变驱动布局5R机构选型设计与实验

提出了变驱动布局的平面5R机构的选型设计方法,对其进行运动学分析,利用几何法建立了不同驱动位置的工作空间图谱,并提出了跟踪运动轨迹搜索可达工作空间的方法,为纸箱定制封装机构的构型应用提供了优选依据。通过分析纸箱摇盖折合的工艺流程,选择两个驱动电机轴线重合的5R机构,作为摇盖折合的手指机构原型。通过运动仿真提取了驱动电机的运动参数,将拟合的解析函数输入手指机构的控制程序中,经实验验证,实现了纸箱摇盖折合的预期运动轨迹,表明该手指机构运动具有良好的可控性。在此基础上,设计了一种区别于生产线作业的可重构纸箱包装机,通过装置模块结构的重组和控制程序重构,末端执行器的运动输出柔性可控,完成了不同尺寸规格纸箱的包装、胶带十字封装工作。     

基于地理加权回归模型的博斯腾湖湖滨绿洲土壤盐分离子含量高光谱估算

以博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,分析HCO_3~–、Cl~–、SO_4~(2–)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~++K~+等主要土壤盐分离子含量与土壤高光谱反射率的分数阶微分光谱变换与RSI、DSI、NDSI等二维土壤指数的相关性优选特征波段,构建基于地理加权回归模型的土壤盐分离子含量估算模型。研究结果表明:Na~++K~+的微分变换特征波段集中在468～724 nm与1 182～1 539 nm,二维土壤指数的特征波段集中在1 742～2 395 nm,基于RSI的特征波段优选下地理加权回归模型对Na~++K~+含量的估算效果较好,建模集R~2=0.94,RMSE=0.22,验证集R~2=0.74,RMSE=0.19;SO_4~(2–)含量在1.2阶优选的位于469～636 nm波段估算效果较佳,建模集R~2=0.91,RMSE=0.02,验证集R~2=0.75,RMSE=0.33;Ca~(2+)、Mg~(2+)优选的特征波段主要集中在912～2 340 nm的近红外波段;Cl~–含量在1阶的近红外波段建模效果较好,建模集R~2=0.74,RMSE=0.03,验证集R~2=0.93,RMSE=0.11;含量相对较高的Na~++K~+、SO_4~(2–)、Cl~–的地理加权回归模型精度高于含量较低的Ca~(2+)、Mg~(2+)。     

内蒙古草原植被覆盖度时空格局变化及驱动因素分析

植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover，FVC）是定量反映植被生长状况的重要参数，对水土保持、防风固沙等生态系统功能具有重要影响，多被用于监测植被长时间序列变化特征。为系统分析近20年内蒙古草原及不同类型植被FVC时空格局变化及其驱动因素，该研究基于MOD13Q1产品，首先采用像元二分模型反演构建2001-2020年内蒙古草原逐年FVC数据集，随后利用Sen + Mann-Kendall趋势分析探究内蒙古草原植被时空分布与变化特征，最后通过相关性分析和地理探测器方法分析内蒙古草原FVC对气候因子和社会经济因子的响应机制。结果表明：内蒙古草原FVC呈"东高西低"地带性空间分布特征，多年均值为0.44；不同草原类型FVC之间存在明显差异，草甸草原FVC（0.70）最高，草甸FVC（0.64）略低于草甸草原，典型草原FVC（0.41）次之，荒漠草原FVC（0.13）最低；内蒙古草原植被状态近20年来整体向好，FVC呈增长趋势的草原面积占77.96%，其中15.21%的草原区域显著改善，毛乌素沙地和科尔沁沙地最具代表性；内蒙古草原FVC与年降水（Mean Annual Precipitation，MAP）呈显著正相关区域面积占比为55.85%，在5个因子中，MAP的q值最大，为0.66，降水是驱动内蒙古草原FVC变化的主要气候因子。该研究揭示了内蒙古草原及不同类型植被FVC时空格局变化及其对气候和社会经济因子的响应，能够为评估内蒙古草原生态环境状况，治理退化、草原沙化提供借鉴和参考，为制定草原生态修复策略和实现草原可持续发展提供科学依据。     

农业装备自动控制技术研究综述

随着信息与控制理论的发展，自动化控制技术在农业装备领域广泛应用，促进农业生产的智能化、现代化与规模化。运动控制和作业控制是智能农机自动控制技术的两大核心内容，为无人农机在复杂环境下的高精度自主导航安全行驶和精准作业提供保障。速度控制与转向控制是智能农机运动控制的基础，导航跟踪控制是智能农机运动控制的主要内容。本文阐述了智能农机速度控制与转向控制的研究进展，总结归纳了基于几何模型、基于运动学模型和不依赖于模型的自动导航跟踪运动控制方法。然后，着重分析了智能农机在耕、种、管、收等各环节的作业机构控制以及多机协同作业控制方法。最后，指出构建更加精准的农机数学模型，研究面向复杂场景的先进底盘运动控制技术，发展人工智能与控制理论深度融合的农机控制技术以及提升农机农艺相结合的多机协同控制技术是未来智能农机自动控制技术的发展方向。     

