三自由度并联机械腿静力学分析与优化

为了对六足机器人的并联机械腿进行静力学优化设计,提出了一种同时考虑约束力映射关系和驱动力映射关系的腿部机构静力学优化设计方法,进而对结构参数进行了优化。在对腿部机构进行了驱动、约束映射分析的基础上,分别建立了腿部机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵;基于驱动雅可比矩阵建立了腿部机构的驱动静力传递平衡方程,定义了驱动静力学性能评价指标并绘制了评价指标分布图,分析了结构参数与驱动静力评价指标之间的关系;基于约束雅可比矩阵建立了腿部机构的约束静力传递平衡方程,定义了约束静力学性能评价指标,分析了结构参数与约束静力评价指标之间的关系;基于驱动、约束静力学性能评价指标,采用蒙特卡罗法对结构参数进行了优化设计,计算结果表明,固定平台结构参数为200mm、中间连接杆结构参数为70mm、运动平台结构参数为50mm、支链1和3的最小杆长为530mm、支链2的最小杆长为330mm、支链1和3的最大杆长为900mm、支链2的最大杆长为600mm时腿部机构的静力学综合性能最好。本文分析结果为六足步行机器人的进一步分析研究奠定了基础。     

并联驱动机械腿运动学静力学性能评价及几何参数设计

为了拓展农业机器人的作业场合,该文对一种三自由度六足腿式机器人并联驱动机械腿机构进行了运动学静力学性能评价及几何参数优选。首先,求解了足端线速度和角速度之间的耦合关联矩阵,定义了该腿部机构的运动学性能评价指标,绘制了该指标的分布图。其次,建立了腿部机构驱动静力学模型,分别利用机械腿在重力方向的最大承载力和驱动关节的最大扭矩定义了该腿部机构在软、硬地面下的驱动静力学性能评价指标。基于线性空间理论求解了驱动机构的约束雅克比矩阵,定义了约束静力学性能评价指标,通过绘制驱动与约束静力学性能评价指标分布图揭示了该腿部机构静力学性能在工作空间内的变化规律。再次,结合各项运动学和静力学性能评价指标,利用搜索法对该腿部机构几何参数进行了多目标优选,并给出了一组较好的几何参数。优选结果表明:平行四边形铰链长连杆及连接连杆的几何参数分别为330 mm和140 mm,地面接触连杆几何参数为320 mm时,腿部机构的综合性能得到改善,具体表现为运动性能提升了5.46%,重力方向最大承载力提升了18.02%,驱动关节的最大扭矩减小了6.33%。该研究结果可为该六足机器人步态规划及控制和应用提供参考。     

农业机器人的研究进展及存在的问题

农业机器人是21世纪农业机械的发展趋势之一，该文综述了国内外农业机器人的研究现状，介绍了几种典型的农业机器人的研究成果，指出了制约农业机器人研究应用的问题：成本高；没有达到农业生产的智能需要。该文提出了建立具有开放式结构的农业机器人控制系统可以降低农业机器人的成本，也为解决农业机器人的智能问题提供了有效的途径。     

轮腿混合四足机器人六自由度并联机械腿设计

为了设计一种可以同时实现迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式的轮腿混合农业四足机器人,提出了一种基于3-UPS机构的六自由度并联机械腿,选取结构参数并给出设计方案。首先,通过矢量回路法推导出机构的位置反解方程,并建立机构的速度映射模型;采用搜索法对机构的工作空间进行分析,并绘制出工作空间三维分布图,揭示出机构结构参数和工作空间之间的关系;基于速度映射模型绘制出雅可比矩阵条件数在工作空间内的三维分布图。接着,定义了一组运动灵活性评价指标,对机械腿的机构进行运动灵活性分析,并绘制出结构参数与运动灵活性评价指标关系曲线,揭示出结构参数对机构运动灵活性的影响规律。然后,基于工作空间特性和运动灵活性评价指标,采用蒙特卡罗法进行结构参数设计,通过建立各结构参数的概率模型空间选取了一组综合性能较好的结构参数:机械腿固定平台万向副分布直角边长为230 mm,运动平台球面副分布直角边长为70 mm,支链最大直径为60 mm,各支链套筒和伸缩杆长度均为500 mm。最后,采用选取的结构参数设计出机械腿及轮腿混合四足机器人整体的虚拟样机,并对虚拟样机进行迈步运动仿真,结果表明:机械腿的各驱动参数变化非常平稳且峰值均在合理范围之内,证明机械腿的设计方案和结构参数较为合理。该研究为拓展轮腿混合四足机器人在农业工程领域的应用提供了参考。     

