林用装备自动调平系统优化设计与仿真

针对林业装备常常在坡地及坑洼等复杂地形行驶与作业,造成驾驶员操作精准度、工作效率、舒适性以及安全性降低等问题,设计了一种林用装备作业平台的自动调平系统。此系统采用Stewart六自由度并联机构进行调平,在进行样机参数化三维设计、建模后导入运动分析软件ADAMS中仿真分析,优化自动调平系统的控制策略与逻辑,并与软件MATLAB/Simulink进行联合仿真以验证系统的性能。结果表明:优化设计后的自动调平系统可实现横、纵坡度30°范围内的准确调节,加速度、重心高度等参数指标相比普通装备有效下降,能够达到提升林用装备工作效率与安全性的目的。     

并联六自由度运动平台铰点工作空间的仿真实验

文章基于6-6结构六自由度并联机构铰点工作空间的概念,阐述了六自由度运动平台工作空间大小与结构尺寸参数评价关系。首次利用工作空间大小与尺寸参数的联接关系表达式,通过仿真实验验证了本研究室飞行模拟器用六自由度运动平台结构设计的合理性,使直接依据工作空间大小进行结构尺寸设计而不必进行大量工作空间反复核算成为可能。同时依据铰点工作空间构造出Stewart平台位置可达工作空间,为工作空间的分析提供了一种全新方法。此方法不仅可以为结构参数设计提供依据,还可为工程设计提供机构边界运动范围,是分析并联机构工作空间一种强有力的有效、实用的新方法。     

激光平地机自动调平控制系统的研制

现有的激光平地机对平地铲只有高程控制而没有水平平衡控制。分析了当前激光平地机在不平整地面上工作的缺点,提出了一种自调平控制系统,实现激光平地机水平方向上自调平控制,改进与提高其平整精度和效率。当激光平地机在斜坡上工作时,使用该系统可自动保持农具平衡。实时倾角通过固定机具中心的倾角传感器获得,控制器将根据实时倾角来驱动电磁阀,控制油缸动作,使得机具实现自调平控制;同时对其进行静态试验和动态试验,通过数据分析,发现该系统能有效提高土地作业的稳定性。最终得出该系统相对于常规的激光平地机地块平整前后的绝对改善度提高了50.0%,相对改善度提高了18.6%,土地误差水平小于1.0%。     

高地隙植保机底盘调平系统的设计与试验

为实现高地隙植保机底盘离地间隙调节和底盘调平控制,以湖南农业大学与宗南重工联合研制的高地隙多功能植保机为平台,设计加装了底盘自动调平系统。系统由STM32主控芯片、倾角传感器、驱动模块、平行四边形升降机构和液压执行机构组成。每个平行四边形升降机构上安装倾角传感器,用于检测底盘的离地间隙;底盘中心位置安装1个水平倾角传感器,用于检测底盘的水平角度。采用Kalman滤波算法处理底盘水平倾角数据,采取基于位置误差控制加角度误差控制的调平控制策略,完成高地隙植保机离地间隙调节和底盘调平的控制。试验证明,滤波算法能有效抑制水平倾角数据的抖动;调平系统能完成植保机离地间隙调节和底盘调平,平均响应时间为0.45 s,静态调平的平均水平误差≤0.25°,最大误差0.45°,均方根误差≤0.27°;动态调平的平均水平误差≤0.64°,最大误差0.81°,均方根误差≤0.34°,满足高地隙植保机作业要求。     

果园升降平台调平装置的设计与试验

对湖南农业大学工学院设计的果园升降平台设计了1种"方向+角度"的调平装置,以改善升降平台的稳定性。调平装置通过液压马达驱动工作平台旋转,对工作平台横轴方向进行调节;通过液压缸伸缩调节工作平台纵轴与水平面的夹角实现对工作平台的调平。调试结果表明,该调平装置调平误差在±1°,能适应0~15°的调平要求。     

水稻品种区域试验单一性状非平衡资料的分析方法

目前，国内水稻品种区域试验分析只限于对产量及其性状进行方差分析和显著性测验，而对非产量性状的评价多限于根据品种的平均表现来排位，这样有可能带来误差，从而不能准确、科学地评价参试品种。而本文阐述的混合线性模型（MLM）分析原理，则可以避免该误差，从而对非平衡数据进行准确的统计分析。     