运动副分布顺序对并联机构运动学与动力学性能的影响

根据基于方位特征(POC)的并联机构拓扑设计理论，设计了两种零耦合度且部分运动解耦的三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构，它们具有相同运动副类型和数目，但在支链中的分布顺序不同；对这两种机构进行了方位特征、自由度及耦合度等主要拓扑特征分析，并给出其拓扑解析式；根据拓扑特征运动学建模原理，求解了这两种机构的符号式位置正反解，分别分析了两种机构的工作空间和机构发生奇异的条件及奇异位形；根据基于虚功原理的序单开链法对两种机构进行逆向动力学建模，分别求得两种机构的驱动力；对比两种机构运动学与动力学性能，并给出优选机型。给出了优选机型用于水果深加工中智能分拣、输送等应用场景的概念设计。     

体感操控多臂棚室机器人作业决策规划算法研究

针对目前棚室内机器人作业分析算法智能性不足、准确作业率较低,且一次巡航过程只能进行单一作业,存在使用效率不高的问题,提出了一种搭载在三臂棚室机器人上,基于体感操控作业的决策规划算法,用Kinect采集含操作人员位姿信息的深度图像,结合随机森林统计学习理论和基于高斯核函数的Mean shift算法,确定了代表人体位姿的20个关键骨骼点坐标,在此基础上提出了一种基于模式切换的三臂映射关系,将骨骼点信息映射到机器人工作空间,使人的两只手臂能自如的控制三臂机器人,在一次巡航中完成多种棚室作业;此外,还提出了一种结合骨骼追踪技术和YCb Cr颜色空间的手势特征分割方法,实现了用手势控制机器人末端执行器作业。最后,搭建了用于测试体感决策算法的三臂机器人样机,进行了针对该决策算法的精确性试验,根据试验误差数据对肩部关节夹角采用离散化取值识别,解决了肩部关节识别误差,结果表明:测试者被捕捉到的关节处夹角和机器人对应关节夹角的最大映射误差为1.90°,上位机发送夹角值与机器人实际转动的夹角值最大误差为0.80°,在误差允许范围内,同时在该精度下完成一套采摘加喷施作业指令,平均耗时13.34 s,且操作者还可通过体感操控训练进一步提高机器人作业性能,表明该算法具有准确性和实用性。     

基于机器视觉的双圆盘式棉花打顶装置设计与试验

为降低人工打顶的劳动强度，减少化学打顶的环境污染，改善“一刀切”式打顶机构的过打顶情况，通过分析手工打顶过程，设计了一种双圆盘式打顶机构，并基于机器视觉，设计打顶装置单行样机，实现棉花打顶的全程自动化控制。该装置主要由打顶机构、视觉检测机构、运动机构和棉花顶尖识别及控制系统组成。基于棉田调研、结构计算和预试验，确定了打顶装置的整体结构和关键部件尺寸。结合视觉识别研究基础与实际应用，选用YOLO v3算法搭建棉花顶尖识别及控制系统，实现棉花顶尖的识别定位，完成打顶机构的运动控制。以打顶期棉花为研究对象，进行棉花顶尖识别试验、打顶机构性能试验和田间试验，结果表明：棉花顶尖识别试验平均识别率为93%;打顶机构性能试验平均打顶率为94.67%;田间试验平均识别率为85.33%,平均打顶率为78.22%。研究结果可为棉花精准化与智能化打顶的研究提供参考。     

Unmanned aerial systems for modelling air pollution removal by urban greenery

Urban greenery plays an important role in reducing air pollution, being one of the often-used, nature-based measures in sustainable and climate-resilient urban development. However, when modelling its effect on air pollution removal by dry deposition, coarse and time-limited data on vegetation properties are often included, disregarding the high spatial and temporal heterogeneity in urban forest canopies. Here, we present a detailed, physics-based approach for modelling particulate matter (PM₁₀) and tropospheric ozone (O₃) removal by urban greenery on a small scale that eliminates these constraints. Our procedure combines a dense network of low-cost optical and electrochemical air pollution sensors, and a remote sensing method for greenery structure monitoring derived from Unmanned aerial systems (UAS) imagery processed by the Structure from Motion (SfM) algorithm. This approach enabled the quantification of species- and individual-specific air pollution removal rates by woody plants throughout the growing season, exploring the high spatial and temporal variability of modelled removal rates within an urban forest. The total PM₁₀ and O₃ removal rates ranged from 7.6 g m^-2 (PM₁₀) and 12.6 g m^-2 (O₃) for mature trees of Acer pseudoplatanus to 0.1 g m^-2 and 0.1 g m^-2 for newly planted tree saplings of Salix daphnoides. The present study demonstrates that UAS-SfM can detect differences in structures among and within canopies and by involving these characteristics, they can shift the modelling of air pollution removal towards a level of individual woody plants and beyond, enabling more realistic and accurate quantification of air pollution removal. Moreover, this approach can be similarly applied when modelling other ecosystem services provided by urban greenery.     

基于Fluent的打叶机内部流场数值模拟

烟草打叶机内部流场会影响打叶工艺的效果,为揭示烟草打叶机内部空气的流动规律,利用三维建模软件Creo通过滑移网格技术建立打叶机箱体结构及流场区域模型,并通过流体力学软件Fluent进行模拟仿真,得到打叶机内部的流场压力、速度、温度分布图。从数值计算结果看出,合理范围内的进风速度与刀辊转速不会对机箱内部压力、速度分布造成过大影响,在通入热流体后,打叶机内部温度呈现均匀分布,出料区内部会形成旋转回流场造成烟叶堆积,通过添加挡板或者底部进风口能够消除旋转回流场。