基于单线激光雷达的割草机器人建图方法研究

针对单线激光雷达无法感知形状不规则的花丛问题,提出一种基于单线激光雷达的3D-SLAM方法,解决单线激光雷达不能实现多平面感知的问题。设计一个自动升降激光雷达高度装置,该装置主要由丝杆滑台、步进电机、雷达架、单线激光雷达等组成,通过丝杆滑台滑块的水平进给,控制激光雷达竖直运动。割草机器人在工作时,通过激光SLAM（同步建图与定位）技术检测障碍物信息,ROS（机器人操作系统）系统根据不规则障碍物的高度做出相应对策。通过对不同状态的建图效果进行量化和对比分析,试验结果表明：改进后与改进前相比,相对误差率降低1.04%;漏检率降低为0;避障率提高93.33%。本研究为割草机器人的准确定位与避障提供理论依据。     

基于粒子群算法的车辆悬架PID控制器研究

PID控制器是应用最为广泛的控制器,可用于车辆半主动空气悬架的控制,但是,传统的PID控制器参数整定方法需要丰富的工程经验和大量试验。因此,本文提出运用粒子群算法对PID控制器参数进行整定从而提高PID控制器设计效率。首先,建立1/2车辆半主动空气悬架系统数学模型,并在Simulink环境下搭建带有PID控制器的仿真模型。然后,进行粒子群算法优化PID控制器的仿真试验。仿真结果显示,与被动悬架系统相比,在B、C两种路面条件下,基于粒子群算法的PID控制器使车身质心垂向加速度均方根值分别下降25.5%和33.13%,提高车辆的乘坐舒适性。本文对用于半主动空气悬架系统的PID控制器的进一步发展具有一定积极意义。     

零转弯半径割草机变割幅割草器研究

为了使零转弯半径割草机能够在不同工作条件下进行割草作业,研发了一个用于零转弯半径割草机的变割幅割草器。以一个1.2m割幅的WBZ12219K-S零转弯半径割草机为原始机型,采用子、母刀盘配合的设计思想(即在现有1.2m母刀盘的结构基础上左右两边各加一个子刀盘,通过与3种不同大小的子刀盘的组合装配来实现变割幅),实现了1.5、1.8、2.3m机械式变割幅割草器设计;双层刀片轴、带轮和皮带将动力从母刀盘传到子刀盘,同时利用有限元分析软件对割草器关键零部件进行了静力学分析,研究其刚度和变形情况,表明该结构设计合理,强度满足要求。最后,试制出变割幅割草器样机,并且进行了试验,表明该变割幅割草器实现了其功能。     

割草机纵向工况下质心位置预测及影响因素研究

针对零转弯半径割草机在坡道上纵向作业时容易发生倾覆与翻滚造成驾驶员伤亡的问题,建立割草机质心位置随坡度角、油箱形状、油量及割草器高度变化的理论模型,并利用MATLAB编程模拟其质心的变化,采用正交试验方法对比分析坡度角、油箱形状、油量及割草器高度对割草机质心位置的影响程度,并用试验验证质心位置理论模型的有效性。研究结果表明,割草器高度对割草机整机质心的影响极为显著,质心在X方向与Z方向的位置分别前移和下降高达8.11%和7.36%;油量的影响次之,分别达到2.50%和1.19%;而坡度角和油箱形状的影响最弱。该研究结果为零转弯半径割草机的失稳提供预警,最终为零转弯半径割草机的安全设计提供理论依据。     

基于改进A*算法和DFS算法的割草机器人遍历路径规划

针对割草机器人大面积作业时遍历路径规划覆盖率低、重复率高、普适性弱的问题,提出一种改进A*算法与DFS算法相结合的遍历路径规划算法。首先,根据已知环境全局信息,通过牛耕式分解法将目标区域划分成多个不含障碍物的子区域;然后,根据子区域的邻接关系构建无向图,使用DFS算法规划子区域的遍历顺序;最后,采用改进A*算法进行跨区域路径转移并且往复式遍历各子区域的内部。仿真试验结果表明：该遍历算法的覆盖率达到100%,遍历重复率为0,改进A*算法所规划的跨区域转移路径长度和转向次数比A*算法分别减少3.26%和62.5%。所提出的遍历算法具有覆盖率高、重复率低、普适性强的特点,改进A*算法通过路径平滑性优化和添加防碰撞安全间距对A*算法进行改进,使之规划的路径更平滑、更安全,路径长度更短。该研究结果旨在为割草机器人遍历路径规划提供理论参考。     

基于二相流理论的喷雾器气液混合阀的研究

为了提高农药的施药效果,降低环境污染,开发了基于流体力学二相流理论的自动控制气液混合阀,试验结果表明,该阀能使喷雾器在发动机低速或怠速时,不出现滴漏,并将药液雾化成易于被叶面吸收的更细小的雾滴。     

基于双目立体视觉的草坪植株高度测量

计算机视觉现已被广泛应用于诸多农业领域,有助于精准农业的发展,提高劳动生产效率。针对坐骑式零转弯半径(ZTR)割草机刀盘高度无级调节问题,利用双目立体视觉对草坪植株高度进行测量可推动其智能化发展。首先对地毯草灰度图像中的V分量进行图像增强、形态学处理、阈值分割等预处理提取出植株图像。本研究提出一种结合高通滤波与Foerstner的特征点检测算法,对提取后的植株图像进行特征点检测,该方法可有效去除伪角点,准确率在98%以上。利用双目标确定后的参数对左右2幅图像进行角点匹配,选取z轴方向数值最小的3个点构造假想地面并最终计算植株均高。结果表明,该高度测量系统可识别测量不同草种,且总体相对误差为1.5%,有效地提高了测量精度且适用范围较广。     

基于ANSYS的越野赛车车架模态分析

越野赛车由于经常承受由路面不平而引起的非对称载荷,最易激发车架的扭转振动,利用ANSYS软件建立了某Mini-Baja越野赛车车架有限元模型,通过对该模型进行的自由模态分析,获得了车架的前6阶固有频率和振型特征,结果表明车架固有频率大于路面的激励频率,不会产生共振,但是车架1阶和2阶固有频率却与发动机常用车速爆发频率相耦合。该结果为越野赛车车架的结构改进设计提供了理论依据。     

解决喷雾器滴漏问题的新方法——利用管路压力自动加气

对拖拉机悬挂式喷雾器产生滴漏的原因进行了试验分析,根据流体力学二相流理论提出了在喷雾器的输液管路中加入高压空气解决滴漏问题的新方法,设计出可利用管路压力自动控制加气的喷雾阀,试验结果表明,该方法在液体压力较你时能保证喷雾器雾化良好。     

零转弯半径草坪机行驶平顺性建模仿真及试验研究

零转弯半径草坪机行驶平顺性直接影响其操作舒适性品质。为了探索零转弯半径草坪机行驶平顺性的研究方法,以WBZ12219K-S零转弯半径草坪机为研究对象,利用Lagrange方程法建立了三自由度半车分析模型,以该分析模型为基础应用Mat Lab/Simulink搭建了仿真模块,并以操作者位置的加速度均方根值及加权振级作为评价指标进行了仿真计算分析。同时,在某高尔夫球场进行了实车试验,结果表明试验数据与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性和有效性。根据评价指标与人主观感受的关系,给出了操作者对于该型号草坪机行驶平顺性的主观感受,为今后改善零转弯半径草坪机平顺性提供参考。