旱地作物需水量预报决策辅助系统

旱地作物需水量预报决策辅助系统是利用人工智能技术，在Penman公式的基础上结合现有西北旱区的农学知识、模型以及经验进行系统集成而建立的智能化计算机软件系统，该系统是西北地区节水农业专家系统的一个子系统。在生产实践中可为陕西关中地区的冬小麦、夏玉米的栽培作出灌溉方案的决策咨询。     

基于生长模型的油菜管理决策支持系统

基于生长模型的作物管理决策支持系统是数字化农作技术研究的重要内容。在气象因子、土壤条件、品种特征和栽培管理数据库的支持下，利用作物生长模拟技术、计算机软构件技术，构建了基于生长模型的油菜管理决策支持系统(GMDSSRSM)，包括单机版(GMDSSRSM^A)和网络版(GMDSSRSM^W)，其中单机版系统利用VB和VC++语言编程实现，网络版系统在.net平台上用C#语言开发。该系统实现了数据管理、模拟预测、方案评估、因苗预测、时空分析、敏感性分析、专家咨询和系统帮助等功能，具有机理性强、预测性好、通用性强、功能全面等特点。该研究为油菜生长与生产系统的动态预测和管理决策提供了定量化和数字化工具，可为数字化油菜农作系统的构建奠定技术基础。     

温室番茄生长发育动态模型与计算机模拟系统初探

研究建立了以太阳辐射为基本驱动因子的温室番茄生长发育动态模型,并进一步开发出基于Windows的计算机模拟系统,该模型包括太阳辐射、C平衡分析、植株形态发育、干物质分配等重要模块,使模型具有较完善的功能。计算机模拟系统采用MS Visual Basic 6.0和PowerStation Fortran 4.0混合语言编程技术,使模拟系统在界面和功能上达到较好的统一。     

泥石流沟最优治理方案选择的层次分析法模型

泥石流沟的治理,主要是靠专家根据多年积累的经验来提出方案,而大多数人是不完全理解专家制定方案的具体根据的。实际当中,往往需要专家不在场时即大概确定治理的基本方案,利用层次分析法建立泥石流沟治理方案选择模型,将专家制定方案的过程用模型来进行模拟,通过对特定泥石流沟情况下模型的求解来判断该沟的最优治理方案。     

人工林内太阳总辐射动态模拟的研究

利用气象学和天文学公式建立了人工林阴影子模式，利用生态学知识建立了人工林阴影平均太阳总辐射动态模式，并将二模式连接为人工林内太阳总辐射时间动态模型。运用该模型对安庆地区东北－西南走向，未封行人工林内太阳总辐射动态进行了模拟，结果表明，最大相对误差不超过１０％，说明该模型具有很大的可靠性。运用该模型进行了间伐计算机数值模拟实验，表明隔行间伐后中午时分总辐射改善情况最好。     

池塘溶解氧动态模型的研究

池塘是一个复杂的生态系统,溶解氧是描述该系统的重要参数之一。池塘溶解氧呈24小时周期连续变化,因而可用时间序列分析的方法来建立池塘溶解氧的ARMA(p,q)模型。通过一个实例,阐明了建模的原理、步骤、模式识别方法和模型参数的估计过程,建立的模型与实测数据拟合良好,并可用于池塘溶解氧的实时预报。表明该方法与其它方法相比,具有简捷、实时性好、精度较高、适合于用计算机实现对多个池塘的溶解氧的动态监测和管理等特点。     

新一代土壤水蚀预测模型——WEPP

WEPP是美国农业部组织力量开发的新一代土壤侵蚀预测预报模型。该模型是一个独立的计算机应用软件 ,具有良好的操作界面。运用该模型可以对坡地、末端小流域的侵蚀和水文过程进行模拟、预测、预报。模型既可对单一的降雨过程进行分析 ,也可对一定时间周期内的侵蚀和水文过程进行分析 ,并且可用数据、图形和曲线等形式输出运行结果。介绍了WEPP的开发背景、总体结构和主要功能 ,并对其运用前景作了分析。     

