基于骨架关键点重规划的Voronoi图法路径规划

针对目前的Voronoi路径规划算法生成的Voronoi图弯曲冗余，依据Voronoi地图规划路径实时性差，规划出的路径弯曲，机器人导航时转折次数多、时间成本高、效率低等问题，提出一种基于骨架关键点重规划的Voronoi图法路径规划算法。首先对机器人构建的二维栅格地图进行预处理，去掉地图中的噪点和毛边，填充边界上细微的裂缝，然后提取地图的骨架，搜索出骨架中的关键点，将关键点按原来的相邻点连接关系重新连接，生成新的笔直的骨架，并采用降梯度采样方法平滑依据骨架规划出的路径。在经过多次仿真实验和实际实验验证后，证明本文算法生成的骨架比目前的Voronoi图和骨架更加简洁，数据量更小，机器人基于优化后的Voronoi地图能够更加快速规划出笔直的路径，具有良好的实时性，规划出的路径更短，转折次数更少，机器人导航过程中能够迅速到达目标点，导航效率高。     

自走式智能牛舍清洁机器人路径设计与研究

阐述了清洁机器人总体设计架构,并对清洁机器人驱动系统与控制系统进行分析。通过设计出清洁机器人全区域覆盖路径规划、基于感应回归算法的自动返回充电站路径规划与基于栅格地图的距离转换路径规划方法的自动返回加水站路径规划,实现了牛舍清洁机器人24h的清洁工作。根据全区域覆盖路径规划方法、感应回归算法与基于栅格地图的距离转换路径规划方法的设计应用,进行机器人运行轨迹规划算法的优化实现。实践证明:这些方法在清洁机器人路径规划方面得到了很好的运用。     

基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台设计

为向多台农业机械协同作业应用场景提供地图和导航服务支持，设计并开发了基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台，该平台由GIS服务和农机调度2个功能模块组成。GIS模块基于GeoServer和JavaWeb提供网页端地图服务，在显示农场地图、实时标注农机位置的同时，也提供多农机导航结果的可视化显示功能；农机调度模块以路径规划算法和任务分配算法为核心，负责提供导航服务，在用户输入任务列表并调用服务的情况下，以GeoJSON格式返回各农机的任务分配以及路径规划结果。此外，为了筛选出满足平台需求且性能最优的算法，针对路径规划算法设计了算法性能对比实验，在导航距离近、中、远的3条路径上分别测试了基于A*、Bellman-Ford、Dijkstra、Floyd和SPFA 5种算法的路径规划算法，并对不同算法的执行时间和最优路径长度进行了对比；针对任务分配算法设计了不同任务数量场景下的仿真对比实验，在任务数量为8、10、14、18的场景下分别测试了基于蚁群算法和遗传算法的任务分配算法，并对两者的执行速度和最优路径长度进行了对比。结果表明：基于Dijkstra算法的路径规划算法在结果最优的前提下执行速度最快,平均单次执行时间为0.25ms。基于遗传算法的任务分配算法可以有效降低多机协同的路径代价，相较于随机生成的工作序列，路径代价减少50%~54%；相较于基于蚁群算法的任务分配算法，农机最佳路径长度减少19%~36%，执行时间减少51%~66%，平均执行时间在1s以内。开发的多机协同导航服务平台通过使用Dijkstra算法和遗传算法分别进行路径规划和任务分配，能够基本满足多机协同作业的实时性需求。     

金属板材数控渐进成形螺旋线轨迹生成

在分析金属板材数控渐进成形特点的基础上,指出现行等高线运动成形方式存在的问题,提出了一种基于螺旋运动的数控渐进成形方式和基于STL数据模型的螺旋线成形加工轨迹的生成算法。利用顶点偏置方法生成STL模型的等距模型,采用一系列水平面和与Z轴平行的平面分别切割该等距模型,求出其交线的交点,并将其连接成螺旋线成形加工轨迹。算法应用实例表明,该算法能够生成无干涉的螺旋线成形加工轨迹。     

基于自动导航的农业装备全覆盖路径规划研究进展

目前农业机械向着大型化自动化发展,同时农业无人机也应用于农业植保作业,全覆盖路径规划作为农业机械导航的核心技术,对农业机械作业质量有着直接影响。基于目前全覆盖路径规划技术发展研究,按照传统规划算法以及启发式算法的分类对各种算法在农业机械导航上的应用进行介绍,并且对于各种算法的优缺点进行总结。基于算法发展趋势以及农业发展需要,提出算法满足多机协同、动态路径规划、多算法结合以及优化机械转向路线的发展趋势,为我国全覆盖路径规划研究提供重要依据。     