货箱自适应调平果园作业平台设计与试验

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测试样机的续航里程、货箱伺服调平等性能参数。【结果】其满载续航时间为3.4 h,最高行驶速度为4 km/h,最大升降高度1.52 m,最小转弯半径为0.89 m。台架试验中空载动态调平误差平均值小于1°;满载动态调平误差平均值小于1.5°,在设计的爬坡角度以内,调平稳定时间最长为4.32 s,果园实地测试中,作业平台以1 km/h的行驶速度,测试在10°和15°纵坡、-10°和-5°横坡的调平性能,最终货箱自动调平角度均保持在-2°～2°;【结论】通过试验分析,货箱自适应调平果园作业平台性能良好,能够满足丘陵山区果园的采摘、运输等环节需要。     

基于模糊PID的山地拖拉机调平控制系统的设计

在自行开发的山地拖拉机调平机构上加装了自动调平控制系统。系统以可编程逻辑控制器(PLC)为主控核心,以倾角传感器为车身平台倾角检测机构,以模糊PID为调平控制算法,通过监测倾角传感器检测的角度值来实时调整伺服电机的转动与伺服电缸的伸缩,以实现车体平台的自动调平。静态试验结果表明,拖拉机车体平台在倾斜15°的情况下,车体平台横向和纵向单独完成调平分别用时1.851 s和1.882 s,同时调平在3.319 s内完成。动态试验结果表明,拖拉机在行驶速度1.73 km/h、最大坡度15°时,完成车体平台横向和纵向调平分别用时6.253 s和6.853 s;调平时最大超调角分别为9.053 3°和8.687 2°,调平后车体平台角度偏差最终可控在0.5°。     

丘陵山地作物信息采集全向自平衡装置的设计与试验

为降低丘陵山地复杂环境作物信息地面采集设备人工多次移动架设的劳动强度,提高信息采集效率,研究设计了一种自动水平调节平台,用于丘陵山地中作物信息数据采集设备的搭载.利用旋量理论和运动学原理,建立了平台机构的数学模型,设计了控制系统和程序,进行了样机试制和室内、室外试验.试验表明,在最大负载、最大坡度范围内,最大静态调平误差小于0.3°,最大动态调平误差小于3°.平台能够较好满足搭载光谱与图像等设备在丘陵山地±15°坡角采集作物信息时的自动调平需求,能够同时调节俯仰方向和横滚方向角度,与现有调平平台只有俯仰调节功能相比,该平台更符合丘陵山地场景的使用要求.     

基于神经网络的长输管道综合可靠度评估方法

对长输管道可靠性进行评估的传统方法是,将管道结构视为一个串联或并联系统,运用可靠性的理论概念和各种失效概率假设,以故障率的统计资料为计算依据来进行可靠度的计算分析,可靠度也采用故障率等参数来表达.该方法表达方式简单,含义通俗易懂,计算过程简便.然而,该可靠度的结果存在实用性不足的明显缺陷,不便于将其结论直接应用于管道设计、在线检测评估、管道维护等实际工作.为此从6个方面进行了分析,提出了构建综合可靠度的理论设想.运用神经网络的基本原理和模型进行分析建模,并提供了分析思路和步骤.     

基于神经网络的长输管道综合可靠度评估方法

对长输管道可靠性进行评估的传统方法是，将管道结构视为一个串联或并联系统，运用可靠性的理论概念和各种失效概率假设，以故障率的统计资料为计算依据来进行可靠度的计算分析，可靠度也采用故障率等参数来表达。该方法表达方式简单，含义通俗易懂，计算过程简便。然而，该可靠度的结果存在实用性不足的明显缺陷，不便于将其结论直接应用于管道设计、在线检测评估、管道维护等实际工作。为此从6个方面进行了分析，提出了构建综合可靠度的理论设想。运用神经网络的基本原理和模型进行分析建模，并提供了分析思路和步骤。     