插秧机分插机构动力学模拟与曲柄平衡块优化设计

该文探讨了传统插秧机分插机构动力学分析存在的问题，在建立模型和计算机模拟方面作了探索，得到了计算值与测试结果相近的计算机型，并利用该模型优化了分插机构曲柄平衡块的设计参数。     

植物侧根对土壤牵引效应的计算机仿真

植物侧根对土壤增强和斜坡稳定具有重要作用，探讨根土作用的机械效应，建立侧根对土壤牵引效应模型为定量分析植被生态护坡奠定了基础。但多侧根对土壤的牵引效应较复杂且难于分析求解，使计算机仿真成为有效研究方法。该文分析了多侧根对土壤牵引效应的力学过程，建立了可用于计算机仿真的多侧根土壤牵引效应模型，并以MATLAB为工具，建立了仿真系统。通过计算机仿真，为复杂的多侧根土壤牵引效应的分析提供仿真平台，不仅可以求解计算模型，而且还能通过改变模型的输入变量和模型参数对模型的系统行为进行观察和预测。最后，以云南松侧根为例进行了仿真和试验测试，结果表明仿真模型具有一定的精度，所建立的仿真系统是有效的。     

谷物纹理特征的识别

谷物纹理是谷物的主要特征，为分析识别谷物纹理特征，而建立了综合纹理识别模型。模型包括两部分：一部分是用灰度共生矩阵提取相关纹理特征，包括纹理方向、粗糙度、对比度、同异度，另一部分是用多分形模型提取纹理特征，这部分特征与纹理结构相关，该模型对3种谷物(小麦、燕麦、大麦)的平均识别率是95%。     

水稻钵苗“D形”静轨迹移栽机构逆向设计与分析

通过对夹取式水稻钵苗移栽作业农艺要求的分析,得出具有"D形"静轨迹的取苗爪更便于从秧箱中夹取水稻钵苗进行移栽。为了实现"D形"静轨迹,采用封闭节曲线拟合技术,通过给定型值点确定机构作业要求的运动轨迹,建立机构逆运动学模型,求解出非圆齿轮非匀速传动比函数,从而设计出非圆齿轮节曲线。计算实例验证了该逆向设计方法的可行性,通过该方法可方便获得更为复杂要求的运动规律,实现轨迹的再现和取苗段姿态的控制,可为移栽机的设计提供一种新方法。     

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。     

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。     

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。     

基于共轭凸轮的强制推秧机构反求设计

针对传统推秧机构存在的推秧结束时间提前或滞后问题,提出了基于共轭凸轮的强制推秧新型机构。该新型推秧机构由共轭凸轮实现推秧杆的推出和缩回。根据椭圆齿轮行星系驱动机构及插秧农艺要求构造了推秧杆的运动学曲线,建立了该推秧机构反求模型,并基于Visual Basic 6.0编写了该推秧机构的反求设计及仿真软件,反求得到一组满足农艺要求的较优参数,包括机构参数和凸轮廓线。主副凸轮最大压力角都小于许用压力角,表明该新型机构能很好地满足推秧机构效率和受力要求。     

钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构运动学建模与分析

为了分析该文提出的钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构的作业性能,建立了该机构的运动学模型,推导了栽植嘴的(角)位移、(角)速度和(角)加速度方程。在此基础上,采用Visual Basic 6.0编写了该机构的运动学仿真与优化软件,并利用该软件分析几个主要参数对该机构作业性能的影响,这些主要参数包括椭圆齿轮长半轴、椭圆齿轮短长轴之比、行星架初始安装角和株距,作业性能包括穴口大小、栽植嘴的轨迹姿态及其直立性和机构作业的稳定性等。由参数影响分析结果,得到一组较优的机构参数,其对应的栽植嘴轨迹和姿态等作业性能满足蔬菜钵苗移栽农艺要求,且与往复式的植苗机构相比具有较小的速度和加速度波动。     

