复杂曲面产品的逆向建模和数控虚拟加工仿真

【目的】在现代制造过程中,复杂曲面产品日渐增多,使得加工工序变得复杂,加工周期延长,传统的设计制造方法难以适应先进制造技术日新月异的发展。【方法】笔者以人像自由曲面为例,通过使用三维扫描仪获取人像点云数据,将点云数据文件导入Geomagic Studio进行逆向建模,并在UG中进行实体生成及数控编程,最后在VERICUT软件中进行虚拟仿真加工验证。【结果】将逆向建模、数控编程及数控虚拟仿真加工结合,应用于复杂曲面产品的整个加工过程,实现了对产品的二次设计制造。【结论】逆向工程技术能大幅度缩短新产品的设计周期,减少废品率,降低成本,提高加工效率,快速反应市场变化,对现代制造业具有重要现实意义,同时还可以修复破损的雕像、雕刻等文化产品,实现对传统文化遗产的开发和保护。     

基于VR的食用花卉产业可视化研究与设计

【目的】传统花卉的宣传、展示、知识培训、种植示范等主要靠图片、视频以及书本等途径实现,存在参与者现场感弱、体验效果差、培训效率低等问题亟待解决。【方法】基于此,课题组提出了基于VR技术的食用花卉产业可视化研究与设计方案。以金丝皇菊农耕培育为实例,通过3ds Max建模软件建立皇菊植株、生长环境、农具等的三维模型,然后将模型导入Unity3D交互软件中,搭建HTC vive虚拟仿真硬件平台,在虚拟环境中实现人与金丝皇菊的沉浸式交互仿真过程。【结果】体验效果仿真图像清晰、操作流畅、沉浸感强烈,让参与者完全融入了虚拟环境,获得了与现实操作相同的现场体验,有效提高了参与者的主观能动性。【结论】用三维模型代替实物的沉浸式仿真实操不仅降低了展示成本,而且契合科技发展的主流,为传统农民教育注入了新的动力,有效解决了传统农民培训过程中存在的问题。     

基于碾米机控制系统的联邦学习系统防御设计

【目的】在碾米机生产线中,碾米机的数据隐私问题较为重要,利用联邦学习方法来保障碾米机生产线的数据安全。【方法】研究团队介绍了联邦学习系统的组成部分以及联邦学习分类,设计了一种基于隐私保护通信（PPTrans）的联邦学习技术,PPTrans通信包括碾米机生产线主体、智能网关和碾米机生产线之间的云服务器的处理流程。针对该通信技术,结合微众银行的FATE联邦学习框架和Docker容器技术来构建碾米机生产线的隐私保护系统。经过网关接收DHCP请求、转发设备信息、记录设备代理名称、处理FL训练计算请求等流程,来实现对碾米机生产线数据隐私的安全保护。【结果】该系统可以实现对碾米机内部工作数据的有效隔离,有效减少碾米机与对应云服务之间存在的用户原始数据隐私泄露的情况,具有一定的实用性。【结论】相较于传统的网络安全防御体系而言,使用联邦学习的数据隔离方法操作简单,工作量小,拥有较高的系统稳定性,适用于多种加工企业的网络安全设备。     

连杆转向系统数字化设计技术研究

【目的】实现多轴线连杆转向机构的快速研发设计,降低设计成本,提高设计质量与效率。【方法】针对模块化轴线运输车的连杆转向系统设计繁杂等问题,以参数化设计以及自动化装配技术为理论支撑,分析多轴线运输车连杆转向系统传统设计流程;针对数字化设计主体功能,利用Python汇编语言编写平台整体框架,利用win32com第三方com接口模块库,与SolidWorks的API接口联通,实现利用主体程序对SolidWorks各部分函数功能进行调用。以设计的良好图形用户界面为交互接口,与SolidWorks接口程序合并搭建了一个连杆转向系统的数字化设计平台。【结果】实际应用后发现,通过这个数字化设计平台,可获取用户所需尺寸参数,还可以快速完成多轴线运输车连杆转向系统的参数化设计以及各连接板孔位的自动化装配。【结论】这种方法不仅可以避免人工设计上的疏漏,保证设计的准确性和稳定性,还可有效缩短设计周期,减少重复机械性的设计操作,大幅提高设计效率,增强国家大型高精尖设备的运输实力。     

兰州农村传统农业器械使用情况调查

中国是一个农业大国,从农业产生之日起,就伴随着农业农具的产生和发展。兰州地区位于中国西部,农业器械种类较多,保存较为完整。随着科技的进步和机器大时代的到来,传统农具面临着被淘汰的问题,保护性调查研究刻不容缓,文章对兰州附近村落农具的使用情况进行了广泛调查、采访,搜集了一批调查资料,在此基础上对这些农具的使用情况及利弊进行了研究,并对传统农具的保护与传承提出了针对性建议。     

