Analysis on the migration of first-generation Mythimna separata (Walker) in China in 2013

Mythimna separata (Walker) is an important pest which can cause serious damages to cereal crops. In the past two decades, several heavy outbreaks have taken place in northern China. In order to develop a fine-scale method of forecasting outbreaks, population data were collected in northern China using searchlight traps and ground light traps. A background weather pattern analysis and trajectory analysis were performed via the Weather Research and Forecast (WRF) and FLEXPART models. Our results showed that heavy migration of first-generation M. separata appeared in northern China in 2013. In Yanqing District, Beijing, the cumulative number of captured adults in searchlight traps was around 250 000 and the daily maximum for trapped moths was 86 000. During the peak period, the majority of M. separata moths arrived after 00:00 every night. The sex ratio (female:male) at each monitoring site was greater than 1 and greatly fluctuated with population dynamics. During the migration peak, prevailing downdraft winds benefited M. separata moths to land passively. Trajectory simulation showed that immigrants were from Anhui, Jiangsu and Hubei provinces and most of them could continue to fly into the northeastern regions of China. These results provide technical support for fine-scale forecasting of the outbreak of M. separata at meso- and micro-scale.     

Large scale sand saltation over hard surface:a controlled experiment in still air

Saltation is the major particle movement type in wind erosion process. Saltating sand grains can rebound up to tens of times larger in length and height over hard surface(such as gravel surface) than over loose sand surface. Gravels usually have different faces, causing distinct response of the impacting grains, but the effects of the grain and gravel-surface contact angle on grain rebound are not yet well quantified. We performed full-range controlled experiments of grain saltation using different contact angles, grain sizes and impact speeds in still air, to show that contact angle increases the height of representative saltation path but decreases particle travel length. The results were compared with outputs from the COMprehensive numerical model of SALTation(COMSALT). Large saltation height of 4.8 m and length of 9.0 m were recorded. The maximum and representative saltation height over the gravel surface were found to be about 4.9 times and 12.8 times those over the loose sandy surface, respectively. The maximum saltation length may be reduced by 58% and the representative saltation height may be increased by 77% as contact angle increases from 20° to 40°. We further showed that the collision inertia contributes 60% of the saltation length, and wind contributes to the other 40%. These quantitative findings have important implications for modeling saltation trajectory over gravel surface.     

自然水体中超声波标记鱼游动轨迹精密确定算法

针对鱼类关键生境位置确定的应用需求,该文提出了一套适用于自然水体的超声波标记鱼定位算法,解决了标记鱼定位以及存在粗差观测值,即水听器记录的超声波信号接收时间存在错误情况下算法的抗干扰性。宜昌黄柏河的实测结果表明,基于现有1 ms级精度的水听器,可在自然水体中获得2.15 m精度的信号标记鱼三维游动轨迹。如因气泡、遮挡等因素对水听器观测数据引入粗差,当粗差量级在10 m以上,该方法可接近100%探测出是否存在粗差。当粗差观测值在3个以内时,该方法的探测成功率可达84.3%以上,3个以上时粗差探测成功率明显下降,5个及以上,即粗差观测值个数占观测值总数的比例大于31.25%时,基本只能探测出观测数据中存在粗差而无法有效确定粗差。该研究可为渔业增殖、鱼类栖息地保护、鱼类洄游通道等研究提供参考。     

葡萄采摘4-DOF机械臂设计与虚拟样机仿真

为实现篱架式栽培的食用葡萄自动化采摘,设计了一种关节型四自由度(4-DOF)机械臂,并利用DH参数法建立机械臂的连杆坐标系。通过MatLab里的Robotics Toolbox建立机械臂的数学模型,对机械臂的正、逆运动学进行仿真,对末端执行器走直线轨迹进行了轨迹规划。利用ADAMS建立机械臂的虚拟样机,将轨迹规划仿真数据作为驱动,进行动力学仿真,获得夹持2kg葡萄时腰关节、肩关节、肘关节及腕关节所需驱动力矩分别为95、52、48、12N·m,从而为采摘机械臂的物理样机制造与采摘试验提供了技术依据。     

油菜钵苗移栽机栽植机构参数匹配与轨迹分析

针对油菜钵苗移栽机的结构参数对栽植稳定性的影响及拖拉机田间作业时部分工作参数受载波动影响栽植性能等问题,采用ADAMS建立参数化模型,开展栽植机构结构参数(栽植臂、从动栽植臂、连杆)及作业参数匹配研究和轨迹分析,确定机组前进速度v(m/s)与栽植频率f(株/min)的匹配范围。结果表明:当栽植臂长度为300mm、从动栽植臂长度为305mm、连杆长度为95mm时,栽植轨迹高度为225mm,其中连杆长度对栽植性能有较大影响;在理论可行范围内,当f/v比值为200时,栽植轨迹达到最优,且随机组的前进速度增加,对应的可行栽植频率范围呈线性关系随之增大,栽植机构可适应株距范围为240~375mm。同时,应用高速摄像在线观察得出,栽植机构实际运动轨迹与理论分析基本吻合。田间试验表明:穴深合格率为90.7%,变异系数为7.1%,穴口长度合格率为84%,变异系数为6.6%,满足栽植要求。     

