采摘机器人作业行为虚拟仿真与样机试验

为开展采摘机器人智能防碰损作业行为及规划算法的仿真试验与验证,设计了一种基于虚拟现实的采摘机器人仿真试验系统。以葡萄采摘机器人为对象,先构建虚拟现实环境下采摘机器人及其作业场景模型,用于模拟设施果园试验环境;然后对虚拟采摘机器人进行运动学建模,运用D-H参数法解算机械臂运动学正解和逆解;再依据葡萄串形状等特性设计一种夹-托-剪式的采摘机器人末端执行器及其采摘过程控制模型;建立机械臂末端连杆与执行器之间的空间位姿变换关系,并对机械臂运动进行轨迹规划;设计并定义仿真系统各模块间的数据接口,最终基于虚拟现实平台EON开发出采摘机器人虚拟仿真系统。基于该系统进行18次葡萄防碰损采摘路径规划及夹剪行为试验,成功率达88.89%;将相关算法移植到物理样机进行43次室内试验,成功率为86.05%。结果表明,开发的仿真系统可为采摘机器人智能行为算法的测试及改进提供虚拟试验平台。     

基于ADAMS的甜菜收获机自动对行探测机构仿真

设计了土下果实收获机械自动对行机构。应用UG建立了自动对行机构三维模型,并将其导入机械系统动力学仿真软件ADAMS中构建了虚拟样机模型。通过设置模型参数,添加约束和驱动,以甜菜为收获对象,实现了在ADAMS/View环境下自动对行的运动仿真。以自动对行机构复位弹簧的刚度、预紧力和作业前进速度为影响因素,以角度传感器获得的角速度为目标函数表征自动对行灵敏度及漏挖率,对影响自动对行的参数进行了虚拟正交试验研究,并进行了田间验证试验。结果表明,复位弹簧刚度的影响不显著,当复位弹簧预紧力为200 N、作业前进速度为1.5 m/s时,漏挖损失率最小。     

基于视景仿真的联合收获机虚拟试验技术

在对轮式联合收获机作业过程中所受驱动力、行驶阻力以及作业阻力理论分析的基础上,建立轮胎模型、路面模型以及作业过程受力模型,并进行数值仿真,获得整机运动姿态曲线。基于视景仿真驱动平台,建立包括农田、道路、树木、草地等地表环境的逼真虚拟场景,并导入合理简化后的联合收获机整机视景仿真模型,利用Vega API编程接口实现整机在虚拟场景中的运动姿态交互控制,使视景仿真结果更符合实际,为研究联合收获机交互式集成虚拟试验平台打下基础。     

元宇宙环境下玉米免耕播种机作业机组仿真与试验

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台并进行交互性能测试,验证沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台交互性能。在此基础上,在不同行驶速度下进行播种性能仿真试验,当玉米免耕播种作业机组前进速度不断增大时,播种质量整体呈下降趋势,趋势接近实际田间试验结果,株距合格率大于88.52%、重播率小于6.97%、漏播率小于4.51%。试验结果表明,本文设计实现的元宇宙虚拟播种仿真平台能够用于玉米播种试验,对降低玉米免耕播种机研发成本、缩短玉米免耕播种机研发周期具有重要意义。     

#br# 基于数据驱动的虚拟场景搭建及#br# 模型检索优化方法#br#

为更科学、高效地搭建虚拟场景渲染平台,解决大量虚拟场景模型的存储与检索的难度问题,运用虚拟仿真技术对使用先进的农业装备和合理规划的果园进行评估、对大量的虚拟场景模型特征信息进行提取及参数化建模,存储到数据库中,建立哈希索引列加速检索。以Unity3D为场景的开发平台,结合典型开源关系型数据库MySQL为虚拟场景模型特征信息参数存储载体,并建立哈希索引列。在数据驱动下,快速构建出符合需求的三维模型,实现了大量三维模型的快速检索调用。以果园场景为例,将天气系统仿真场景数据、多种类果树模型数据、实景扫描地形数据导入数据库中,构建果园场景数据库,快速创建虚拟果园场景仿真平台。仿真结果表明,该方法构建的数据库可以较好地支持场景平台的虚拟设计与仿真,且提升三维模型的检索效率,缩短了农业虚拟场景渲染平台的开发周期,为虚拟场景渲染平台的设计及搭建提供技术借鉴。     

基于ADAMS的大功率拖拉机制动性能仿真

利用三维作图软件PRO/E建立了东方红-1604拖拉机制动器的三维模型,并运用机械系统动力学分析软件ADAMS建立了拖拉机整车的虚拟样机模型,根据相关试验标准对其进行了制动性能仿真试验。试验结果表明,该样机模型稳定可靠,可用于大功率拖拉机的虚拟仿真研究,为大功率轮式拖拉机的仿真研究搭建了虚拟试验平台,填补了我国大功率轮式拖拉机制动性能仿真研究的空白。     