基于全方位旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统研究

【目的】传统农业喷灌方式需要人工巡检,存在水资源利用率低、人力资源浪费、经济效益低、人为管理不精确等问题。【方法】课题组设计了一套基于全方位360°旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统,运用Douglas-Peucker算法对传统喷灌喷头进行了智能化改造,结合MQTT通信和树莓派、Arduino、传感器进行了云平台设计。【结果】该系统可以提供智能喷灌服务,以“X形”沿边界喷洒,可以有效避免水资源的浪费,实现全覆盖喷洒作业,并可以对特定地点进行实时监控与操作。【结论】通过系统化智慧农业服务,降低了农民劳动强度,有效解决了城市绿化的相关问题,最大程度减少了土壤污染,促进了物联网与农业的深度结合,推动了农业灌溉系统的机械化、自动化、智能化发展。     

基于OBE理念的“机器人操作与编程”课程项目贯穿式教学设计

【目的】“机器人操作与编程”课程具有与实践联系密切的特点,传统的教学方式不适合该课程的讲解与传授,需有效提高“机器人操作与编程”课程教学效果。【方法】根据“机器人操作与编程”课程特点,结合OBE教学理念开展项目贯穿式教学的项目设计,考虑企业实际和学生能力选取实际加工案例,对案例进行简化拆解,形成符合教学进度和课程知识点的小项目,通过小组合作对真实案例项目的功能实现,模拟实际工作场景和流程开展项目实践,包括编写任务计划书、项目报告书等流程,让学生在学习中接触到企业实际生产情景,培养学生实践能力、团队合作能力和职业素养。【结果】将项目化教学法融入“机器人操作与编程”课程,由传统教学的以老师为中心转向以学生为中心,提升了学生的动手能力和解决工程实际问题的能力。     

HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法研究

【目的】针对传统防熄火保护策略存在的弊端,提出一种HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法,以实现对发动机更合理、更安全的保护。【方法】利用实际发动机转速变化率实现对发动机转速的预测,并实时监测此过程中输出轴的实际负载;若发动机预测转速过低且此时输出轴承受负载较大,为避免发动机受负载影响发生倒拖,需要启用防熄火策略,断开变速箱离合器,中止发动机与负载的扭矩传递,实现对发动机和变速箱的保护。为验证HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法的可行性,利用Simscape搭建动力总成物理模型,基于Simulink搭建相应的控制策略,实现控制软件闭环仿真,并对发动机转速控制、正常结合/断开变速箱离合器进行了仿真测试。【结果】仿真结果表明,该方法能够实现对变速箱作业模式下的全工况覆盖,当输出扭矩或发动机转速发生变化时,能够及时判断并使能发动机防熄火功能,实现对发动机与变速箱离合器的保护,可以取代现有的防熄火保护策略,能够有效延长整车的使用寿命。【结论】本研究所提出的方法适用于各类HMCVT工程机械和农用机械,对被控对象适应性高,不需要针对特定机型和工况进行开发,具有很强的实用性及普遍性。     

轮式拖拉机悬挂农具机组动态纵向稳定性探究

【目的】为了解决轮式拖拉机悬挂农具机组在动态作业过程当中可能发生的翻倾、滑落等安全问题。【方法】针对轮式拖拉机悬挂农具机组在匀速上坡、匀速下坡以及加速上坡三种作业状态下的稳定条件进行了研究,并采用SolidWorks、ADAMS软件,依托虚拟样机技术针对不同工况下拖拉机机组动态纵向稳定性表现情况进行了仿真分析。【结果】在轮式拖拉机悬挂农具机组的作业过程当中,匀速上下坡工况下,机组动态纵向稳定性仅与机组重心相关,而在加速上坡时,机组动态纵向稳定性还与其加速度情况以及引力状态相关。【结论】拖拉机机组的实车试验结果与仿真分析结果之间具有一致性,在正常运行状态下,拖拉机机组不会出现滑移或翻倾等安全风险。     