基于计算机网络算法的智能采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的路径规划能力,基于计算机网络算法设计了智能采摘系统。首先,采摘机器人采集农田图像时,基于PSPNet网络算法,设计改进型计算机网络算法,实现农田环境因素识别;其次,识别获得道路特征图,并进行图像处理,得到道路边缘,拾取道路两边缘中线离散点,进行引导线拟合;最后,采用双目视觉系统实现障碍物定位,进而建立路径规划函数,当路径规划函数取最小值时,道路规划最优。对引导线精度进行测试,结果表明：误差分布范围为-1.2%～5.3%。对障碍物测距进行测试,结果表明：机器人和行人之间的相对偏差分布区间为[-2.2%, 2.8%],和车辆之间的相对误差分布区间为[-2.9%, 3.4%]。     

水果采摘机械臂避障运动规划优化算法

避障运动规划是水果智能采摘研究中的一个重要方向,其目标是在复杂多变的非结构化果园环境中找到机械臂实时避障的最优路径。本文根据相关优化算法提出的时间先后顺序,介绍了几种避障运动规划的优化算法,包括基于图搜索的A*算法、基于最优化理论的人工势场算法和蚁群算法、快速随机树搜索算法和深度强化学习算法;重点介绍了几种算法的原理及其在机器人避障运动规划上的应用,比较了各类算法的优缺点,并对采摘机器人避障运动规划算法的发展趋势进行了展望。     

面向单点渐进成形工艺的成形路径生成方法

在分析单点渐进成形工艺特点的基础上,指出该工艺成形路径生成目前存在的问题,提出了一种面向该工艺的成形路径计算方法,及基于该方法的等高线成形路径生成算法。上述方法已应用到日本Amino公司单点渐进成形设备专用的工艺规划软件AFS2中,实际加工得到的零件表面具有较高质量。有限元模拟结果及试验结果表明,采用该算法生成的成形路径合理可行。     

基于VS-IRRT算法的采摘机械臂路径规划

针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题，提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing, VS-IRRT),具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进的RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略，增加树拓展的目的性，减小了树的采样密度，提高路径规划效率；引入贪心思想和B样条曲线，剔除多余节点，对剩下折线进行平滑处理，优化路径在机械臂上的实施效果；结合基于平移控制器的视觉伺服控制，减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟试验，结果表明，改进的RRT算法的采样点数较RRT^*-connect算法减少92.9%,规划时间较RRT^*-connect算法减少86.1%,路径成本较RRT算法也减少35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验，VS-...     

基于方向A*算法的温室机器人实时路径规划

针对复杂环境下的温室机器人路径规划问题,重点研究了生成路径的平滑设计、碰撞检测和算法实时性,提出一种方向A~*算法。首先采用"视野线"平滑原则优化路径,消除锯齿效应并避免部分碰撞;其次应用"圆弧—直线—圆弧"转弯策略,避免机器人本体宽度影响;最后基于二叉堆加速算法,提升算法计算效率。仿真实验结果表明,方向A~*算法满足平滑要求且能有效避免碰撞,加速算法平均提速4~7倍。同时,机器人在真实实验环境下能实现安全自主导航,跟踪误差小于0.15 m,验证了所提方法的可行性。     

基于重叠分片法的仿人研抛螺旋线轨迹规划

提出一种重叠分片算法，它可产生C^1连续的轨迹规划偏置环，依此给出仿人研抛螺旋线轨迹规划。用普通算法（非人工智能）模拟了人工研抛轨迹，消除了除工件边界外的所有刀具轨迹转折和棱角，产生的准螺旋线轨迹适用于高速铣削和研抛。给出加工重复率的定义，评估了加工效率并分析了适用的分片密度。本算法只需调节权因子w1就可连续调节加工重复率。全部算法通过了Matlab的仿真验证。     

基于曲面分区的多道次数控渐进成形轨迹生成

为实现含有直壁等难成形曲面的高效成形,以三角网格模型为研究对象,提出基于曲面分区的个性化多道次数控渐进成形方式和在各曲面分区内进行各道次成形加工所需轨迹生成方法.给出了基于可成形性的三角网格曲面分区算法和通过偏置来生成各曲面分区多道次螺旋线成形轨迹的方法.算法应用实例表明,该方法能够对曲面进行分区,并为相关曲面分区生成光滑连续的多道次螺旋线成形轨迹.     

