番茄采摘机器人数字孪生仿真系统的开发研究

【目的】实现番茄采摘机器人的快速开发设计与调试,避免大的返工和浪费,降低开发和调试成本,缩短开发周期。【方法】课题组开发了一种虚拟仿真调试系统,应用到番茄采摘机器人的开发研究中。该系统主要由数字孪生仿真软件搭建虚拟样机模型,虚拟样机模型能够赋予物理属性运动关系以及逻辑信号,通过利用基于PC的运动控制卡和低代码的SmartACS编程软件,采用OPC UA通信方式,实现硬件控制卡控制虚拟模型,这样就构建了番茄采摘机器人的数字孪生仿真调试模型。【结果】该数字孪生仿真模型能够很好地验证设备的机械结构和控制程序的合理性,并能够在设计阶段快速且低成本地发现问题并加以改进。【结论】通过对虚拟样机模型进行虚拟的机电联调,能够在不做出物理样机的前提下实现对所设计的机械结构及控制程序的联合调试和验证,从而大幅缩短了开发周期,降低了开发成本。本研究能为其他农业机械的设计研发提供一定的参考,有利于提高我国农业机械化水平。     

解读虚拟试验技术在机械加工中的重要性

随着工业时代化的快速发展革新,机械制造业得到了巨大的变化,机械加工作为制造业的重要部分得到广泛应用,机械加工前期的虚拟试验技术备受重视。机械模拟加工技术的成功开发和研制,实现了机械产品从开发、制造到装配整体产品的优化,提高了机械加工效率。为了进一步推动机械模拟加工技术使用与普及,在进行机械加工时要采取严格的控制措施,文章针对机械加工虚拟试验技术进行了简要分析,充分解读虚拟试验技术在机械加工过程中的重要性。保证加工成品质量,确保产品达到最佳性能标准。     

基于Java3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真研究

为了实现采摘机器人机械手臂运动虚拟仿真过程的交互性,基于Java3D和VRML虚拟现实技术,提出了一种机械臂交互式三维场景生成及运动仿真系统。为了验证系统的可行性,以采摘机器人机械臂为研究对象,设计了基于采摘机器人机械臂运动仿真系统,并基于网络的特征,通过接口导入机械臂关节的造型文件,实现了采摘机器人机械臂仿真三维虚拟场景创建。对仿真系统进行了实验,结果表明:开发的采摘机器人机械臂三维运动仿真系统可以对采摘路径进行合理的规划,得到和实验基本吻合的轨迹,能够实时地显示关键力矩的变化,为关节结构的优化提供了数据参考。将仿真目标位置和预设位置进行对比发现,最大位置偏差不超过1 mm,从而验证了运动模型和算法的可靠性。     

基于Solidworks的花生挖掘类收获机具仿真设计

根据广东花生品种、种植农艺与收获工艺要求,吸取国内外花生收获机械的基础上,利用Solidworks软件模拟仿真设计了一种花生挖掘类收获机具。该收获机具虚拟地悬挂于中小型拖拉机后,由拖拉机带动该收获机具进行集花生挖掘、碎土、粘土分离和铺放等工序为一体的机械化收获作业。这种模拟仿真设计方法能以较快的速度完成设计制作,不仅形象方便,还可节省研发成本,为广东花生收获机的设计开发提供一定参考。     

基于ProE的生姜挖掘类收获机构的模拟仿真设计

利用ProE软件模拟仿真设计了一种生姜挖掘类收获机构,该收获机构虚拟的悬挂于小型拖拉机后,由拖拉机带动该机构进行挖掘生姜收获作业。该收获机构中的切割铲模拟仿真是采用钢板材料制成的两刀片并组合成整体"V"型三角形的挖掘切割铲设计,并在切割刀片后面设有条形筛至土薯分离器,以便姜块挖掘物的初次姜土分离和传输;姜土传输分离器模拟仿真设计是利用常用钢筋条按一定间距布置于传动链条上组合而成的链杆式分离器。这种利用三维模拟仿真软件设计和虚拟样机装配的方法,形象直观,便于进一步开发研究。     

