农业机器人导航中两类纹理边缘的快速跟踪与透视变换

野外田间的主动摄像机视觉，尤其是对作物割过与未割过的高相似颜色表面进行实时识别与跟踪是一项极具挑战性的工作。提出了两种全新的快速分割方法，以用于农业机器人导航。其关键是基于多尺度特征提取，通过求取k-层行像素极值的加权均值来形成窄带兴趣区，以及基于相邻行像素两类特征证据增强与多证据模糊判别进行分割增强。提出了新的方法，分割出导向线能够自适应环境的一些变化。同时，本研究还提出了一种快速透视变换算方法和摄像机主姿态的一次性校正方法，能够在1 ms内完成对分割导向线参数的透视投影变换，在0.5 s内通过自校正获取相机的主姿态角。开发了一套对园艺草割过与未割过的边缘进行在线跟踪的分析软件。试验和相应的误差分析结果令人满意（160×120显示分辨率下，能在55 ms内自主做出经透视投影变换的作业机理想移动方向决策，普通难度的相似颜色序列图像的分割误差被控制在了平均5%以内）。对最佳适应步法（BFS）做了改进，提出了多行最佳适应步法（MR-BFS），在不降低正确性的前提下使其分割速度提高了100%以上。通过折衷组合多行最佳适应步法（MR-BFS）与多证据模糊增强法（MEFE）进行在线试验，获得了160×120分辨率下8～9帧/秒的边缘自动跟踪性能。边缘跟踪试验显示：自然图像中的不同色块和阴影对其分割影响不大，能够快速输出导向跟踪参数。如果待分割纹理表面的颜色距离相对较远，还可采用本文新提出的颜色分量运算＋颜色位屏蔽方法。该方法能在320×240分辨率下，在20～30 ms内实现全帧的鲁棒分割，获得田间实时的多边缘跟踪性能。该方法避免了耗时的计算和人的操作介入，可被进一步应用于农业机器人的实际导航控制中。     

椭圆齿轮行星系分插机构推秧装置的动力学模型的建立及验证

为了建立高速水稻插秧机椭圆齿轮行星系分插机构的动力学模型，必须分析推秧装置对该机构的作用。该文采用作者推导的解析形式刚体复合运动微分方程对该机构的推秧装置进行动力学分析，推导出推秧装置的动力学模型。通过编程计算得到：①推秧和碰撞过程行星架转角与拨叉转角及推秧杆位置的关系，并由高速录像验证；②在推秧和碰撞过程拨叉转动中心受力、推秧杆对栽植臂作用力和弹簧作用力与行星架转角的关系，为分析整个分插机构的动力学特性奠定基础。     

农业机器人开放式结构控制系统的研究

在农业机器人控制系统的设计上采用开放式结构的思想。分析了开放式结构控制系统对硬件和软件的要求，采用PMAC(Programmable Multi-Axes Controller)运动控制卡以PC+DSP(Personal Computer & Digital Signal Processing)模式构建硬件平台；以RTLinux(Real Time Linux)为实时操作系统建立相应的软件体系结构，编写了PMAC基于RTLinux的驱动程序，并开发了相应的控制软件，设计出了具有开放式结构的农业机器人控制系统。以二自由度运动平台为控制对象进行了控制性能和实时性测试，当控制参数调整为：比例增益为19000，积分增益为1000，微分增益为1000，速度前馈为4700，加速度前馈为20，具有良好的瞬态特征、位置控制和速度控制性能；在RTLinux和Linux下运行相同任务消耗的时间分别为28.03s和30.28s。结果表明，该系统具有良好的控制性能和实时性。     

