触土曲面准线曲率特征及其减阻性能分析

准线形式对土壤工作部件触土曲面几何形式、工作阻力和土壤扰动状况均有重要影响。从曲率趋势线、曲率半径梳和曲率半径中心轨迹3个角度,分析了直线、圆弧线、摆线、抛物线及仿生曲线等5种典型触土曲面准线形式的内在几何特征及其与减阻性能之间的关系。准线形式或触土曲面形式的改变直接改变了与之接触的土壤所受法向压力作用规律,并通过改变切土阻力、土壤内摩擦阻力、土壤-触土曲面摩擦阻力及对底部土壤的压实阻力等因素中的一种或几种,使得整体工作阻力和土壤扰动产生了不同效果。研究结果表明:具有较简单常数曲率变化趋势的直纹面、圆弧面减阻性能相对较差;曲率半径中心轨迹具有多个极值点、有拐点且分段连续特殊几何特征的仿生曲面,在工作过程中能够同时降低土壤内摩擦阻力、土壤-触土曲面摩擦阻力及对底部土壤的压实阻力等几个因素的水平,并可获得极佳的减阻性能。研究对于深入掌握触土曲面几何与力学特性及触土曲面高效节能设计方法具有较重要的参考意义。     

推土板触土曲面对土壤应力波动的仿真分析

推土板工作过程中,土壤的应力波动情况直接受到推土板触土曲面形状的影响。选择3种具有代表性曲率形式的推土板触土曲面为研究对象,即圆弧形、抛物线形、仿生推土板,采用有限元法进行仿真分析。从推土板工作过程中触土曲面形状对其周围土壤的应力波动影响的角度,来分析触土曲面形状对推土板减阻效果的影响规律。结果表明,在本研究的给定条件下,仿生推土板的应力分布形式相对较合理,其工作阻力相对较小。本研究对于通过探索工作状态下土壤应力波动规律,从而指导推土板触土曲面的减阻节能设计方法具有一定的参考意义。     

仿生推土板工作阻力研究

以仿生推土板为研究对象,采用有限元法分析其工作过程中切削角对工作阻力的影响,并与圆弧推土板作对比,分析仿生推土板的减阻效果;设计制作了相关推土板的实物模型,进行室内土槽试验,验证有限元分析结果的正确性。研究结果表明,仿生推土板减阻效果明显,并且两种方法测定的结果变化趋势吻合良好,在推土板耕深为30mm,工作速度分别为0.08m/s、0.16m/s时,仿生推土板的减阻率均在切削角为55°时达到最大,有限元模拟和土槽试验平均减阻率分别为42.50%和40.20%。     

主动悬架轮腿式全地形移动机器人俯仰姿态闭环控制

农业机器人在作业时,不可避免的会出现位姿（质心位置与姿态）的变化。为了实现对其位姿的控制,降低复杂路面对机器人姿态的影响,确保机器人的行驶稳定性,基于汽车多连杆独立悬挂系统,设计了一款轮腿式全地形移动机器人。首先在建立轮腿机器人控制运动学模型的基础上,通过矢量法和欧拉公式得到了1/2整机逆运动学模型,进而求出机身运动俯仰角、作动器工作长度与各腿关节转角的变换关系,并对轮腿机器人的位置和姿态进行解耦控制。为了确保机器人运动学控制模型以及运动学逆解的可靠性,在理论模型的基础上加工了1/4台架并进行了单腿运动学标定与运动学控制验证,结果表明仿真数据与试验数据基本吻合,最大误差控制在1.5%以内。在单腿运动学控制模型正确的基础上,采用比例控制算法在MATLAB中搭建整机轮腿机器人俯仰姿态控制策略,在满足轮腿机器人质心位置不变的条件下实现其俯仰姿态闭环控制;最后在ADAMS中构建轮腿机器人虚拟样机模型,利用MATLAB和ADAMS平台搭建轮腿机器人整机俯仰姿态闭环控制联合仿真模型,仿真结果表明轮腿机器人的俯仰姿态与质心位置均有很好的跟踪效果,其中质心位置误差、姿态误差分别控制在0.2%、2%,结果验证了所述轮腿机器人俯仰姿态闭环控制策略的正确性。