基于unity3d的交互式虚拟农业仿真平台研究

传统的农作物种植试验需要反复设计和改进,且受季节、农时和天气的限制,种植周期长、成本高。基于虚拟现实技术的农作物种植虚拟仿真平台能够缩短作物品种试验周期,降低成本,是实现农业生产现代化的关键。为此,重点研究了基于三网融合技术,以三维虚拟世界为载体,以农业仿真模型为科学计算依据,以任务驱动为特色的虚拟农业仿真平台架构,并基于unity3d实现了交互式虚拟农业仿真平台。     

液压支腿机械液压联合仿真分析——基于ADAMS与AMESim

以机械平衡用的果园多功能移动作业平台液压支腿为研究对象,分别建立了实体模型与液压回路模型,通过机构简化与分析构建了支腿运动方程;分析了双作用单活塞杆在液压缸内速度以及缸内液体压力的变化规律,利用ADAMS和AMESim软件进行了参数化设计及联合仿真,并对仿真结果进行了分析。其结果证明了液压支腿机械液压联合仿真控制闭环模型的可行性,为液压支腿设计与优化提供了捷径,使结构设计与仿真模型更符合工程实际,有助于提高系统性能。     

丘陵山区玉米收获机车身稳定性能仿真分析

小型玉米收获机在丘陵地带工作,面临的最主要问题是侧翻和爬坡。针对此问题,对丘陵山区玉米收获机械整机的稳定性能进行了研究分析。通过对整机作业关键模型参数的调整,基于ADMAS软件建立虚拟仿真环境,并对G型玉米收获机在不同坡度上的侧翻、爬坡性能进行了虚拟仿真。仿真结果表明:15°坡度是G型玉米收获机发生侧翻的临界值,且其最大爬坡能力为5°坡度,旨在为以后小型玉米收获机械的设计和研究提供理论参考依据。     

基于虚拟样机的果园升降平台仿真分析

果园升降平台经过半个多世纪的发展,自动化程度日渐提高,但在坡地作业实现平台的自动调平依旧是一大难题。为提高平台作业性能,在Pro/E中建立了果园升降平台三维模型,并导入ADAMS中,通过添加约束和驱动,利用虚拟样机模型测试升降油缸的受力并优化升降油缸的安装位置,分析了作业平台运动过程偏移角的变化。同时,利用AMESim对升降平台液压系统进行仿真,分析自动调平系统的可行性,为果园升降平台的设计提供了理论支持。     

自走式果园多工位收获装备设计与试验

为解决现代化果园水果收获过程中人工劳动强度大、作业效率低、配套机械匮乏等问题,结合果树矮砧宽行密植模式和农艺种植要求,本研究设计了一种自走式果园多工位收获装备。首先介绍了自走式果园多工位收获装备的整机结构和工作原理,然后根据“两侧、两高度、六工位”采摘作业模式,对履带自走式底盘、扩展作业平台、果实自动输送装箱及转运系统的关键部件进行了参数分析、计算与结构设计。田间试验结果表明,所设计的自走式果园多工位收获装备可同步于六工位人工采收速度,苹果采收损伤率为4.67％,装箱均布系数为1.475,装箱速度为72.9个/min,能够满足果园采收作业要求。     

基于外旋轮线轨迹的果品振动采收机构研究

为进一步提高果品振动采收效率,降低振动损伤,针对振动式果品采收机构的工作方式,提出了理想果树激振形式假设,并通过ANSYS软件仿真研究不同形式位移载荷对果树模型的影响。根据仿真结果,设计了基于外旋轮线轨迹的果品振动采收机构,分析了该机构的结构特点和工作原理,并建立其运动学模型,推导了机构振幅和加速度方程。在满足激振振幅和加速度的前提下,采用"参数导引"优化方法对外旋轮线机构进行尺寸优化。根据仿真结果与理论分析,加工试验样机,利用高速摄影系统捕捉样机的实际运动轨迹,并与理论轨迹、虚拟仿真轨迹对比,从而验证了外旋轮线机构设计的准确性。进行室内活立木动力学响应试验,并统计各测试点的最大合成加速度平均值和标准差,由此验证了外旋轮线机构可实现对果树的有效激振。     

基于EDEM的马铃薯收获机分离输送装置仿真分析

为了实现提高马铃薯收获效率并减少其机械损伤,关键在于优化滚筒式马铃薯收获机分离输送装置的运动参数,包括滚筒筛转速、切削角度和行进速度.为此,建立了土壤颗粒的仿真模型、马铃薯颗粒的仿真模型和马铃薯收获机分离输送装置的仿真模型,通过EDEM软件仿真土壤和马铃薯颗粒的分离输送试验并收集数据;运用Design-expert软件...     

