弧形鸭嘴式大蒜正芽播种机设计与试验

为解决大蒜正芽播种问题,设计了弧形鸭嘴式型大蒜正芽播种机,主要由单粒取种装置、鳞芽方向控制装置、直立下栽装置、传动系统以及机架、地轮等部分组成,可一次完成取种、换向、直立栽种和镇压作业。根据大蒜鳞芽外形尺寸参数,对播种机关键零部件进行了优化设计,设计了符合大蒜鳞芽外形尺寸分布的大、中、小3级取种勺;设计了弧形开口换向器,使芽尖弯曲大蒜鳞芽芽尖尽可能露出换向器;设计了中间轴随驱动圆盘同时旋转的直立下栽机构,实现11行下栽鸭嘴同时稳定作业,与弧形换向器配合实现芽尖不小于6mm大蒜鳞芽的正芽。以苍山四六瓣蒜和金乡杂交蒜为试验对象,进行田间播种性能试验,结果表明：行走速度在0.14~0.19m/s范围内,金乡杂交蒜的正芽率达到85%左右,苍山四六瓣蒜的正芽率达到90%左右,单粒率均达到93%以上,整体满足大蒜播种农艺要求。     

差速水稻钵苗Z字形宽窄行移栽机构设计

针对水稻钵苗宽窄行Z字形移栽农艺要求,提出了一种差速式水稻钵苗Z字形宽窄行移栽机构,利用差速轮系的不等速传动和空间传动,以空间轨迹实现水稻钵苗Z字形宽窄行移栽.将非均匀B样条曲线理论应用于非圆齿轮节曲线的拟合,并采用坐标变换方法建立了机构齿轮箱轮系的数学模型.将水稻钵苗Z字形宽窄行移栽的轨迹和姿态要求参数化为9个具体的运动学优化目标,编写了基于机构数学模型的可视化参数优化界面,利用该软件界面分析了传动箱非圆齿轮节曲线和齿轮箱非圆齿轮节曲线对轨迹形状的影响,以及斜齿轮螺旋角和取秧夹片长度与轨迹偏移量的关系.通过优化得到取秧段偏移量为3.9mm,取秧段轨迹有效长度为45.6mm,移栽机构离地高度为32.6mm,夹片离从动非圆齿轮牙嵌轴距离6.7mm的大环扣式移栽轨迹.完成了移栽机构的虚拟仿真与样机试制,利用自制试验台架、工业相机和图像处理软件对机构移栽臂运动轨迹和姿态进了分析,结果与理论数据吻合,验证了移栽机构方案的可行性和结构的合理性.     

番茄采摘机器人机械臂避障路径规划

以关节型机械臂避开垂直茎秆或撑杆采摘番茄为研究对象,提出了一种基于构形空间的关节型机械臂避障路径规划方法.利用空间映射原理,将关节型机械臂工作空间的三维避障问题转换为平面R-R机械臂避开障碍圆的问题,用临界碰撞关节角建立C-障碍空间的映射计算模型,将工作空间的位置避障转换为构形空间连杆关节角的计算.以能量最优函数优选避障规划的关节终点角度,利用A*算法计算平面R-R机械臂的避障关节角路径,获得一系列表示空间连杆位置的相交竖直面,并在竖直面内进行其余关节角的规划.避障采摘番茄的试验表明,机械臂带动夹持器能成功绕过直线状障碍物,引导夹持器到达果实目标位置,证明对平面R-R机械臂的空间映射建模是正确的,验证了提出的避障路径规划方法是可行的,可以应用于番茄的自动收获.     

农业自动行走车引导系统研究现状和发展趋势

精确农业概念的提出使农业自动行走车的研究得到重视。为此综述了农用自动行走车的引导系统的实现方法和特点，指出其发展趋势是机器视觉，GPS等多传感器融合技术的应用。     

基于节曲线凸性判别的行星轮系移栽机构解析

为了建立非圆齿轮凸性与理想移栽轨迹之间的直接联系,使行星轮系移栽机构更好地满足作业要求,提出一种基于非圆齿轮节曲线凸性指标的不等速行星轮系机构参数求解方法。根据给定的运动轨迹,建立全局坐标系;将轮系简化为二杆二自由度开链机构（2R机构）,建立基于移栽轨迹的机构运动求解模型,提出非圆齿轮节曲线凸性判定指标,确立轮系中心位置变化范围即解析区域。根据运动学原理,由二杆二自由度开链机构复演理想移栽轨迹,求解轮系传动比,建立不等速传动比计算与分配模型,得到杆长、杆长比、轮系传动比、非圆齿轮节曲线凸性值等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图。避免了调试非圆齿轮节曲线的盲目性、优化机构尺寸和结构设计中双臂干涉等问题,为设计可形成特定轨迹的轮系机构提供参考。对几种常见移栽轨迹进行计算分析,以“鹰嘴形”水稻钵苗移栽轨迹为例进行非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构的设计仿真与样机试验,仿真轨迹、试验轨迹与给定理想轨迹基本一致,验证了计算模型的正确性与设计机构的可行性。     

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。     

可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化

为提高果园的采收作业效率,该文提出了一种振幅可连续调节的单向拽振式林果采收机构。该机构主要由输出直线往复振动激励的曲柄摇杆滑块机构和实现振幅调节功能的曲柄滑块机构组成。该文对振摇机构建立了运动学模型,推导得到机构行程与调幅量方程。在满足振摇幅度及调幅量要求的前提下,采用遗传算法对变幅振摇机构进行尺寸优化。根据优化结果建立了变幅振摇机构的三维模型,在ADAMS软件中对调幅曲柄和振摇曲柄同时转动时的振摇机构动力学特性进行仿真分析。在上述理论分析的基础上完成样机加工并开展8 a树龄矮化山核桃田间采收试验,结果表明当调幅曲柄转速为7 r/min,振摇曲柄转动频率在5~14 Hz范围内连续变化时,振幅可调的单向拽振式林果采收机构能够实现山核桃的采收,平均采收率为63.9%。     

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.     

水稻插秧机分插机构人机交互可视化优化设计

利用可视化人机交互优化方法对水稻插秧机曲柄摇杆分插机构进行了优化设计,在建立分插机构数学模型的基础上,编写了具有可视化效果的人机交互优化程序,分析了各变量对目标和约束的影响,进而优化出满足插秧运动要求的结构参数.结果表明:采用基于可视化的人机交互优化方法易于实现,且操作简单方便,提高了优化效率.