一种新型攀爬机器人的设计与性能分析

针对杆状建筑的换装和清洗等问题,根据冗余理论设计了一种新型攀爬机器人,采用了气缸夹持机构和凸轮机构作为攀爬机器人。研究了攀爬机器人在攀爬过程中的步态,并对夹持机构进行了D-H参数运动学正向求解,分析了夹持机构的运动位移方程。利用ADAMS对机器人攀爬过程进行仿真,分析了攀爬过程中的上下夹持机构位移、速度和夹紧力的变化情况。仿真结果表明,攀爬机器人可以按照预设步态平稳地完成运动,速度最大为9.5 mm/s,夹持机构的夹紧力有一定的波动,但对机器人的攀爬稳定性影响较小,该夹持机构爪部可偏转,对锥状柱体的抓取也有一定的适应能力。     

采摘机器人机械手夹紧装置优化设计——基于Pro/E和ADAMS联合仿真

采摘机器人作业过程中,果实的机械损伤是影响采摘效果的主要因素之一。为了降低采摘机械手对果实的伤害、缩短设计周期、降低实验成本,提出了一种新的机械手夹紧装置的优化设计方法。该方法利用软件的联合虚拟仿真功能,实现了虚拟环境下夹持机构夹紧力的计算与同步优化。同时,构建了采摘机械手虚拟样机多体系统框架,设计了采摘机械手仿真计算的多体动力学模型,利用Pro/E软件建立了机械手的数字化模型,并导入ADAMS中进行了模拟仿真分析;通过计算得到了不同机械手手指尺寸的夹紧力大小。由夹紧力的多组仿真结果可以得到:在不超过水果破碎夹紧力阈值时,最大夹紧力所对应的机械手手指长宽比,从而有效缩短了机械手的设计周期,提高了设计效率,为采摘机器人的研究提供了重要的数据参考。     

花卉幼苗智能移栽机设计与仿真分析

为了改善目前盆栽花坛花卉幼苗移栽人工作业劳动强度大和作业效率低的现状,设计了花卉穴盘幼苗智能移栽机。综合国内外研究现状,介绍了智能移栽机的工作原理和作业流程。对花卉幼苗移栽机关键部件-末端定位机构和移栽夹持手爪进行虚拟样机设计,其中夹持手爪采用兼顾主动夹持和伸缩的操作方式,既有利于增加夹持力度,又可以防止幼苗根部基质对夹持手指的粘连。根据移栽作业预期效率和精度,基于 ADAMS 软件对3自由度移栽定位机构运动和移栽夹持手爪夹持力度进行仿真试验,对其各自驱动元件参数进行校核,保证其选型满足设计使用要求。     

基于预定轨迹的残膜脱卸机构的优化设计

根据曲柄摇杆机构的运动特点,设计了一种结构简单、工作可靠的搂齿式卸膜机构。以预定轨迹为目标函数、机构各构件的结构参数为设计变量,对搂齿式卸膜机构进行优化,确定了机构主要结构参数,并运用ADMAS软件对搂齿卸膜机构进行运动学仿真分析。同时,制作样机进行田间试验,结果表明其满足性能要求。     

水果检测装置夹持臂的有限元分析

夹持翻转机构是大型水果无损检测装置的关键部件,主要功能是夹持哈密瓜后翻转,对其瓜体全表面进行图像采集,为无损检测分析提供数据。图像采集对机构的稳定性要求较高,其强度和稳定性直接影响检测效果。为此,运用Pro/E建立了检测装置的三维模型,并用有限元分析软件ANSYS对夹持翻转机构进行了不同工况下的静态分析及模态分析,得到夹持臂在工作时的应力应变云图及模态频率。分析表明,影响夹持机构振动特性的模态频率主要集中在8Hz左右,为其机构设计与优化提供了理论依据。     

植物茎秆柔性夹持装置刚柔耦合仿真与试验

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题,设计一种植物茎秆柔性夹持装置,夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持,能进行夹持力与夹持行程双调节,更好适应植物茎秆在力学试验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹持需求。基于所建立夹持装置刚柔耦合仿真模型,进行夹持力、夹持行程、弹簧刚度等多因素动力学对比仿真与试验分析,以弹簧刚度为设计变量进行灵敏度及稳定性分析,研究不同弹簧刚度对柔性夹持装置夹持性能的影响。仿真与试验结果表明：装置最大夹持直径为68.8 mm,基于所构建夹持装置精准夹持力模型,可平稳调控夹持行程、速度及夹持力;随着弹簧刚度的增加,夹持力逐渐变大,夹持稳定性增加,综合比较发现当弹簧刚度为10 N/mm时,可满足装置施加400 N切割力时植物茎秆稳定夹持需求,柔性夹持力波动较小,能有效避免损伤植物茎秆。     