基于球面曲线的空间非匀速行星轮系分插机构逆向设计

针对目前非圆锥齿轮行星系分插机构运动轨迹、姿态设计中存在的对机构参数选择和参数对设计目标影响的不确定性问题,提出一种基于球面曲线的空间行星轮系机构逆向设计方法。在利用样条曲线描述光滑、连续、封闭理想平面插秧轨迹的基础上,采用保测地曲率投影方式将平面轨迹映射到给定球面获得目标球面轨迹;由二杆三自由度空间开式机构复演球面轨迹,并根据杆件的空间几何关系建立行星轮系机构的总传动比反求模型;通过在杆件上依附非圆锥齿轮、非圆齿轮,实现基于给定运动要求的各级传动比分配和齿轮节曲线再现;利用Matlab编写反求程序,并在高速水稻宽窄行分插机构的设计中,实现非圆齿轮—非圆锥齿轮行星轮系宽窄行分插机构的参数反求。最后,通过设计并加工机构实物进行台架试验,由高速摄像技术测试并得到了与给定球面轨迹一致的插秧轨迹,验证了方法的可行性,为宽窄行分插机构设计提供了新的方法。     

论如何发挥远程教育在新农村建设方面的作用

党的十六届五中全会曾经明确指出:建设社会主义新农村,不断推进新农村信息化建设。在推动新农村信息化建设的过程中,远程教育起着至关重要的作用。远程教育是集计算机网络技术、现代教育技术、多媒体通讯技术为一体的,其特点传统方式无法比拟,因此远程教育在新农村建设上的作用不可小视。     

基于小波多分辨率分解的农田障碍物检测

针对基于颜色或高度信息的农田障碍物检测方法仅能实现部分障碍物检测的缺点,提出了基于频率信息的检测方法.采用小波多分辨率分解,利用田间作物产生主频信息的总量优势及作物行分布规律确定作物所在频率层.在作物层上利用图像旋转投影法校正图像的同时,获得航位偏差和航向偏差;依据频率分布特性的改变,检测出发生行遮挡的疑似障碍物位置;依据非杂草类障碍物频率变化比较缓慢,在小波多分辨率分解的最高频率层上实现不发生作物行遮挡的疑似障碍物的检测;最后采用立体视觉匹配及频率信息的先验知识判定检测到的是否为障碍物.实验表明算法能检测出包括长满草的土堆、田头等各类障碍物,并能有效去除断垄干扰,单帧图像处理时间平均为79 ms.     

基于单轴对称特性的稻种定向排序仿真与试验

根据稻种惯性特性及表面特性建立了欧拉动力学方程组,并利用Matlab对方程组进行数值仿真。结果表明,稻种绕x、y轴的转动是无条件稳定的,绕z轴的转动是有条件稳定的。分析了曲柄长度、曲柄角速度、导向板与稻种间摩擦因数、导向板倾角和振动板倾角等参数对稻种绕z轴转动的影响。根据仿真分析结果研制了振动式排种器,通过正交试验获得了一组满足z轴转动稳定性条件的较优参数。试验结果表明,在该参数下稻种定向率达89%,能满足超级稻的播种要求。     

旋转式分插机构运动学多目标非劣解群自动寻求

针对水稻插秧机分插机构优化过程中的多目标、非线性、交互性、模糊性以及优化结果不唯一等问题,建立了运动学参数的计算模型,通过对插秧性能各要求的模糊化得出各要求的隶属度,同时提出了对干涉的判定方法.在以各隶属度最大化为目标,运用优化算法求得一组较优解的基础上对该组解进行了区间扩张,将区间搜索转换为多目标优化问题,再次运用优化算法并通过 Visual Basic 6.0软件编程实现了自动搜索非劣解群的目的.结果表明:利用该方法可以迅速搜索得到运动学参数的范围,较人机交互优化方法更为快捷、方便,提高优化效率.     

基于学生全程参与科研的创新与实践能力培养模式的探索与实践

针对目前高校学生实践与创新能力培养存在的问题,探索出基于学生全程参与科研的创新与实践能力培养模式.介绍了该模式的定义、特征以及与传统的计划内知识传授培养模式的区别与联系;同时就该模式在实施过程中出现的若干问题进行探讨.经过对机械类学生多年的实施,取得了明显成效,证明该模式能强化学生的创新与实践能力培养,弥补了课内实践环节的不足.     

U型多槽锅式茶叶理条机传动机构的参数确定

基于多槽锅的运动学分析及茶叶的运动轨迹分析,选用三因素三水平表,通过正交试验得出影响理条机理条效果的传动参数,依次为曲柄转速、曲柄长度和多槽锅偏心距,并且得到最佳参数的配合数据.