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。     

迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟

为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性,该文采用k-ε模型和Eulerian-Lagrangian两相流模型进行了一系列数值研究。首先,通过3种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε与Realizable k-ε)预测迷宫流道滴头水力特性并与喻黎明等(2009)的试验结果对比分析,标准k-ε模型更适合于模拟迷宫流道滴头的内流场,与PIV试验数据相比,水力性能曲线平均模拟误差仅为2.32%。然后,基于Lagrangian的颗粒离散相模型,数值研究了齿形迷宫流道内不同密度和直径的单个颗粒运动轨迹及运动特性,并与喻黎明等(2009)的相关试验数据比较,结果表明,考虑了重力、浮力、虚拟质量力和曳力的随机轨道模型能够更加准确地模拟颗粒在迷宫流道内的运动,与PIV试验数据相比,颗粒运动速度后平均模拟误差仅为2.34%。颗粒直径变化较密度变化对颗粒运动影响大,随着颗粒直径或密度增大,颗粒运动速度减小,颗粒速度变化幅值大小依次为:速度极小值、平均速度、速度极大值,随着颗粒粒径增大,流经漩涡区时颗粒速度减小较大,颗粒的运动跟随性变差,颗粒在惯性力的作用下沉积在流道拐角内侧的漩涡区,由此可能造成迷宫流道堵塞。同时,以上对比分析表明,相关两相流模型和数值方法可很好预测滴头内部固液两相流动,可为滴头抗堵塞设计提供参考。     

吊杯式栽植器运动轨迹优化与试验

针对吊杯式移栽机膜上成穴移栽时膜面穴口大的问题，建立栽植机构的运动模型，通过分析栽植器的运动轨迹特性得出，当栽植器的运动轨迹为余摆线，且余摆线环扣最大横弦的距离等于轨迹线与地膜交点间的距离，栽植器在上拔阶段水平方向零速度点两侧打开，有利于减小膜面穴口尺寸。通过仿真分析和膜上移栽番茄盘苗试验得出，运动轨迹特征系数λ对膜面穴口的纵向尺寸影响显著，对横向尺寸和倾斜率影响不明显。随着λ值的增大，穴口纵向尺寸先减小然后增大，在移栽频率为50和55株·min^-1时，λ为1.093的穴口纵向尺寸分别为10.12 cm和9.49 cm，是最小值； 两种移栽频率条件下，随着λ值的增大，移栽株距分别从39.8 cm减小到33.5 cm和从39.1 cm减小到33.1 cm。该结论可用于指导吊杯式移栽机结构和工作参数的优选。     

无卡轴旋切机变速进给模型与恒线速旋切运动轨迹模型的研究

详细分析了无卡轴旋切机的工作原理,推导了旋切过程中刀刃进给速度与圆木直径的数学模型,同时得出旋切时间的近似计算式。从中可知,旋切过程中刀刃进给速度必须按一定规律变化才能保证旋切机正常工作。建立了旋切机恒线速旋切的运动轨迹模型,推导出旋切机恒线速旋切时间的精确计算式,并在此基础上提出了旋切时间简便的近似计算式。这些研究结果均可用于指导设计和进行实际生产。     

重型掘进机性能主要限制因素及其改进方向

对重型掘进机性能主要限制因素及其改进方向作了深刻的论述,提出了改进刀具形状、完善截割头设计、优化刀具排列、增加截割功率、增加机重等方案,建立了刀具空间运动轨迹的数学模型,指导刀具的优化排列。     

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。     

基于声学标签系统的鱼类运动轨迹监测技术

声学标签监测技术是声波监测技术的一种主动识别方法,其通过接收、处理移植或捆绑于鱼类身上的声学标签发射的声波信号来获得鱼类二维、三维运动轨迹,具有原位观察、定位准确、数据处理简单和数据连续性好等优点。文章介绍了声学标签监测技术的组成及工作原理,并根据异常数据的不同特点总结了一套完整的数据去噪、清洗的处理方法,该法可快速得到鱼类的二维、三维运动轨迹。通过实例分析了鱼类运动轨迹的分布情况以及变化规律。根据鱼类在不同水生态环境中的运动行为响应情况,可以直接或间接判断水中污染物或有毒物质对鱼类的潜在影响以及实际毒性,为渔业养殖水质环境评价、水质监测及预警、水生态健康评价以及水生态修复效果评价的研究提供参考依据。     

半自动烟苗栽植器的结构设计与试验验证

烟苗栽植器是烟草移栽机的核心机构，该机栽植器设计应用偏置双圆盘四连杆旋转工作原理，适合于栽植钵苗和漂浮苗。分析烟苗移栽时的运动情况知特征系数λ>1是栽植器设计及保证移栽质量的基本依据和正常工作的必要条件，同时通过在不同栽植速度和深度情况下的正交试验确定了栽植器各设计参数的具体值，从而建立鸭嘴运动轨迹的数学模型。