基于光栅和超声波传感器的翻堆机布料机防撞系统探讨

翻堆机与布料机是有机肥生产成套设备中的核心设备,两者在发酵槽中同时运行,工作区域存在干涉,因此翻堆机与布料机防撞是十分必要的。本文提出一种基于光栅和超声波传感器的翻堆机布料机防撞系统,通过与当今工业应用中几种主流的非接触式传感器系统进行比较,阐述光栅与超声波传感器的优势,为设计者处理机械工作干涉和设计机械防撞系统提供一定参考。     

四冲程自由活塞发电机活塞运动控制方法

为实现四冲程自由活塞发电机的连续稳定运行,提出并研究了基于直线发电机工作状态切换和冲程终点预测的自由活塞往复运动控制方法.在混杂系统范畴内,完成了运动控制系统仿真模型的建立,结合自由活塞发电机仿真模型和循环燃烧波动仿真模型,对控制过程进行了仿真研究.基于高性能数字信号处理器建立了四冲程自由活塞发电机的电控系统,对所设计的运动控制方法进行了实验验证,分析了失火对活塞往复运动的影响.研究结果表明:该运动控制方法稳定可靠、算法简单,满足了四冲程自由活塞发电机对活塞运动控制的要求.     

基于虚拟样机的全方位复式中耕机仿真设计

运用虚拟样机技术设计了一种与59.2～88.4kW系列拖拉机配套的、可一次性完成深松、侧深施肥、行间和苗间除草等多项作业的全方位复式中耕机样机。采用平行四杆随行仿形技术和对行可调螺旋梳齿式除草单体的设计,选用具有参数化特征建模和运动仿真分析等功能的集成化软件Pro/E,建立了复式中耕样机零部件的三维数字模型。利用其MECHANISM模块进行运动仿真分析,对样机进行动态干涉检查和轨迹分析,得到优化的结构和工作参数的仿真,为后续的运动控制设计提供了参考。     

利用2JC-500型嫁接机进行西瓜嫁接育苗生产的试验

蔬菜嫁接育苗可以有效地防治土壤传播的病害,并且嫁接后的秧苗抗逆性和产量都得到提高,对蔬菜品质基本没有不良影响。而机械化嫁接育苗在原来的基础上大大提高了作业的生产率,同时作业成功率和成活率也有所提高,实现了蔬菜的稳产高产。为此,研究了在蔬菜工厂化嫁接育苗系统中,利用2JC-500型嫁接机进行西瓜嫁接试验,得出适合机械嫁接的种苗苗龄及培育标准苗的培育方式。试验结果表明：种苗质量对机械嫁接成功率具有很大的影响。     

Pro-E和ADAMS仿真技术在手持式嫁接机上的应用

随着计算机技术的日臻成熟,虚拟样机技术随之而生。Pro/Engineer作为大型CAX软件为虚拟样机软件ADAMS提供了CAD平台。为此,研究了Pro/Engineer和ADAMS的联合仿真在手持式嫁接机上的应用。联合仿真能够使手持式嫁接机在虚拟环境中真实地模拟系统的运动,在计算机上方便地修改设计缺陷,仿真实验不同的设计方案,对整个系统不断地改进,直到获得最优的设计方案以后,再做出物理样机。     

嫁接辅助机械臂控制系统仿真与试验

针对果树高冠嫁接作业自动化的需要,设计可实现频繁位姿变换和位姿保持的辅助嫁接机械臂,依靠关节制动器来制动定位并保持位姿,并基于STM32设计机械臂的硬件控制系统。在ADAMS中建立机械臂的等效仿真模型,基于MATLAB/Simulink和ADAMS联合仿真技术搭建机械臂关节制动定位控制系统,完成不同牵引力激励和不同位姿制动条件下基于PID关节制动定位控制的联合仿真,仿真中关节1、2制动定位误差分别在5.13%和3.22%以下。按照设计结构制作机械臂的样机,对基于PID关节制动定位控制的样机进行制动定位试验,试验中关节实际制动曲线能够贴近理想等减速制动曲线,其中关节1、2实际制动定位误差分别为3.51%和3.96%,满足设定的辅助机械臂位姿定位要求。该装置为现代化果园冠层嫁接机械化辅助装置的研发和应用提供参考。     

基于MATLAB的多自由度机械手的运动控制

机器人的运动控制是机器人技术的重要内容,电机控制是其中的中心环节,目前已经产生多种控制算法,但直接进行试验检验的工作量会很大。为此,在对机械手实体建模的基础上,进行了六自由度机械手的运动学分析;并结合Matlab进行了电机驱动PID控制的设计和仿真,确定了系统参数;最后,进行了节点运动控制的仿真。仿真结果表明,系统的设计是合理可行的。     