基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统的研发

【目的】传统模式下的农田灌溉通常采用人工方式对农田进行灌溉,随意性较强,水资源利用率低,为了有效解决上述问题,提高农业水资源利用率,实现传统农业向智能农业的转变。【方法】笔者结合物联网技术,从传感器信息采集模块设计、终端控制模块设计以及无线传输模块设计、上位机设计等方面进行研究,设计了一款基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统。【结果】该农田滴灌远程控制系统在应用过程当中能够保持正常运行,满足不同类型环境的需求,尤其适用花园、温室蔬菜大棚等封闭的环境,有效降低了人力成本,充分满足了农田区域化的灌溉需要。【结论】该农田滴灌系统实现了对农田中的电磁阀启停控制以及节水灌溉任务,保障了农作物能够在适宜的环境中生长,推动了农业增产增收,实现了智能化精准农业,应用前景广阔。     

基于盘铣刀的转子泵转子加工系统研究

【目的】开发一套基于GUI界面的盘铣刀设计系统,实现螺旋转子泵转子加工时盘铣刀的实时、准确选择。【方法】建立螺旋转子齿形数学模型,并利用三维建模软件SolidWorks对螺旋转子泵转子进行三维建模,应用MATLAB设计转子齿形检测系统和盘铣刀设计系统的GUI界面。【结论】该系统可以有效减小螺旋转子加工误差,确保转子加工盘铣刀的正确选择,解决了螺旋转子加工问题,提高了螺旋转子的加工效率与安全性,加快了螺旋转子泵的实际应用。     

基于螺旋理论的3自由度并联机构运动学分析

【目的】满足汽车表面加工与车漆喷涂的任务需求,利用机器人进行协同甚至自主完成加工、美化工作,提高工作效率。【方法】设计了一款具备多自由度的汽车车身制造与喷漆机器人,采用3-RPS并联机构作为执行部件支撑件,针对机器人的结构设计特点,主要对机器人末端3-RPS并联机构支撑部分的机构构型和整体运动采用螺旋理论进行分析,利用闭环支链建立机构运动学模型。【结果】利用MATLAB和Admas View软件分别完成了运动学方程求解和运动学仿真,两者结果误差在3%以内。【结论】仿真值与分析值的误差较小,在可忽略范围内,所建立的设计机构运动学方程有效可行,可以利用此结果进行进一步的机器人运动控制设计与相关研究。     

新工科背景下本科高校机械电子工程应用型人才培养模式研究——以无锡学院为例

【目的】探索建立一种高质量的机械电子工程应用型人才培养模式,全面提高人才培养质量,促进无锡产业发展。【方法】课题组以无锡学院为研究对象,分析了地方本科高校机械电子工程专业传统人才培养模式的短板,确定了新工科背景下机械电子工程应用型人才培养模式的改革目标,构建了“四位一体”的工程应用型人才培养模式,主要包括“思政文化+传统文化+专业课程”的人才培养专业文化建设、“案例化教学+本科生导师制+毕业设计双导师制”的课程体系改革、“‘鱼池’教学法+专业学科竞赛+企业项目实训+行业技能证书”的教学方法建设以及“内培外训基础师资+外引挂职双师师资+外聘外协企业师资”的师资队伍建设。【结果】“四位一体”的工程应用型人才培养模式能够有效激发学生学习兴趣,增强学生实践创新能力和工程综合素质,可为机械工程专业学位硕士点申报及无锡学院升格大学提供保障。     

苹果树刻芽工具的设计

【目的】使用传统手动刻芽方法的刻芽深度难以掌控,容易造成刻芽失败,且在大量重复刻芽作业时,会造成果农手臂酸痛,大大增加果农的疲劳感。【方法】研究小组设计了一款电动刻芽工具,采用零件组合+3D打印的方式制作。历经两轮设计后的第三代电动刻芽工具实现了预期的功能,符合刻芽要求,具有轻便省力、方便携带、刻芽离地高度可测、刻芽深度可控等优点。【结果】电动刻芽工具刻芽造成的疲劳程度比使用传统钢锯片刻芽造成的疲劳程度少10%～15%,电动刻芽工具刻芽的成功率比传统钢锯片刻芽的成功率高约11%。【结论】本设计可适用于生长年限不同的果树,有效减轻果农工作负担,提高刻芽质量和工作效率,具有较大的实际价值。     

基于慧鱼组合式智能辣椒采收装置的研究

【目的】传统的辣椒收割机机体大、笨重、功能单一、效率低、采收品质不好,已无法满足农业快速发展的需求。【方法】笔者基于强农惠农政策背景,以辣椒产业需求为出发点,研发了一款多功能自动辣椒采收机——“辣椒猎手”,分析了该装置行走模块、智能采摘模块、太阳能模块等的设计及工作原理。【结果】“辣椒猎手”集智能控制、行走、采摘、储存、粉碎、耕作、播种和供能于一体,可辨别果实成熟度,配套AI实现一机多用,极大地提高了辣椒采收效率和质量。【结论】该产品的推广应用能让农业生产更加智能化、高效化、可持续化,可为实现农业高质量发展和乡村振兴注入新动能。     