太阳自动跟踪系统机构静力学及脉动风模拟分析

运用大型有限元软件ANSYS建立有限元模型,对太阳自动跟踪系统中的几个典型构件组合以及整体机构进行结构静力学模拟仿真分析,同时根据瞬态动力学理论模拟脉动风对机构的影响,探讨了模拟分析的细节问题并给出了求解全过程。组合结构以及整体机构的静力学模拟仿真分析结果表明了该机构可以达到设计要求。通过对机构进行脉动风共振模拟试验,由瞬态动力学分析结果表明脉动风使机构产生的振动频率小于固有频率,机构不会发生共振现象。并通过对两种模拟分析结果的比较,表明脉动风对机构的受力影响大。     

农业机器人开放式结构控制系统的研究

在农业机器人控制系统的设计上采用开放式结构的思想。分析了开放式结构控制系统对硬件和软件的要求，采用PMAC(Programmable Multi-Axes Controller)运动控制卡以PC+DSP(Personal Computer & Digital Signal Processing)模式构建硬件平台；以RTLinux(Real Time Linux)为实时操作系统建立相应的软件体系结构，编写了PMAC基于RTLinux的驱动程序，并开发了相应的控制软件，设计出了具有开放式结构的农业机器人控制系统。以二自由度运动平台为控制对象进行了控制性能和实时性测试，当控制参数调整为：比例增益为19000，积分增益为1000，微分增益为1000，速度前馈为4700，加速度前馈为20，具有良好的瞬态特征、位置控制和速度控制性能；在RTLinux和Linux下运行相同任务消耗的时间分别为28.03s和30.28s。结果表明，该系统具有良好的控制性能和实时性。     

室外农业机器人导航研究综述

农业机器人是现代农业技术的集中体现和未来发展趋势,当前研究中还存在着许多制约因素,其中导航是完成自动作业的关键,也是制约农业机器人发展的最大瓶颈。在长期的农业机器人自动导航研究中,经历路标、气味、机器视觉及星基导航等多种方式的研究和探索,其中视觉和星基导航逐渐成为当前导航研究的主要内容,星基导航以其成本低、系统结构简单、控制灵活等特点,必将在未来机器人导航领域占有越来越重要的地位。     

六足农业机器人并联腿构型分析与结构参数设计

为拓展六足机器人在农业领域的应用,将并联机构用于六足机器人的腿部结构,从而使其可以用于山地、林地、丘陵等环境的农业运输、种植、采摘等。首先,对六足机器人并联腿部机构进行了构型分析,选择2-UPS+UP机构作为腿部的初步机构原型;其次,依据螺旋理论,对2-UPS+UP机构进行了转动解耦性优化和变异,提出了一种转动解耦的UPR+UPS+UP机构;之后,通过对该机构进行运动学分析,建立了该机构位置逆解模型与速度映射方程;最后,对UPR+UPS+UP机构的工作空间进行了分析,绘制了工作空间三维图,通过分析设计参数对工作空间的影响,确定了一组性能较好的结构参数,该研究为并联腿部机构农业六足机器人的进一步研究提供了参考。     

少齿差星轮型减速器的弹性静力学分析

针对目前少齿差星轮型减速器在机械应用中行星轴承易烧毁的现象,对其进行力学分析以寻求解决的途径。综合考虑内啮合齿轮副、行星轴承的变形以及各轴的扭转变形,构造少齿差星轮型减速器的变形协调条件,并采用子结构法建立该类传动系统的弹性静力学模型。通过求解系统的弹性静力学方程,获得系统各环节的受力,并给出了一个运动周期内两相机构的齿轮啮合力、行星轴承力和各曲轴扭矩的变化规律。弹性静力学仿真表明,少齿差星轮型减速器两相机构各环节的受力均呈周期性变化,且二者的变化规律基本相同,仅存在180?相位差。两相机构中齿轮副的啮合较为平稳,其啮合力在一个运动周期内仅存在微小波动;但行星轴承的载荷状况较为恶劣,其中星轮轴行星轴承的载荷波动较大,而输入轴行星轴承的载荷幅值较大,这恰与星轮型减速器应用中行星轴承易烧蚀的现象相吻合。该研究可为少齿差星轮型减速器的强度设计和结构优化提供准确的力学依据。     

机器人肩关节的动力学建模及伺服电机峰值预估

为了增加机器人肩关节的工作空间和承载能力,提出一种基于三自由度正交球面并联机构的机器人肩关节.首先,采用第二类拉格朗日方程方法建立了肩关节的动力学模型,推导了肩关节的惯性矩、哥氏力—离心力和重力项的表达式.在肩关节动力学模型的基础上,建立了肩关节伺服电机峰值预估模型.其次,通过给定的动平台运动轨迹,分析了肩关节伺服电机...     