甘蔗收获机喂入分流系统的设计与试验

甘蔗收获机普遍使用的双圆盘切割台系统在收获过程中存在明显"居中堵塞现象"。为了合理利用收获机物流通道空间,使喂入的甘蔗流主动分流居中并行且均匀输出,设计了一种新型的甘蔗收获机喂入分流系统,通过三维设计软件Pro/E建立了甘蔗喂入分流机构虚拟样机模型,并导入多体动力学仿真软件ADAMS,在不同的分流转速、分流辊上的橡胶管按不同的角度安装及选择不同的橡胶管与甘蔗的摩擦因数进行了虚拟仿真试验并在仿真的基础上进行了物理样机实验。仿真与样机实验表明:当此机构分流辊机构转速为300r/min、分流辊上偏置胶管的偏置角度为30°,且偏置胶管与甘蔗间的静摩擦因数f0=0.3 5、动摩擦因数f1=0.2 5时,在保证甘蔗进给速度的前提下,可以使甘蔗流分布较为理想。     

割草机切割压扁装置运行参数优化与试验

为了降低收获过程中的牧草损失,选择最佳的割草压扁机设计参数,对割草压扁机割刀转速和压扁辊转速及其匹配对苜蓿收获质量的影响进行了研究。利用ADAMS软件对割台和植株进行了虚拟样机建模,并利用模型进行了苜蓿植株的切割喂入试验,通过收获过程中割刀与植株平均接触力、压扁辊与植株平均接触力、输送时间等仿真数据,拟合其随割刀转速和压扁辊转速的变化趋势和方程,定义了评判割草机对植株破坏程度的碎草系数并建立了模型。根据碎草系数模型,当割刀转速ng=1 875 r/min,压扁辊转速ny=749 r/min时,割草压扁机对苜蓿植株的破坏最小。利用田间试验对碎草系数与实际碎草率的相关关系进行了验证,两者的决定系数R2=0.958 76。通过碎草系数预测的最低碎草率约为8.38%,比原始样机减少了3.97个百分点,由此可使鲜苜蓿增收约0.47 t/hm2,比原始样机产量提高了4.53%。     

小株距高密度蔬菜植苗机构设计与试验

针对现有植苗机构用于小株距蔬菜移栽时出现的轨迹不合理、穴口太大及秧苗直立性差等问题,提出一种适用于蔬菜小株距高密度移栽的史蒂芬森(Stephenson)型六连杆植苗机构。首先,建立史蒂芬森型六连杆植苗机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发植苗机构辅助分析优化设计软件,分析了不同机构参数对植苗轨迹姿态的影响,并通过优化人机交互的方式得到一组满意的机构参数;其次,对植苗机构进行结构设计,三维建模并进行虚拟样机仿真,搭建试验台并进行空转试验得到实际植苗轨迹,将理论轨迹、虚拟仿真轨迹和实际植苗轨迹进行对比,三者轨迹基本一致,验证了该植苗机构设计的合理性。最后开展了植苗试验,在转速20～40 r/min下进行植苗试验时,植苗平均合格率91.7%,移栽后钵苗株距控制在110 mm左右,直立度接近于90°,满足小株距高密度移栽要求,验证了植苗机构具有较好的可行性和实用性。     

指盘式搂草机动力学仿真及结构寻优试验

玉米秸秆的搂集清理工作劳动密集度高且费时,如果雨天没有及时收获,很容易导致秸秆的变质[1].现阶段玉米秸秆基本上由搂草机搂集,由于作物和耕种方式的不同,引进国外的搂草机存在适应性问题,且搂草机搂集的玉米秸秆含土量大、漏搂率高.针对这一问题,设计了多参数可调节的指盘搂草机实验台,在满足搂草机整机结构及工作原理的基础上,对...     

苹果采收平台输送装置设计与优化试验

针对国内苹果园人工采收效率低和损伤率高的问题,设计了一种苹果采收平台输送装置,实现苹果自动输送作业。首先通过对苹果输送过程进行运动学分析,确定影响苹果机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。其次根据Box-Behnken试验设计原理,以输送速度、果托倾角、果托形状为试验因素,以损伤率为试验指标,对苹果采收平台输送装置的作业参数进行试验研究,建立试验指标与试验因素之间的回归模型。最后分析了各因素对试验指标的影响规律,并根据回归模型对试验因素进行综合优化。试验结果表明：当输送速度为0.2m/s、果托倾角为30°、果托形状为圆台体时,苹果损伤率为3.69%,苹果机械损伤明显低于未经参数优化的苹果采收平台输送装置,输送作业效果最好。研究结果可为苹果园采收平台的结构优化和输送作业参数控制提供参考。