植株自旋转多视角重建技术在小麦植株三维表型获取中的应用评估

基于多视角重建技术的作物三维表型高通量获取系统成本低、获取效率高,引起越来越多的关注。植物自旋转式拍摄平台易于搭建,但植物旋转过程中产生的抖动对点云三维重建和表型解析精度有一定影响。为评估旋转式多视角成像在小麦植株三维表型解析中的适用性,基于植物旋转设计了便携式小麦植株三维表型高通量采集系统,选取穗期不同品种的小麦植株作为实验样本进行点云重建,基于Hausdorff距离评价了重建点云的精度误差;并基于人工测量数据,对所提取的表型指标精度进行评价。结果表明,植物旋转式重建的点云与相机旋转式重建的点云有较高的一致性,点云精度差距基本控制在0.4 cm以下;获取的叶长、叶宽和株高的均根方误差分别为0.79、0.13和0.53 cm,平均绝对百分比误差分别为3.26%、7.63%和0.74%,表明该方式适合穗期的小麦植株表型重建,具有较高的点云重建和表型提取精度,并为小麦植株表型评价提供了一种低成本的解决方案。     

基于DSP的水田平地机倾角传感系统设计与试验

平地机车身倾角是水田平地机平地铲自动调平控制的重要反馈信息。为满足平地铲自动调平的倾角测量精度要求,达到水田精准平整、减少水资源的浪费、提高水稻产量的目的,设计了一种基于DSP的水田平地机倾角传感系统。采用惯性加速度计和陀螺仪作为倾角传感系统的倾角测量传感器,分析了倾角传感系统倾角测量原理、设计了硬件系统和基于卡尔曼滤波器的传感器融合算法。倾角传感系统综合利用加速度计所测的重力加速度分量和重力加速度的三角关系以及陀螺仪所测的角速度和车身倾角的导数关系测量获得平地机车身倾角;采用三轴加速计ADIS16300、陀螺仪ADXRS453和DSP处理器TMS320F28069等器件组成倾角传感系统的硬件系统,其中DSP处理器主要实现传感器数据采集、算法执行和数据通讯等功能;以平地机真实倾角和陀螺仪零位偏差作为系统状态向量,建立系统状态方程和测量方程,通过离散化卡尔曼滤波器递归融合得到平地机车身实时倾角。通过三轴多功能转台对倾角传感系统的卡尔曼滤波融合算法测量精度进行了试验。试验结果表明:该倾角传感系统在静态和动态时均能准确地测量平地机车身实时倾角。静态测量时车身角度平均绝对误差≤0.01°,均方根误差≤0.01°,最大误差0.07°。动态测量时车身角度平均绝对误差≤0.18°,均方根误差≤0.20°,最大误差0.41°。说明该系统为水田平地机平地铲自动调平控制提供了低成本倾角测量方案。     

果园升降作业平台自动调平控制系统设计

果园升降作业平台是果树修剪和果实采收过程中使用广泛的果园作业机械,我国果树多种植于丘陵山地,由于地形结构复杂,果园升降作业平台在工作过程中是否能够保持水平状态就直接影响了果园作业人员的工作安全和效率。因此,本课题设计一种能够快速稳定调平作业平台的调平装置,来提高果园升降作业平台的水平调节稳定性,保障作业人员的安全和提高劳动舒适性。实验证明,本调平机构能够更高效的调节平台水平,适应更加复杂的地形。     

调平式果园作业平台设计与仿真分析

基于河北农业大学研制的果园作业平台设计了一种调平式果园作业平台,能够在调节工作台面倾斜角度的同时对车身载荷转移情况进行调整,有效提高作业平台坡地作业时的稳定性和搭载人员及物品的安全性,增强作业平台对不同作业环境的适用性。本研究采用最大侧倾稳定角和横向载荷转移率即值作为作业平台倾翻稳定性评价指标,利用ADAMS软件对作业平台虚拟样机在多工况下车身稳定性进行运动学及动力学分析。基于传统力学和运动学理论建立了仿真模型的动力学数学模型,经验证计算结果与仿真结果误差不超过0.5%,验证了仿真模型有效。仿真结果表明:调平后,作业平台最大侧倾稳定角度值提高,横向载荷转移率值降低,有效提高了作业平台抗倾覆性和行走稳定性;通过运动学仿真得到工作台围栏内测量点的运动学参数,为日后电液控制系统设计提供了技术理论参考。     