基于有限元方法的凸齿镇压器运动学和动力学分析

为探索凸齿镇压器在作业过程中的运动学和动力学特性,基于验证有效性后的有限元模型,求解了凸齿镇压器外缘点运动轨迹和速度以及加速度随时间的变化规律曲线。结果表明:轮缘点所在凸齿冲击土壤的行为并未在轮缘点竖直方向速度最大时完成;凸齿镇压器轮缘外一点的绝对运动轨迹呈波动状态的余摆线形式;凸齿镇压器轮缘点在接地位置有与前进方向相反的相对滑动。     

基于COSMOSMotion太阳能跟踪凸轮机构的设计

太阳能跟踪技术的发展对于太阳能利用的推广具有重要的现实意义.该文设计的凸轮推杆机构具有“单一驱动,双向跟踪”的功能,巧妙地实现了控制单一动力源,同时跟踪太阳方位角和高度角的目的.该文采用穷举法,确定跟踪装置各结构件尺寸,同时借助matlab软件计算出全年每天高度角运动的数据点,并通过COSMOSMotion软件将所有数据点导入,快速仿真出凸轮轮廓线,并且应用SolidWorks三维软件完成了太阳能跟踪装置机械部分设计工作.通过在样机上的实际测试与太阳高度角的理论位置对比得到太阳跟踪机构实际误差精度在7％以内.这种跟踪机构与同类其它产品相比,具有耗能小、可靠性高、抗干扰能力强、易维护等特点,适用于各种小型民用太阳能利用装置.     

基于摆线运动的黄瓜采摘机器人终端滑模轨迹跟踪控制

黄瓜采摘机器人是机器人技术在农业中的具体应用,而快速稳定地到达目标采摘点的轨迹规划则是黄瓜采摘机器人研究的主要内容之一。根据摆线运动曲线光滑,并能在有限区间的端点产生零速度和零加速度的特点,将其应用于黄瓜采摘机器人关节空间的轨迹规划,该方法计算简单,实时性好。同时,为了实现对期望轨迹的精确跟踪,构造了一种快速非奇异的终端滑模控制器,采用指数和幂次结合的趋近率方法,引入非线性滑模面,突破了普通滑模控制器在线性滑模条件下渐进收敛的特点,并且不会出现传统终端滑模控制的奇异性和抖振问题。李亚普诺夫稳定性分析和仿真试验证明：它能够准确的跟踪期望轨迹,并能使位置跟踪误差在有限时间内收敛到零,响应时间短,跟踪效果好。     

微小迷宫流道中的沙粒沉积规律

为了分析迷宫型微小流道中沙粒沉积规律,通过计算流体动力学软件FLUENT对灌水器内部流场进行了分析,研究了灌水器中沙粒运动轨迹及沉积规律。研究表明：碰撞反弹系数对沙粒沉积规律影响很大,灌水器各流道单元速度场分布相似,压力场差异较大,沙粒运动轨迹基本不受各单元压力场变化的影响;粒径是影响沙粒沉积的最主要因素,粒径越大,沙粒的沉积危险系数越大;灌水器入口压力越大,沙粒的沉积危险系数越小。对沙粒沉积规律的研究,有利于深入地了解灌水器的堵塞机理,为灌水器抗堵塞设计提供一定的依据。     

基于RBF网络的果蔬采摘机器人运动轨迹控制研究

为了提高果蔬采摘机器人机械手运动的精确性,提高机器人移动的效率,提出了一种基于遗传算法和RBF网络的机器人运动轨迹控制方法,并对果蔬机器人机械手的活动和整体的移动轨迹进行优化,有效地提高了果蔬采摘机器人的工作精度和作业效率。为了验证设计的采摘机器人的可靠性,在大棚内对机器人的采摘性能进行了测试,包括机器人移动路径规划和机械手路径规划。通过测试发现:使用RBF神经网络算法可以有效地控制机械手在三维空间内的运动;在遗传算法控制下,机器人可以通过较少的计算次数利用神经网络算法搜索得到最优路径,计算精度达到了99%以上。其计算精度及效率高,为高效果蔬采摘机器人的设计提供了较有价值的参考。