基于VR技术的旋耕埋草机功率检测研究

为了提高旋耕埋草机的功率检测准确性和效率,实现旋耕埋草机的结构优化,将VR虚拟现实技术引入到了埋草机的功率测算过程中,并采用Lab VIEW软件设计了功率检测虚拟平台,从而实现了旋耕埋草机的功率数据采集、处理和仿真模拟。为了验证方案的可行性,以一台简单的旋耕埋草机为例,在农田里展开了试验。首先,对其作业性能进行了测试,在保证其能正常作业的情况下采用虚拟仪器对功率进行了测算,并将其和实际功率仪器上的采集功率进行了对比。结果表明:采用虚拟仪器得到的功率和实际功率相吻合。由此验证了方案的可行性,为旋耕埋草机的优化设计提供了数据支持,为农机智能检测仪器和嵌入式系统的开发提供了较有价值的参考。     

收获机虚拟环境模型与仿真平台构建

为实现收获机械的设计创新以及整机作业行为和性能的仿真试验,以玉米收获机为例,采用Unity3D虚拟平台构建了收获机械三维仿真模型。根据物料流变特性,以虚拟弹簧和虚拟墙构建了植株模型,通过建立行为控制模型实现了收获机械与植株的交互,最终开发了收获仿真平台,应用该平台进行了验证试验和不同条件下的收获仿真试验。试验结果表明,构建的植株模型和虚拟收获环境符合收获机械仿真需求,仿真平台可进行收获机械作业性能的评估。     

新型插秧机的三维虚拟仿真设计与试验

为进一步提高我国新型插秧机的设计速度与实际插秧效率，针对其主要结构优化展开研究。基于插秧机的构造框架，融入工业三维设计仿真技术，搭建用于新型插秧机机构三维仿真设计的理论模型，经各组件关键参数设计阈值确定后形成合理的插秧机组件三维物理模型，利用虚拟仿真软件展开建模下的结构适用性分析，得到相应的仿真结果。同时，进行插秧机三维设计后的实地作业试验，结果表明：该三维虚拟仿真与联合作业试验之间获取的评价参数误差相差不大，验证了虚拟仿真的准确性，且虚拟仿真设计下的新型插秧机的结构紧凑性相对提升了6.65%,插秧的准确度相对提升了9.56%,综合插秧效率达94.85%。该设计思路充分利用了成熟的虚拟仿真技术，为插秧机具及类似农用机械的改良提供了很好的参考。     

浅析机械加工虚拟实验技术

在工业改革的大形势下,机械加工获得了普遍地发展,人们非常重视机械加工虚拟实验技术的应用。成功地研制机械加工虚拟实验技术,能够优化机械产品的开发、制造、装配等,从而实现机械加工效率的提升。为此,本文分析了机械加工虚拟实验技术及其应用问题,得出虚拟实验技术是机械加工未来的发展方向和趋势。     

单株幼龄苹果树修剪仿真研究

修剪是果树生产中重要的技术手段,要想研究更加合理的修剪技术体系,就必须保证能够对修剪反应有准确、直观和及时的判断,而仿真模拟技术提供了这种可能。以幼龄苹果树为研究对象,采用不同修剪处理对比的方法,在田间试验的基础上,总结修剪反应规律,构建苹果树结构和修剪模型。在此基础上基于Qt框架和OpenGL图形库,开发了单株苹果树修剪仿真软件平台。结合优化算法,通过仿真平台模拟了给定生产目标的修剪方案优化,优化结果对虚拟学习和实际生产提供了可视化指导。     

基于VERICUT数控加工仿真技术研究

当前,数控技术的广泛应用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。虚拟仿真加工技术是数控加工技术当中一个极为重要的方面。VERICUT软件可以仿真模拟各种系统数控车床、数控铣床、数控加工中心、四轴数控机床、五轴数控机床等多轴加工设备的数控仿真加工过程[1]。该文以虚拟XK714铣床几何模型的构建为例来介绍基于VERICUT数控加工仿真技术。     

