行虚拟仿真实验,结果表明:自动控制系统能够主动实现对目标路径的追踪,且响应速率和精度与激励信号相关特性相符。     

基于MCGS物料悬浮速度试验台控制系统设计

物料悬浮速度是清选装置与气力输送设备研发的重要设计参数,针对目前物料悬浮速度试验台存在自动化水平低、操作繁琐、检测精度差等问题,设计基于MCGS物料悬浮速度试验台。通过该试验台进行多种物料的悬浮速度测定试验以及与传统试验台的对比试验。试验结果表明:该试验台悬浮速度测定结果相对误差3.0%,测试结果准确,满足物料悬浮速度的测试要求。     

汽车底盘系统关键连接点力矩的测试分析

本文根据实车路谱采集数据及仿真迭代计算,设置了底盘系统关键点的力矩值,通过对整车道路试验车的力矩及夹紧力测试,以分析验证底盘系统关键点力矩值设置的合理性,并进行优化,为新车型底盘系统关键力矩设计提供参考。     

基于轮胎力优化分配的车辆稳定性控制研究

为了改善车辆在低附着系数路面的稳定性,提出了基于轮胎力优化分配的车辆稳定性控制策略。整体控制方案采用分层结构的控制方法,上层横摆力矩控制器以跟踪期望横摆角速度为目标,输出保持车辆横向稳定性的修正横摆力矩;下层控制分配器通过最优化控制分配方法,合理、最优地分配各轮制动力大小,实现上层修正横摆力矩。采用MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真平台,验证所设计稳定性控制方案的控制效果,并与传统的单轮、单侧制动控制方式进行对比。研究结果表明,在低附着系数路面上,同时对多个车轮进行优化分配控制可以发挥更大的控制潜力,控制效果明显优于单轮/单侧制动控制方式。     

蜗壳式混流泵轴向力的数值计算与试验验证

以某型号蜗壳式混流泵为例,构建基于压力分布理论的无泄漏模型,提出并构建基于泵腔体内真实流动的泄漏模型,分别对2种模型在0.03Q_opt~1.20Q_opt工况下的流动进行仿真模拟,计算得出其轴向力随流量变化的曲线,并将数值计算结果、理论计算结果与试验结果进行对比,详细分析了不同轴向力计算方法的准确性及泄漏流动对轴向力的影响.结果表明:叶轮盖板后腔压力是混流泵产生轴向力的主要因素,泄漏流动可以有效降低其内部压力;基于无泄漏模型的数值计算法和理论计算法均建立在盖板腔内无泄漏的假设之上,忽略了泄漏流动对轴向力的影响,导致计算结果存在较大偏差,2种计算方法的最大误差分别为25%和44%.基于泄漏模型的轴向力数值计算数据与试验数据比较接近,最大误差在10%以内,计算精度大幅提升,说明基于泄漏模型的轴向力数值计算方法具有更高的准确性和可行性.