混合驱动五杆花卉盘栽机构的优化设计与试验

为实现盘栽机构的轻简化和运动设计的灵活性,该文以一种混合驱动五杆机构来实现花卉穴盘苗盘栽运动。根据工作要求拟定机构轨迹,以变速电机最小角速度波动为目标,基于遗传算法优化得到机构中机架位置为(0,-150)和(-267.20,61.87),五杆机构的杆长分别为152.80、324.55、336.56、100.40、302.60、341.00 mm。建立花卉盘栽机构三维模型,利用ADAMS进行了机构运动仿真,验证了机构优化设计结果的正确性。对混合驱动五杆花卉盘栽机构控制系统进行了设计,试制样机并开展了花卉盘栽试验。通过进行花卉移栽试验,测试得到花卉移栽轨迹高度为265 mm,取苗倾角为140°,取苗时入钵摆角为6.92°、出钵摆角为6.27°,取苗环扣宽度小于3 mm,植苗倾角为90°,植苗时入盘摆角为13.19°、出盘摆角为4.19°,植苗段垂直轨迹大于40 mm。花卉移栽的平均成功率为87.16%,表明混合驱动五杆花卉盘栽机构可以实现花卉盘栽工作。研究拓展了混合驱动的应用领域,可为全自动花卉盘栽装备的研发提供参考。     

基于旋量理论和Sylvester结式法的6自由度机器人逆运动学求解分析

针对传统denalit-hartenber(D-H)参数法进行机器人运动学建模存在的复杂性、奇异性以及逆运动学求解困难等问题,该文基于旋量理论建立了多自由度串联机器人的矩阵指数积(product-of-exponentials,POE)运动学模型,而同时旋量理论机器人逆运动学求解问题归结为高维非线性方程组的求解,于是引入希尔维斯特(sylvester)结式法进行逆运动学方程组求解,并在数学符号化运算Maple软件实现了逆解算法过程,最后通过实例计算表明,该逆运动学模型及求解方法高效准确可靠,物理和数学意义明确,实用性强,能够推广到其他构型机器人的运动学建模以及逆运动学的求解,为机器人逆运动学的快速求解提供了参考。     

球面四杆机构自适应数值图谱法及在收割机中的应用

针对傅立叶级数理论不能进行非整周期函数综合问题,该文提出了应用Haar小波进行球面四杆机构非整周期函数综合的方法。首先,对球面四杆机构非整周期函数输出的小波成分进行了分析,发现了给定机构机架旋转后所得到的函数输出小波特征参数与原函数输出小波特征参数之间的内在联系,从而建立了包含148 995组球面四杆机构基本尺寸型的自适应函数输出特征数据库。其次,给出了在建立的特征数据库中检索出满足设计要求的球面四杆机构基本尺寸型的匹配识别算法。再次,建立了优化目标函数,通过遗传算法对匹配识别结果进行了优化,进一步提高了该方法的设计精度。最后,对联合收割机中摆盘式切割机构进行了设计。设计结果表明第1组机构输出的最大正误差为0.04369°,最大负误差为-0.04027°,其最大误差百分比为0.0335%,第2组机构输出最大误差为0.0406°,最大负误差为-0.0589°,其最大误差百分比为0.0402%,从而证明了该方法对球面四杆机构的非整周期设计要求函数综合问题的有效性。该研究可为连杆机构非整周期后续的轨迹综合、刚体导引综合提供参考。     

三平移<3-PRRP4R>并联减振机构的设计与刚度分析

为有效解决工农业生产中的多维振动问题,针对一种3-PRC机构的不足进行了优化设计,得到了一种3-PRRP4R机构。与传统的3-PRC机构相比,3-PRRP4R机构具有更好的运动学和力学性能。建立了3-PRRP4R机构的运动学模型,运用齐次坐标变换法对机构的运动学进行了分析,得到了机构的雅可比矩阵和工作空间,与3-PRC机构相比,3-PRRP4R机构的工作空间具有更好的对称性。在Adams软件中仿真验证了(4R)^机构比圆柱副C具有更好的力学性能。以3-PRRP4R机构为主体,通过在主动副处添加弹簧阻尼,构建了多维减振平台,基于虚功原理推导了系统的静力学平衡方程,引入了系统的等效刚度,得到了系统等效刚度在工作空间内的分布规律。该研究可为并联机构的优化设计、等效刚度分析、动力学分析和多维减振应用等提供参考。