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。     

具有解析式位置正解的2T1R并联机构运动性能分析

求解具有解析式位置正解且部分运动解耦的并联机构,有利于后续的误差分析、动力学分析、运动轨迹规划与控制等。基于方位特征方程(POC)的并联机构设计理论与方法,设计了两种具有解析式位置正解且部分运动解耦的2T1R并联机构,并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性能分析;提出基于拓扑特征的运动学建模与求解方法,并据此求解了两种机构的解析式位置正解;基于导出的位置反解,分析了两种机构工作空间、奇异位形、动平台的速度与加速度变化规律。最后比较了两种机构的运动性能,选择了优选机型。为优选机型的动力学分析与样机研制提供了理论基础。     

2UPR-RPU过约束并联机构刚度性能评价

运用螺旋理论和应变能方法研究了具有2R1T三自由度的2UPR-RPU过约束并联机构的静弹性刚度性能,模型考虑了杆件和关节的柔度。首先,基于螺旋理论得到分支的约束螺旋系;其次,基于材料力学得到分支中杆件的应变能,通过映射分支约束螺旋系到铰空间得到关节的应变能,通过汇总杆件、关节的应变能和卡氏定理得到与约束螺旋系对应的分支紧凑刚度矩阵;最后,通过虚功原理得到机构的总体刚度矩阵。采用有限元商业软件建立了有限元模型,并与理论模型进行对比,验证了理论模型的正确性。定义弹性元件存储的应变能与总应变能之比作为应变能因子指标,给出了应变能因子指标在规则工作空间的四维切片分布图,从应变能的角度定量评价了各弹性元件对机构刚度性能的影响程度,给出了不同载荷作用下的全局应变能因子指标。本研究为定位对机构刚度性能影响最大的弹性元件提供了新的思路。     

Influence of Ammoniacal Copper Quaternary treatments on mechanical properties of blue-stained Lodgepole Pine wood

Three concentrations （2.8%, 2.0%, 1.2%） of Ammoniacal Copper Quaternary （ACQ） was selected to treat Lodgepole pine wood for evaluating ACQ treatment on mechanical properties of blue-stained wood. The bending modules of elasticity （MOE）, modules of rupture （MOR）, toughness and shearing strength parallel to grain on tangential surface, are tested according to the criteria GB1927-1943-91. Non-treated sample were also tested according to the same procedure. The results showed that the three groups specimen impregnated by different concentrations of ACQ solution met the AWPA standard 2003 of America （UC4A 6.4g/cm^3）. There were significant difference of toughness between treated wood and non-treated wood （p=0.01）, but there were no statistically significant differences among three concentrations in terms of toughness, and toughness of treated wood was approximately 20% lower than non-treated. MOR, MOE as well as sheafing strength parallel to grain were found to be not significantly different between treated wood and non-treated one, and there were no statistically significant difference among three concentrations of ACQ too. Toughness, MOR, MOE and sheafing strength parallel to grain increased with decrease of concentration of ACQ, but they were hardly affected by ACQ preservatives.     

Intratree Variability of Tensile Strength Parallel to Grain in Chinese Fir and 1-214 Poplar from Plantation

The variation of tensile strength parallel to grain in Chinese fir and 1-214 poplar wood from plantations was studied in this paper. Aaccording to the national standards The Testing Methods for Physical and Mechanical Properties of Wood （GB 1927 to 1943 -- 1991）, the small clear wood samples were cut and tested, which represent the south and north of trees with heights of 1.3, 3.3, 5.3 and 7.3 m. The results showed： the tensile strength parallel to grain of the north wood was higher than that of south wood. ANOVA shows that the tensile strength parallel to the grain with height is of significant difference （at 0.05 level）.     

基于C语言的结构用集成材木梁抗弯刚度模型研究

基于平行轴定理,采用变换截面法建立结构用集成材木梁的抗弯刚度C语言可执行程序模型,并通过足尺木梁的抗弯力学性能试验验证模型的有效性。本试验根据木材抗弯弹性模量测定方法国家标准（GB/T 1936.2—2009）中的相关要求,测定层板木材的抗弯弹性模量并将其导入C语言程序模型,得到梁体抗弯刚度的模型理论值。依据结构用集成材国家标准（GB/T 26899—2011）对木梁进行四点抗弯测试并实时采集梁体跨中挠度、荷载数据,得到梁体抗弯刚度的实测值。对比梁体抗弯刚度的模型理论值与实测值,得出其平均相对误差率为3.89%。结构用集成材木梁抗弯刚度模型的建立应充分考虑梁体自身的构造缺陷,以综合层板的力学性能变异性及尺寸效应等影响因素,合理引入修正系数,提高模型的准确度与适用性。     

格网化小麦生长模拟预测系统设计与实现

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算法基础上,利用Python语言构建了格网化小麦生长模型,实现了基于空间格网数据的小麦区域生产力模拟。验证试验结果表明:模拟产量的均方根误差为1 070 kg/hm~2,标准均方根误差小于20%,系统所集成的WheatGrow模型具有较好的预测性;同时,结合格网数据分块构建区域模拟的并行计算策略,优化了区域模拟的性能。在此基础上,采用GIS组件式开发模式,在.NET平台下开发格网化小麦生长模拟预测系统,实现作物生长模型与GIS耦合,为研究区域小麦产量潜力,评估气候变化对小麦生长影响,制定农业决策提供软件工具。     

农业机器人并联视觉云台研究

针对智能农用机器人对机器视觉工作范围的需求,提出了一种用于农业机器人的并联视觉云台设计方案。基于双摇杆的输入输出特性,提出了一种运动支链设计方法,用于构建二自由度全球面工作空间解耦并联机构。在此基础上,衍生出两种可行的运动支链P5R和PRR,基于这两种运动支链,设计了2种二自由度全球面工作空间并联视觉云台RRP5R和RRPRR。通过运动学分析,分别建立了2种机构的位置关系表达式;通过尺寸优化,得到了2种机构的最优杆长比;通过对比得出,RRP5R型并联视觉云台具有更好的输入输出性能;通过有限元分析,研究了载荷对RRP5R型并联视觉云台运动精度的影响。结果表明,RRP5R机构强度满足要求,但杆件的累积弹性变形导致运动副的位移偏差较大。     

基于ADAMS的油茶果采摘机械臂试验设计及优化

针对目前我国油茶采摘主要以人工为主,劳动强度大、采摘效率低等问题,设计了一种适合园艺化栽培的履带式油茶果采摘机,并在Adams软件中对机械臂进行试验设计和优化仿真。试验数据表明:油茶果采摘机工作区间与各机械臂的长度和液压缸安装距离呈线性相关,最佳组合处的机械臂长度总和减小25.67%,可为油茶果采摘机的机械臂设计提供参考。     

Design of Automatic Quasi-synchronizing Device in Rural Small Hydropower Station

Generator synchronization is an important and frequent operation in rural small hydropower station. In order to ensure that generator can be paralleled in the grid automatically, efficiently, and stably in the rural small hydropower station whose parallel in operation still needs to be accomplished manually. This paper described an automatic quasi-synchronizing device, based on 89C52 Single-chip Microcomputer （SCM）. Its hardware includes three modules and its software is structuralized. The device structure is simple, and its reliability is high and the maintenance is easy. Besides, convenient Human Machine Interface （HMI） makes the parameter setting simple and flexible