运动仿真系统中嵌入式计算机技术应用

设计了一种嵌入式运动仿真系统,通过该系统采集运动信号,以无线网络传送上位机并控制运动仿真器实现运动在线仿真。阐述了该嵌入式运动仿真系统的结构和特点、运动信号采集方法、嵌入式计算机与上位机通信方法及其应用软件设计方法。实验结果证明,所开发的嵌入式运动仿真系统的设计是可行的,其应用软件运行可靠。     

基于ANSYS的果树嫁接机结构优化分析

通过对果树嫁接机的基本工作原理和结构形式进行分析,构建了果树苗木的力学特性,进行了果树嫁接机切刀优化设计。利用ANSYS对果树嫁接机切刀进行有限元分析,根据静力分析结果进行切刀寿命仿真,获取果树切刀应力集中位置和切刀结构脆弱点。分别采用两种不同材料对果树嫁接机切刀进行有限元分析,通过应力云图和寿命曲线对果树切刀进行优化设计,最终采用Cr12MoV制作果树切刀,提高了果树嫁接机的使用寿命。     

瓜科全自动嫁接机设计与试验

针对目前瓜科作物手工嫁接与单株机械嫁接的自动化程度和作业生产率不高的问题,设计开发了以穴盘上下苗方式作业的瓜科作物全自动嫁接机.该机主要由穴盘输送带、秧苗搬运机构、砧木苗处理系统、接穗苗处理系统、回栽处理系统和嫁接机构组成,一次可完成5株嫁接苗.样机试验结果表明:穴盘输送带和秧苗搬运机构的重复定位精度为±0.023mm和±0.013mm,满足机械嫁接精度±0.1mm的要求.     

基于UKF的农用履带机器人滑动参数估计

为了实时获取农用履带机器人运行过程中履带与地面之间的滑动信息,改善机器人控制精度,在对履带机器人运动学原理进行分析的基础上,推导了机器人运动学方程和非线性测量方程,设计了基于无迹卡尔曼滤波的滑动参数估计系统,实时估计出机器人精确姿态,并根据机器人的运动特性重建不可测的滑动量。实验结果表明:滑动参数估计系统可以提供准确和高更新率的滑动量,为农用履带机器人的精确控制提供依据。     

基于OFDM-MIMO移动通信模型的采摘机器人设计

为了提高果树采摘机器人的智能化和自动化水平,提高机器人的实时通信和在线控制能力,实现机器人作业过程的远程控制,在采摘机器人通信系统中引入了OFDM-MIMO模型,并将移动4G技术应用到了机器人的设计中,突破了机器人控制距离限制,实现了机器人的跨区域无线通信。机器人采用视觉传感器和4G网络采集并传输图像,图像数据可以在远程浏览器端实时显示,便于掌握机器人作业信息。当机器人碰撞传感器发出信号时,可以利用OFDM-MIMO信道模型进行图像的高效传输,并将视觉传感器采集的图像信息传送给远程控制端,在采摘出现失误时可以及时地调整机器人的状态,实现果实采摘的在线控制。同时,设计了机器人的实验样机,并对机器人的果实定位能力和通信能力进行了实验和仿真。实验和仿真结果表明:该种机器人可以有效地识别普通果实和套袋果实,并且通信实验测试和仿真测试的结果吻合,从而验证了结果的可靠性及OFDMMIMO模型在采摘机器人通信系统中的可行性。     

农业并联机器人同步滑模控制

农业并联机器人的多支链相对末端执行器运动的协调性、耦合性成为并联机器人运动控制的难题,鉴于此,提出一种将同步控制与滑模控制相结合的控制方法。仿真和实验结果表明,该控制方法跟踪性能好,响应速度快,系统误差小,具有较强的鲁棒性,能够满足并联机器人的控制要求。     

基于输入模糊化的农用履带机器人自适应滑模控制

针对农用履带机器人控制系统易受到参数慑动和外部扰动影响的特点,将模糊理论与滑模控制结合起来,提出了基于模糊逻辑的自适应滑模控制,以提高控制精度与稳定性。首先,推演了履带机器人运动学模型,分析了模型的特点。其次,设计了一种含有积分项的滑模面,构建了基于等效控制和切换控制的模糊滑模自适应控制,既保留了滑模控制的快速性和鲁棒性,又很好地抑制了抖振。仿真与实验结果表明,与常规的滑模控制方法相比,该控制不仅对外部扰动及参数摄动具有较强的自适应性和鲁棒性,而且具有动态响应快、跟踪性能好的特点,适用于履带机器人控制系统。     

温室移动机器人轨迹控制系统的设计

以温室移动机器人的轨迹控制为主要目标,研究了线性控制算法在机器人轨迹控制中的具体实现,论证了其可行性,并分析了算法的稳定性约束条件,通过仿真分析了控制参数对运动轨迹的影响.将该算法应用到实际的机器人控制中,设计出基于陀螺仪和光电编码器的温室移动机器人控制系统.     