东北半干旱地区节水灌溉技术组装模式优选研究

采用改进的层次分析法对东北半干旱地区的灌溉模式进行评价。针对AHP中判断矩阵的一致性问题,直接从判断矩阵的定义出发,用加速遗传算法同时计算AHP中各要素的排序权值和检验判断矩阵一致性。实例表明,改进的层次分析法权值计算精度高,对各个合理的方案进行优选评估,得出了可信度较高的优选方案。     

基于农田景物边缘的农业机器人自定位方法

自主行走农业机器人自定位技术是导航系统的关键技术，本文通过对机器人的近景成像几何建模，提出了利用虚点提取和检测实现从图像到场景现实空间的三维计算，并确定机器人与路径的相对位置、方向，从而获得了自定位信息的方法。实验证明了该方法的正确性。     

螺旋锥体离心式排肥器扰动防堵机理分析与试验

针对传统排肥器因肥料架空结拱堵塞而影响排肥性能的问题，通过构建螺旋锥体离心式排肥器排肥过程颗粒化肥的运动模型及扰动破拱防堵机理分析，阐明了螺旋扰动叶片破拱防堵作用机理。采用EDEM离散元软件，进行了有、无螺旋扰动杯的排肥器排肥过程仿真对比分析，螺旋叶片能够为肥箱出肥口与排肥器连接处及扰动杯内的颗粒化肥提供卷携扰动作用，同时可增大颗粒化肥下移速度，防止肥料架空结拱堵塞。高速摄像试验表明：肥箱出肥口与有螺旋扰动杯排肥器连接处的颗粒化肥做与弧形锥体圆盘转速相同方向的向下运动，颗粒化肥运动流畅，无断层下落问题；无螺旋扰动杯排肥器与肥箱出肥口连接处的颗粒化肥做缓慢的向下运动，且运动过程中出现了颗粒化肥断续下落问题。台架试验表明：有螺旋扰动杯的排肥器排肥频率稳定性系数在96%以上，排肥量稳定性变异系数不超过5.57%，满足施肥质量要求，明显优于无螺旋扰动杯的排肥器。     

螺旋槽干气密封系统轴向振动响应及结构优化

以密封静环为振子建立了气膜-密封环流固耦合系统轴向振动的计算模型,利用PH线性化方法、复函数分离变量法和小参数迭代法近似求解雷诺方程,求得了气膜动压近似解析式,进而求出了气膜推力.以此推力作为振动方程的激振力,建立了轴向单自由度受迫振动方程;利用龙格-库塔法求解,获得了不同螺旋角和槽深响应的振动相轨图和时间历程图,并分析了螺旋角和槽深对振动位移的影响.研究结果表明：螺旋角和槽深对振动参数均有影响,其中螺旋角对振动最为显著.改变螺旋角和槽深数值可以控制密封环的振幅,通过选择其最佳值可以保证干气密封运行的稳定性.本实例的最佳值为螺旋角74°58′48,″槽深5μm,与试验数据基本一致.     

基于解析计算的螺旋锥齿轮切削仿真算法

为检验螺旋锥齿轮数控机床的加工运动过程，提出一种基于解析计算的切削仿真算法。将刀盘切削轮坯形成齿面的过程离散成一系列刀片圆锥体切削轮坯层圆的切削运动，通过解析计算求解圆锥体和层圆的交点来获得分布均匀的齿面数据点，实现螺旋锥齿轮多次切削可视化仿真，并量化切削所用刀片数，生成具有真实齿面的螺旋锥齿轮数字化模型。仿真生成的齿面点与CAD软件求解的仿真齿面点一致，验证了算法的有效性。     

车辆道路模拟试验迭代算法研究

驱动信号迭代算法是道路模拟算法的核心内容，为了消除非线性的影响，采用频域迭代的方法逐步修正驱动信号，使系统的响应逼近于期望响应信号。给出了详细的驱动信号频域迭代算法，讨论了在迭代过程需要解决的两个重要问题，即判断迭代是否收敛和多段信号之间的连接。给出了迭代算法的程序流程图和利用此算法进行的道路模拟结果曲线。试验结果表明，利用迭代算法可以成功地进行道路模拟试验，收敛速度和模拟精度可以满足要求。     

Low Cost Satellite Data for Monthly Irrigation Performance Monitoring: Benchmarks from Nilo Coelho, Brazil

Irrigation performance indicators can helpwater managers to understand how anirrigation scheme operates under actualcircumstances. The new contribution ofremote sensing data, is the opportunity tostudy the crop growing conditions at scalesranging from individual fields to schemelevel. Public domain internet satellitedata have been used to calculate actual andpotential crop evapotranspiration, soilmoisture and biomass growth on a monthlybasis in the Nilo Coelho irrigation scheme,Pernambuco (Brazil). Satellite interpretedraster maps were merged with vector maps ofthe irrigation water delivery system.Monthly values of a minimum list ofirrigation performance indicators for thevarious service units in the pressurizedNilo Coelho scheme were determined. NiloCoelho is a good performing scheme. Theperformance can be improved further if 25%irrigation water is saved from February toJuly. The benchmark figures from thismodern irrigation system are presented forcomparitive analysis with other systems.The acceptable ranges in space and timeare presented. On average, 65% of thelateral pumping units on a monthly basisfall within the acceptable limits ofirrigation performance. Low cost irrigationperformance data based on low resolutionsatellite images (US$ 1/ha) will help themanagement team to focus on specificpumping units, and discuss alternativeirrigation and farm management strategieswith the stakeholders.