带夹持机构的锯切式苹果剪枝机设计

针对苹果剪枝过程中,枝条材料特性差异性较大,导致锯切过程不稳定,锯切插口效果不能保证的问题。设计一种带有夹持机构的锯切式苹果剪枝机。首先,应用有限元分析软件对锯切式剪枝机锯切刀片的旋转速度ω、进给速度V、受力F等重要参数进行分析。然后利用阿基米德螺线(等速曲线)设计夹持机构的支撑刀片刃口曲线。最后,借助ADAMS仿真分析软件对夹持机构的重要参数进行仿真分析,使锯切刀片实现最优的作业状态。在上述研究的基础上制作样机,进行现场试验验证。结果表明该机构达到设计要求,枝条的切口平整光滑,符合枝条修剪后的愈合园艺要求。     

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。     

基于云平台和UG的拖拉机零件数字化加工仿真技术

在拖拉机零部件的设计制造过程中,为了提高设计效率,优化加工工序,提出了基于云平台和UG软件的数字化加工仿真方法。采用UG软件创建三维模型后,借助云平台的高效计算能力和海量存储能力,对加工过程进行仿真,以实现加工工序的优化。以拖拉机零部件底座的加工仿真为例,调用云平台资源,并利用UG软件对零件的加工过程进行了仿真模拟,得到了零件的加工轨迹和加工数据,根据加工仿真结果可以实现对加工工序的优化。     

水果采摘机器人通用夹持机构设计

为提高采摘机器人的实用性和利用率,提出了一种通用型夹持机构,并构建了虚拟样机。为使机械夹持不损伤水果,研究了水果受力对夹持构型的影响,以柑橘为例进行变形、应力分析,为机构提出设计依据,进而对结构进行优化,确定了机构外壳及杆件的合理参数和对果实损伤最小的夹持量,单类型水果夹持量为直径方向小于2mm。     

基于虚拟仿真技术的甘蔗收割机喂入装置研究

针对小型甘蔗收割机阻塞严重和机械效率低的问题,提出了收割机的优化方案,主要包括对喂入装置倾斜角度、刀片转速和收割机行进速度的优化。设计了喂入装置的参数尺寸,并使用UG6.0建立了优化后虚拟样机的三维模型,将模型导入到ADMAS软件中进行了运动学仿真,对3种优化项目进行正交仿真模拟实验,得到了3种优化项目对收割机收割效果的显著性影响结果。由显著性计算结果可以看出:只有一次的喂入率小于9 0%,最佳整秆率组合为A1 B2 C2,最低损失率和漏割率组合为A2 B1 C1和A1 B3 C3。对漏割率和损失率进行方差分析发现:A和B对漏割率的影响显著,C和B对损失率的影响显著,因此需要综合考虑这些因素,使收割机的收割效果达到最优。     

圆盘式成穴器计算机仿真模拟研究——基于离散元法和ADMAS

圆盘式成穴器是播种机工作过程中用来生成穴孔的成穴装置,是精密播种装置的重要器件,对于其结构性能的分析是提高播种机作业效率和质量的有效手段。为了优化圆盘式成穴器结构,将CAD建模和ADMAS动态模拟软件引入到了成穴器设计和仿真过程中,分别建立了成穴器与土壤颗粒的二维离散元仿真分析模型,通过ADAMS软件对土壤颗粒与成穴器之间施加合理的力学模型,对成穴器作业过程中工作的阻力进行了仿真模拟分析,并研究了不同含水率情况下成穴装置水平和垂直阻力的变化规律。仿真计算结果表明:采用离散元法和ADMAS软件联合仿真方法可以成功地实现成穴器阻力的仿真计算,并可以输出阻力大小随播深以及含水率的变化曲线,为圆盘成穴精密播种装置的结构优化和设计提供重要的数据参考。     