农业机器人切削过程仿真分析——基于计算机辅助设计

利用6自由度机器人切削加工平台,讨论了该机器人与计算机辅助设计工具的数据链结构,研究了其运动控制过程,并对设计结果进行有效优化。通过介绍切削加工控制系统整体结构,构建了机器人运动学模型,并根据计算机辅助设计工具,对机器人后续优化过程的坐标转换、各关节正逆运动学计算以及机器人运动控制程序生成过程进行了深入研究。同时,对系统进行了ADAMS软件仿真,并完成了3D样件的加工。试验结果表明:该系统可以自动生成机器人运动控制程序的加工指令,直接驱动机器人末端执行刀具的运动,实现零部件的加工生产,可行性高。     

农业轮式机器人PI鲁棒-滑模控制——基于RBF神经网络

农业轮式机器人机械多体系统朝柔性机器人方向发展,自由度越来越多,对应的结构也变得更加复杂,自动化和智能化水平越来越高,其动力学建模和实时控制难度增大。为提高机器人动力学建模效率,以通用性较强的具有6自由度机械臂的AMR果蔬收获机器人数学模型为研究对象,利用空间算子代数理论建立了轮式机器人O(n)阶效率的运动学和广义动力学模型。同时,利用Elman神经网络求解了机器人逆运动学问题,结合广义动力学模型和逆运动学模型,根据农业轮式机器人的特点,利用神经网络控制理论、PID鲁棒理论和Lyapunov稳定性理论,设计了一种6自由度机械臂的RBF-PI鲁棒-滑模控制算法,对机械臂末端进行心形轨迹实时追踪。最后,通过试验仿真,验证了本文提出的逆运动学理论、广义动力学模型和控制方法的合理性,为农业轮式机器人的研究提供了参考数据。     

基于自抗扰控制的双重转向运动控制系统设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间转向效率,设计了一种基于自抗扰控制的农业机器人底盘双重转向运动控制系统。根据苹果种植农艺需求和行驶环境,确定了底盘组成和主要技术参数,开展了硬件系统搭建和部件选型。建立了底盘4自由度动力学模型,明确了衡量转向效率的状态空间方程。提出了一种基于自抗扰控制的双重转向控制策略,建立了Simulink动力学仿真模型,并进行了转向仿真模拟。仿真结果表明,自抗扰双重转向运动控制模型横摆角速度为0.241rad/s,转弯半径为1.96m,扰动恢复时间为1.04s,相较于传统PID双重转向控制模型,该模型横摆角速度更大、转弯半径更小、恢复稳定状态更快。田间试验结果表明,底盘平均横向偏移距离为18.5cm,滑移率为4.84%,大半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值相比阿克曼转向控制分别减少0.60、0.57m,平均转向时间减少4.70、3.41s。小半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值比阿克曼转向控制分别减少0.52、0.49m,平均转向时间减少10.27、8.22s。     

片簧型柔顺并联机器人运动规划与轨迹跟踪技术

针对柔顺关节并联机器人系统存在的误差因素,为提高系统整体性能,开展运动规划及轨迹跟踪研究。根据性能要求,设计柔顺关节的结构参数,分析柔顺关节特性,建立机器人系统的分析模型并推导运动学方程。针对柔顺关节轴心漂移引起的杆长误差,提出一种机器人主动杆和从动杆实际杆长的计算方法,修正主动杆关节角的期望轨迹。为补偿系统振动及参数摄动误差,基于径向基(RBF)神经网络设计模型逼近控制算法,跟踪期望轨迹。基于Solid Works、ANSYS、ADAMS及Matlab/Simulink建立机器人系统的虚拟仿真模型。仿真结果表明,提出的运动规划和控制方法将未补偿柔顺关节误差时的机器人末端轨迹误差降低了84%以上,能够有效提高柔顺关节并联机器人系统的运行精度。     

基于机器学习的采摘机器人动作执行效率优化研究

为了提高采摘机器人动作的执行效率,提高动作执行的控制精度,将机器学习算法引入到了采摘机器人控制系统的设计上,利用机械学习和归纳学习设计了采摘机器人的机器学习方法,并利用PID反馈调节对学习过程进行了优化,从而得到了效率较高的机器人采摘动作执行系统.以相同时间内果实的采摘量为作业任务,对不同机器学习方法的机器人采摘果实数...