基于SimMechanics的秸秆收集装置建模与分析

为降低秸秆收集成本,促进秸秆离田实现多元化利用,设计了一种秸秆收集装置。简要介绍了秸秆收集装置的结构及原理,并利用MATLAB/SimMechanics建模,进行运动学分析。当活动底板转动60°时,活动挡板转动47.27°,可以满足装置卸草开合度的要求,为机构尺寸等参数选择提供了参考依据。     

一类6自由度Delta型机器人运动学分析

为满足工业机器人多角度操作需求,提出了一类具有3组耦合分支,且对称分布的6自由度Delta型机器人。首先,将每组耦合分支拆分为独立运动单元,并等效为串联运动链,基于旋量理论求出等效后的运动自由度;其次,利用闭环矢量回路法分别计算耦合分支中每条主动链的位置逆解,建立机器人的逆运动学模型;在此基础上,提出一种搜索算法,用于描绘满足边界条件的机器人运动空间,并与相同尺度参数的3自由度Delta机器人进行对比。结果表明,3自由度Delta机器人的运动空间是所提机器人工作空间的子集。最后,根据理论分析,完成了工程样机的搭建与运动实验,实验结果表明,该Deta型机器人具有6个自由度运动能力,且所提运动空间搜索算法具有较高的计算精度。     

基于逆运动学降维求解与YOLO v4的果实采摘系统研究

为提高采摘设备的执行效率，采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统，该系统可自动识别不同种类的水果，并实现自动采摘，可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止，并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程，从而避免了大量的矩阵运算，使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真，验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中，为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调，采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位，在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集，分别对不同种类的果实进行识别模型训练，在GPU环境下进行测试，结果表明，每种果实识别的准确率均在94%以上，单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试，该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。     

自行车骑行状态的运动学与动力学研究

针对骑行状态的研究可分为下肢运动学和动力学两部分。骑行运动是一项整体协调性运动,需要依靠人体下肢运动才可达到稳定的骑行速度。通过建立人-车连杆模型,运用矢量方程解析法完成运动学方程推导,并对各个关节角度进行求解;运用牛顿-欧拉法完成下肢关节的动力学方程推导,并对下肢各关节力矩进行求解,对所建模型在ADAMS环境下进行仿真验证。     

果蔬采摘机械臂结构设计与性能测试

针对作业空间较小的大棚果蔬采摘环境，研制了串联式4自由度关节型果蔬采摘机械臂。采用SolidWorks建立了机械臂的3维模型，在拉格朗日法建立动力学分析模型的基础上，利用ANSYS和ADAMS分析软件，对机械臂进行静态结构分析和运动学、动力学仿真分析。静力学仿真结果表明，机械臂的最大应力为8.181 8 MPa，最大形变为0.000 329 11 m，结构设计合理，强度符合要求；运动学仿真结果表明，机械臂可以精确到达目标位置，运动过程平稳；动力学仿真结果表明，各关节的最大力矩均在安全合理的范围。为进一步验证设计的合理性，对研制的果蔬采摘机械臂进行了性能测试，结果表明机械臂定位精度最大误差±2.5 mm，平均误差±1.1 mm，带载能力3 kg，机械臂运动平稳，可以满足果蔬采摘作业要求。      

12-6台体型Stewart冗余并联机构正向运动学研究

针对六自由度并联机构的正向运动学无全解析解或全解析解推导困难、不便于程式化、存在多解选择的现状,提出一种含混合单开链支路的12-6台体型Stewart冗余并联机构,推导了适用于实时反馈控制的正向运动学全解析算法。通过单开链的方位特征集运算及路线分解,对机构的拓扑构型进行了剖析,并解算了耦合度,为运动学方程的构造及同构处理指明了方向。基于动平台上4个共面特征点的拓扑关系,对15个二次相容方程进行同构运算,推导了12个一次多项式,得到正向位姿方程的全解析解,具有形式简洁、对称,且根能够唯一确定的特点。根据速度基点法,建立特征点速度之间的矢量关系,解决了机构的速度正解问题。结合杆长协调方程及速度映射方程,并运用Jacobian代数法解析出机构的3组奇异曲面方程。实验结果表明,位姿正解的计算值与测量值完全一致,速度正解的最大相对误差为0.08%,它们的效率指标值分别为0.21和0.32,均满足实时性要求。     

弹齿滚筒式捡拾装置的参数化设计与仿真

随着我国畜牧业的飞速发展,人们对牧草收获机械提出了更高的要求,特别是在内蒙古地区,牧草收获的数量多少、品质优劣直接决定了广大农民的经济收入,因此对牧草收获机械的研究变得尤为重要。为此,以9 YG-1.8型圆捆机的弹齿滚筒式捡拾装置为例,研究了盘形凸轮的基圆半径、滚筒转速和曲柄长度3个参数对弹齿速度变化的影响,进而分析其对捡拾效果的影响。本研究运用Solid Works进行三维建模,使用VB6.0软件进行编程,实现盘形凸轮的参数化设计;使用Solid Works自带插件COSMOSMotion对弹齿滚筒式捡拾装置进行运动学仿真,对其中主要参数进行分析,最终得出单一参数变化对捡拾效果的影响。在Solid Works下运用VB进行二次开发可为其它机械运动分析提供了一种新的研究思路方法。     

扑救点球数学分析:猜对方向配合足够加速度

<正>据国外媒体报道,2014年巴西世界杯正如火如荼地进行着。在八分之一决赛第一场比赛中,巴西和智利以残酷的点球方式决胜负,守门员塞萨尔两次神奇扑救立下汗马功劳,最终巴西点球大战胜出。点球看上去很难扑救,因此有人认为塞萨尔靠的仅仅是运气。那么塞萨尔是真的靠运气呢,还是依靠科学分析呢?针对这一问题,近日有研究人员通过科学方法分析守门员能否扑出点球的可能性,该研究结果可能在未来的足球比赛中会对守门员有所帮助。     

凸齿镇压器作业过程的运动学与动力学分析

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能定理和冲量定理,建立凸齿镇压器工作状态中所需牵引力、凸齿与地面作用瞬间产生的冲击力和冲击能的参数模型。[结果]凸齿镇压器作业过程中所需的牵引力随着凸齿镇压器的自身质量和滚动阻力系数的增加而增大,而凸齿镇压器转动惯量的增加会降低凸齿镇压器所需牵引力;冲击过程中,凸齿镇压器的牵引速度越大、质量和转动惯量越大、冲击时间越短,则冲击力越大;凸齿镇压器冲击土壤时的冲击能随着凸齿的转动惯量、质量和质心竖直向下移动距离的提高而增加,而随土壤的弹性系数与土壤的塑性变形量的增加而减小。[结论]建立了凸齿镇压器在不同工作状态下运动学及动力学模型,分析并揭示了凸齿镇压器结构参数与运动参数间的相互联系,探索了凸齿镇压器冲击土壤的特征规律,为设计和优化其结构参数和运动参数提供了理论依据。