一体式蔬菜钵苗取苗爪夹持力检测传感器设计与试验

针对入钵夹取式全自动蔬菜钵苗移栽机取苗爪体积小，夹持力检测传感器结构与安装方式干涉取苗爪正常取投动作、影响自身精度与使用寿命等问题，本文选用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)薄膜作为传感器介电层，设计了一种内置式钵苗夹持力传感器，并通过嵌入方式实现取苗爪与传感器一体化设计。建立穴孔、钵体基质、取苗爪仿真模型，应用LS-PrePost软件对取苗过程进行耦合仿真，得到取苗爪与钵体基质接触部位最大受力区域，确定了取苗爪与传感器的结构与尺寸；设计夹持力信号检测系统，将硬件电路与采集软件结合，完成电容量-电压转换、信号放大、噪声滤除，实现夹持力信号的采集、处理、显示与保存等功能。为验证传感器性能，进行传感器标定试验与室内验证试验。标定试验表明，在不同振荡频率下，夹持力传感器平均灵敏度为0.372 8 N/V,平均线性决定系数为0.989 2,精度为7.548%,量程为7 N,满足移栽过程中夹持力检测的准确度要求；室内验证试验表明，夹持力检测传感器具有良好的稳定性与适应性，可用于移栽机取苗机构夹持实时精准检测。     

基于ADAMS的棉花钵苗移栽机构优化设计

为了提高棉花钵苗移栽机构的数字化设计效率和设计精度,将ADMAS软件和离散元技术引入到了机构的设计和仿真运动上,利用CAD软件对所设计的棉花钵苗移栽机构进行了三维实体建模;然后,通过CAD和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS,根据实际设计要求添加相关约束;在此基础上,进行了运动仿真,研究了钵苗移栽机构的运动情况。通过仿真运动得了钵苗移栽机械的位移随时间变化结果,并绘制了可视化曲线。由曲线结果可以看出位移拐点及最大位移等信息,为机构的优化及强度校核等提供了数据参考。     

基于自适应网络的高精度玉米拾穗装置优化设计

为了提高玉米拾穗装置拾穗的准确性,减少漏摘率、断穗率、籽粒破碎率等玉米收割效率的不利因素,设计了一种新的高精度玉米拾穗装置。该装置利用玉米拾穗拉断力的变化对玉米拾穗过程的拾穗辊质心角速度进行准确监测,当产生漏摘率、断穗率、籽粒破碎时会发出警报,并利用计算机自适应网络原理,对拾穗辊的间隙进行自适应调节,提高了拾穗装置的拾穗精度。为了验证装置优化设计的合理性,采用试验、理论分析和数值仿真模拟的方法对装置的采摘效率进行论证,利用Pro/E软件建立了拾穗装置的三维建模,根据拾穗过程拉断力的增大引起的质心角速度变化,使用ADMAS软件对玉米穗拾穗过程的角速度进行了仿真模拟,得到了和试验相吻合的角速度值。将自适应高精度玉米拾穗装置和普通玉米穗采摘装置进行对比发现:高精度玉米穗采摘装置在降低漏摘率和断穗率方面都表现出了优良的性能,大大提高了玉米穗的采摘效率,为玉米自动化采摘机械的设计了技术参考。     

拖拉机回转体零件数控加工技术研究基于CAD和UG建模仿真

为了实现拖拉机回转体复杂零部件的数控加工,提高零部件的建模和工艺设计效率,将CAD建模和UG仿真技术引入到了零部件的数控加工工艺的设计上,通过对加工过程的仿真,实现加工工序的优化设计。在利用UG软件进行数控加工仿真时,可以通过碰撞干涉检查和仿真过程的详细查看确定加工工艺的设计是否存在问题,发现是否存在过切等现象,为数控加工时刀具轨迹的修改提供依据,还可以代替零件的试切或试加工过程,对于提高拖拉机复杂零部件的设计和加工效率具有重要的意义。     

工业大麻割晒机的三维仿真设计

针对当前我国工业大麻割晒机研究现状与发展需求,运用三维软件UG设计了一款工业大麻割晒机,包括夹持输送机构、切割机构、传动机构、机架等。首先对星轮式拨禾机构、往复式切割器等零部件进行三维建模,然后根据各零部件之间的准确约束进行整机装配,并对样机各运转部件进行了干涉检查,仿真结果表明所设计的工业大麻割晒机符合农艺要求,并为后续的虚拟样机运动仿真、割台的结构优化奠定了良好的基础,提高了样机的研发速度。