虚拟样机技术在机械设计中的应用

虚拟样机主要是指基于计算机系统,利用相关软件对机械产品的应用功能与应用环境进行真实性模拟,属于模型建立和虚拟仿真的结合。在机械设计过程中,借助虚拟样机技术,可以提高机械产品的实际性能,如外观、空间关系,以及运动学和动力学特性,是提高机械设计效率与可靠性的重要支承技术。以虚拟样机技术软件ADAMS为研究基础,系统论述虚拟样机技术的主要含义与发展意义,以联合收获机切割器和玉米秸秆切割台的运用为例,对操作过程与操作步骤进行分析。研究结果可以为虚拟样机技术的发展与应用提供参考。     

数控仿真软件在数控机床教学中的应用

随着机械制造业对数控技术专业人才的大量需求,高职院校都非常重视数控专业学科建设。将模拟实际机床加工环境及工作状态的虚拟机床仿真软件、以零件设计和加工程序为主的CAD/CAM一体化软件等,应用于数控机床教学中,提高了学生学习的积极性及教师的教学效率。但应注意将仿真操作与实际训练相结合。     

一种新型自动导引车的模型设计

文章利用SolidWorks三维软件,设计了一款基于全方位轮的自动导引车的机械模型。该自动导引车机械结构主要包括由四个全向轮组成的行走机构、车体、机械爪几部分,可用于图书馆内书籍的搬用。利用SolidWorks软件设计了全向轮、电机固定连接件、机械爪、车体等结构模型,并进行了整机虚拟装配,为后续的实物制作和控制打下了基础。     

大型挖掘机工作装置刚柔耦合运动性能分析

针对挖掘机在复杂工况下的频繁启停工作,结合虚拟样机与CAE技术,利用Solidworks软件建立了挖掘机三维模型,并根据有限元理论和多柔体动力学理论建立其工作装置刚柔耦合分析模型。在ADAMS中完成了挖掘机模拟实际工况的动力学仿真,得到工作装置的时变特性曲线。对比结果表明刚柔耦合模型更加贴近实际,能更准确地反映工作装置的运动性能,可进一步为挖掘机结构的设计优化,振动特性分析等提供参考依据。     

Java语言的异常处理设计

程序设计语言提供的机制一直是软件设计技术研究的热点,充分发挥这些机制的作用,能极大地提高软件开发效率。异常处理机制是面向对象程序设计语言的重要特征之一,它把异常处理的技术固化到了程序设计语言中,为开发可靠性软件系统提供了强有利的支持。为了充分发挥异常处理机制的作用并避免其副作用,介绍了Java语言中的异常处理,提出了Java语言的异常处理设计原则。     

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MCD的物料分拣搬运装置设计与仿真调试

机电产品开发前期运用机电一体化概念设计（MCD）对新产品进行虚拟调试验证,是验证新产品开发可行性的有效手段。项目组基于AHK机电一体化综合考试实训装置,利用MCD软件对装置进行改进设计,得到物料分拣搬运装置模型,结合TIA和S7-PLCSIM Advanced对改进后的装置虚拟样机进行虚拟调试。仿真结果表明,基于MCD的方法可以将所设计的物料分拣搬运装置在机械结构及电气控制等层面进行较为真实的仿真运行,为机电产品的开发调试提供有效的借鉴。为满足在现阶段实训设备不足情况下进行机电设备装调教学,提供了重要的技术支持。     

基于VB的数控加工图形仿真

数控加工前,需要对数控程序进行检查。若利用计算机技术对其进行模拟仿真可以获得与加工过程相似的真实感,直观地检查数控程序。为此,介绍了如何利用VisualBasic编程工具,模拟二维显示模式下数控车削加工环境的方法。归纳了开发动态图形仿真过程应解决的主要问题:NC代码编译器功能的设计思想;VB与NC加工程序的软件接口方法;虚拟车削刀具与虚拟工件动态图形处理。     

小型整秆甘蔗收获机械喂入机构仿真分析与试验研究

小型整秆甘蔗收获机械的喂入机构在工作中容易堵塞进而影响整机收获性能.为解决这一问题设计开发了一种新型的喂入机构,并运用虚拟仿真技术对喂入耙轮进行了仿真分析,对其通过性能以及相关动参数进行了模拟仿真和实验研究分析,从而验证喂入耙轮创新设计的可行性.该新型机构能对输入重叠的甘蔗进行分流,防止物流堵塞.经试验验证,此喂入机构在物流过程中防堵性能良好,甘蔗物流通过率达90%以上.