农业机械化工程集成技术评价体系的建立

针对中国农业机械化工程技术集成研究需要对集成技术效果进行科学评价的实际需求,该研究进行了评价体系和方法研究。以工程应用为目标,以经济、社会和生态综合效益为主导,兼顾功能性和条件性,较为系统的提出了中国农业机械化工程集成技术评价的框架和方法。基于构建的方法体系,初步建立了农业机械化工程集成技术一般性评价指标和权重体系。     

小麦免耕播种机性能指标的关联度分析与灰色聚类评估

免耕播种是保护性耕作技术最重要的作业环节之一。为了在华北旱作区推广保护性耕作技术,选择适宜免耕播种机作业的地表覆盖状况,对当地目前使用的2BMF-9型小麦免耕播种机在8种地表试验处理下进行田间播种试验,得出8种不同地表试验处理下各项性能指标、出苗率和冬前分蘖数。通过灰色关联度分析得出：小麦免耕播种机的播种均匀程度、覆土性能、机具通过性对出苗率和冬前分蘖数影响很大。运用灰色聚类的原理,对被评估的8种试验处理进行类型划分,结果表明：秸秆覆盖量为3?000～3?750?kg/hm2、留茬高度25?cm以下的地块可直接播种,若适当进行粉碎处理,则播种质量更好;秸秆覆盖量为4?500?kg/hm2左右的地块必须进行粉碎处理;秸秆覆盖量大于5?250?kg/hm2的地块,除进行粉碎处理外,还应在播种前进行地表处理（如浅旋、浅耙、浅耕）,降低秸秆覆盖率。研究为该地区小麦免耕播种地表处理提供了理论依据。     

基于性能指标的农用车辆路径跟踪控制器设计

该文以农用车辆为控制对象,设计了路径跟踪PID控制器。基于性能指标—ISE、IAE、ITAE和ITSE分别整定了PID控制器参数,给出了最优PID控制器,同时进行了仿真对比分析。仿真结果表明,以超调量和调节时间这2个时域指标为评价标准,基于上述4种性能指标准则,系统在所给控制器作用下均能获得令人满意的动态和稳态性能。ISE准则整定的PID控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量为25.55%,调节时间为5.07s。相比ISE准则,由IAE、ITAE和ITSE准则整定的控制器使闭环系统单位阶跃响应的超调量更小,为10.03%,调节时间更短,为3.95s。利用本文方法能够获得较好的PID控制器参数,可为农用车辆控制器设计提供理论依据。     

农业废弃物资源化利用工程模式构建

作为农产品生产环境保护工程的重要内容,农业废弃物资源化利用工程在循环农业和生态文明建设中发挥着愈加重要的作用。采用科学合理的方法构建农业废弃物资源化利用工程模式,可为我国农产品生产环境保护产业的发展提供参考。该研究以产业发展理论、系统理论和循环经济理论为依据,提出了农业废弃物资源化利用工程模式的构建方法,即从技术模式、组织模式和产业模式三方面入手,充分考虑各模式的外部影响因素和内部组成要素,通过模式耦合,进而形成具有良好运行效果及平衡性能的系统模式。研究通过实证案例分析,进一步明确了农业废弃物资源化利用工程模式的构建过程。     

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济安全评价

以近70年纸坊沟流域农业生态经济系统演变过程为基础,利用国家“九五”科技攻关项目中所提出的评价指标体系,对纸坊沟流域不同发展阶段标志年份的农业生态经济安全状况进行了评价,得出：农业生态经济系统在1938、2000、2005年处于亚安全状态,1958、1975年处于极端不安全状态,1985、1990、1995年处于不安全状态。通过对农业生态经济安全变化驱动力的分析,预测了纸坊沟流域农业生态经济安全的发展趋势,提出了黄土丘陵区实现农业生态经济安全的策略：以培育主导产业为中心,完善农业系统循环链网,调整产业结构,实现农业资源的有效、永续利用。     

基于模态分析的联合收获机籽粒损失监测传感器结构优化与试验

为了分析籽粒损失监测传感器敏感板结构对籽粒碰撞信号的影响,该文通过ANSYS软件对籽粒损失监测传感器不同结构形式的敏感板进行模态分析,研究了敏感板振动特性与籽粒损失监测传感器检测性能之间的关系,并在实验室内进行了籽粒碰撞试验。试验结果表明,一阶固有频率p越高,信号衰减时间t越短;相对变形率越大,籽粒损失监测传感器整体灵敏度越高;在敏感板长度l=150mm、宽度b=40mm、厚度h=1.0mm时籽粒损失监测传感器的检测频率和整体灵敏度较高;以20～120粒/s的籽粒流量对此结构形式下的籽粒损失监测传感器进行检测误差试验,最大检测误差为2.7%。在自制的标定试验台上利用饱满水稻籽粒、不饱满水稻籽粒、不同长度茎秆组成的混合物料对该籽粒损失监测传感器进行标定,结果表明,该籽粒损失监测传感器能从混合物料中有效地识别出饱满籽粒,最大检测误差为2.3%,该文的研究对提高籽粒损失监测传感器的检测频率和测量精度具有重要意义。