并联式曲线送料平台机构误差补偿方法的研究

并联式曲线送料平台是用于实现细木工带锯机曲线切割的自动进给平台,由于该机构运动支链多,机构误差大,难以实现平台末端位姿的精确进给。为了实现并联式曲线送料平台的末端位姿误差补偿,本文从连杆运动学位姿建模出发,利用机构运动学逆解的分析方法,得到各关节参数与送料平台位姿参数关系方程,再运用尺寸矢量链法建立机构误差、机构参数与动平台位姿误差的误差正解数学模型,分离得到与动平台位姿参数有关的误差传递矩阵,最终得到由各轴驱动来补偿平台机构误差的方法。运用该方法对并联式曲线送料平台误差实例进行计算分析,结合MATLAB计算得到送料平台各轴随加工曲线变化的误差补偿实际值,数值导入到各轴进给补偿程序中对曲线送料平台试验机进行实验验证。结果表明:并联式曲线送料平台机构误差补偿方法有效地减小了末端执行机构的位姿误差。未补偿前并联式曲线送料平台工件运动曲线X轴、Y轴方向最大误差为3 mm,绕Z轴最大旋转误差为3°;补偿后工件运动曲线X轴、Y轴方向最大误差在1 mm以内,绕Z轴最大旋转误差在1°以内。说明本方法能够显著提高并联式曲线送料平台的精度,有效地补偿并联式曲线送料平台的机构误差。      

无校正点的机载LiDAR农作物点云数据精度评价

农作物高度是农业遥感应用中极为重要的参数,目前已能够使用机载激光雷达获取准确的农作物高度信息,但对其获取点云数据精度的评价是困扰研究人员的问题之一。在分析机载激光雷达点云获取与定位模型的基础上,从系统误差和随机误差2个方面进行误差分析,结合具体试验设计得到定量化描述与分析激光测距误差和动态时延误差。利用点云脚点的空间拓扑关系,得到拟合高程模型真值与平面模型拟合方程,以此为基础进行无校正点的点云数据精度评价。结果表明,高程精度最大残差值为5.60 cm,均方根误差为0.94 cm,平面精度最大残差值为2.78 cm,均方根误差为8.63 cm,这与定位定姿系统(positioning and orientation system,简称POS)数据精度报告相近,该结果可为研究无校正点条件下作物高度的高精度测量提供参考和借鉴。     

移动测树激光扫描仪车载机构及车主参数确定

森林的规划利用需要对森林资源进行精确估测。在新的作业环境下,需要研究新型树木信息采集装置来适应复杂的林区环境同时实现数据的高效采集,自行式树木测量激光扫描仪是能够实现林分数据高效采集的设备之一。为了实现扫描仪在林中机动灵活地移动,并迅速架设,保证平稳工作,需要开发一个扫描仪车载自行机构。机构由车、调平平台、桅杆和云台四部分组成。通过对坡度、灌木高度、树高和树木坐标等数据的采集和分析,确定了调平平台的调平角度、桅杆的初始高度和工作高度、云台的水平和竖直方向的旋转角度、车的尺寸、车的牵引力和额定功率等主要工作参数。     

6-HUS并联运动平台动力学建模与仿真分析

鉴于串联机构难以实现复杂的空间曲面轨迹运动,提出了一种应用在沿空间曲线及曲面进行作业的6-HUS并联运动平台。对6-HUS并联运动平台进行动力学分析,并采用拉格朗日法建立其动力学模型。结合给定的运动算例,通过Matlab软件编程对所建立的动力学模型进行求解,得到了各个驱动杆的驱动力变化曲线。再采用Adams软件对6-HUS并联运动平台虚拟样机进行动力学仿真,虚拟仿真得到的驱动力曲线与数值仿真结果基本一致,证明在机构模型进行适当简化的基础上,采用拉格朗日法建立的动力学模型是可行的,这为后续的动力学优化与控制系统设计提供了理论依据。      

CAD／CAM集成数控自动编程系统的研制

SAAPT-2(1/2)D NC自动编程系统能高效、准确地实现零件源程序到NC程序、NC穿空纸带的转换。该系统由几何处理模块、工艺处理模块、后置处理模块和子程序库组成。几何处理模块对零件源程序几何定义语句进行词法、语法检查和参数标准化计算;工艺处理模块根据标准化参数对运动语句及其它非几何定义语句进行处理,生成中间代码文件;后置处理模块将中间代码文件变成NC加工程序。