遥控消毒机器人的研究与设计

【背景】随着疫情防控的常态化,消毒机设备的需求与日俱增。传统的移动型消毒机存在转弯半径大、灵活性差等问题,因此市场急需一款灵活实用能够适应狭窄空间作业的智能消毒机器人。【方法】在对比国内外的遥控消毒机器人的基础上,课题组对机器人机身结构进行了重组,采用麦克纳姆轮作为行走部件,采用MC6C无线遥控装置、蓝牙模块、主控芯片等组成核心控制系统,设计了一款基于麦克纳姆轮的遥控消毒机器人。【结果】麦克纳姆轮的应用使该机器人能够实现向前、向后、横向、斜向移动,有效解决了传统机器人转弯半径大、灵活性差等问题。遥控模式可以有效减少人与人、人与消毒药液的接触,能够有效适应防疫要求。【结论】该消毒机器人移动灵活,简单实用,能够满足市场的需求,有很大的推广空间,为常态化疫情防控提供了装备支持。     

VR技术在非遗文化保护中的应用研究——以江西上栗传统烟花制作工艺为例

笔者从上栗传统烟花技艺的保护现状,寻求相应的虚拟现实技术和物质文化保护,并结合虚拟现实技术领域的理论和实践实现非遗文化的传承和发展,探索虚拟现实技术在保护上栗传统烟花技艺非遗文化中的价值意义。虚拟现实技术打破了固有传统模式的弊端,提升了人类的发展空间。因此,虚拟现实技术为非遗文化的保护奠定了基础,为非遗文化的保护和传承提供了更便捷创新的方式,助推了我国传统文化的发展。     

保水剂底施对沙子剖面水分和硝态氮运移的影响研究

【目的】解决沙土地区漏水漏肥的核心问题,建立保水防渗漏新技术体系,促进沙土地区农业可持续发展。【方法】基于保水剂的吸水保肥等物理化学特点,以保水剂和土壤混合物底施为技术方法,选用聚丙烯酸钠和壤土为材料,采用沙柱模拟试验,研究了不同施用厚度的保水剂-土壤混合物对剖面水分运移及硝态氮淋洗的影响。【结果】聚丙烯酸钠在壤土中的质量分数为1%时,可以对水分有效截流;混合物底施,以0.9～1.5 cm厚度为最佳;淋溶试验表明硝态氮主要集中在表层和保水剂层,占比为87.2%,有效防止了硝态氮的下移。【结论】保水剂壤土混合物底施,可以起到显著的水分养分截流作用,本试验中聚丙烯酸钠质量分数1%及1 cm厚度时,可获得较好效果。     

学习通与BOPPPS模型结合的教学模式在“互换性与技术测量”课程中的应用

【目的】BOPPPS教学模型是一种以教学目标为导向、以学生为中心的教学模式。为了解决传统课堂学生参与度不高、一卷定成绩、不能学以致用等种种问题,探索高效实用的教学模式。【方法】课题组以“金课建设”为契机,探索BOPPPS教学模型在“互换性与技术测量”课程中的教学改革,结合超星学习通、慕课等现代信息化教学平台,采用“线上+线下”混合式教学模式,用一个教学设计贯穿“课前、课中、课后”三个教学环节。【结果】选取江苏科技大学苏州理工学院2018级机电专业学生为实验对象,对教学环节进行一站式教学设计。该班级的平均签到率为88%,学生到课并积极参与的情况比较乐观。【结论】改革后的教学模式极大地提高了学生学习的内驱力和积极性,活跃了课堂气氛,提高了教学效果,真正实现了以学生为中心、以信息化为载体的“金课”课堂蜕变。     

基于改进支持向量机的盐碱地信息精确提取方法研究

【目的】探索无人机遥感下可以精确提取盐碱地信息的方法。【方法】以甘肃省景泰川电力提灌灌区一期灌区为研究区,采用Trimble UX5固定机翼无人机采集研究区遥感数据,提出了一种基于Ada Boost算法的改进支持向量机(SVM)分类的新方法,以实现盐碱地信息的精确提取。【结果】与传统SVM分类相比,改进SVM分类精度提升显著,总精度最高达96.55%,Kappa系数为0.957 3。改进前后不同类型盐碱地提取面积与实测面积相比,最大误差为5.4%,平均误差为2.16%。【结论】该文提出的基于改进支持向量机分类方法可有效提高遥感影像的分类精度。