基于虚拟仿真技术的农机展示和交互设计研究

为了提高农机产品的设计效率和水平,将虚拟仿真和交互展示技术引入到了农机产品的设计制造和展示过程中,通过农机建模、虚拟环境创建和网络发布构建了农机展示系统,有效提高了农机的展示和交流交互效果.在交互展示系统的设计上,采用3 Ds MAX软件创建了农机的三维模型,并在Unity 3 D软件中进行了解析,最后利用Web 3 ...     

大葱联合收获机虚拟仿真培训系统设计与开发

在虚拟现实技术的支持下,通过SolidWorks和3ds Max软件实现了模型的构建、优化和渲染,使用虚拟现实软件Unity 3D完成了大葱联合收获机虚拟仿真培训系统功能开发。该虚拟仿真培训系统具有良好的人机交互界面,操作简单实用,可以实现第一人称三维场景漫游、装配拆卸过程的交互仿真和模拟作业操作等功能,系统同时具有一定的用户和农机管理功能。系统可以真正让受训者沉浸其中,对提升培训效果、提高对农机农艺融合的认知程度有重要推动作用,具有一定的推广使用价值。      

基于虚拟仿真的水轮机转子故障模拟系统

为实现共享并发人员培训，提升水轮机转子故障的培训效率，设计基于虚拟仿真的水轮机转子故障模拟系统。基础层通过网络接口以及交换机等设备，向应用层传输水轮机转子的基础以及故障等全部相关数据，应用层以该数据为依据，利用VRP建模控制程序和3ds Max建立水轮机转子三维建模，并基于视觉注意机制优化模型色彩；通过该层的在线仿真模块展示水轮机转子详细情况，利用支持向量机诊断转子故障后，将结果传送至管理层；管理层可通过多种设备呈现水轮机转子模型的故障模拟情况，并通过VRML交互机制完成虚拟场景交互。测试结果表示：该系统具备良好的水轮机转子三维建模效果，并且模型的色彩视觉效果良好；获取水轮机转子故障诊断结果，能够为故障模拟提供可靠支撑，向学员呈现准确的故障模拟结果，满足多人员共享、并发交互的培训应用需求。     

3DS MAX用于电厂水处理系统仿真模拟

生产工艺仿真能够在三维的虚拟环境中真实再现一个具体的生产工艺过程,它是产品设计与制造过程的有力辅助工具。利用3DSMAX软件仿真模拟电厂水处理的设备和流程,介绍仿真系统的设计理念、仿真过程及模拟效果。该技术手段可广泛用于培训、教育、宣传等方面。     

具有三维交互功能的变电站仿真培训系统

具有三维交互功能的变电站仿真培训系统有许多独特的优点.首先给出了虚拟变电站仿真培训系统结构框图,然后介绍了变电站建模的方法,采用虚拟现实建模语言（VRML）建立三维虚拟电气设备及虚拟变电站,最后将基于MATLAB的电力系统仿真与虚拟变电站连接起来模拟变电站各种运行状态.仿真结果表明,该系统具有三维显示、实时交互、动态仿真的特点.     

具有三维交互功能的变电站仿真培

具有三维交互功能的变电站仿真培训系统有许多独特的优点。首先给出虚拟变电站仿真培训系统结构框图，然后介绍了虚拟变电站建模的方法，采用虚拟现实建模语言（VRML）建立三维虚拟电气设备及虚拟变电站，最后将基于MATLAB的电力系统仿真与虚拟变电站连接起来模拟变电站各种运行状态。仿真结果表明，该系统具有三维显示、实时交互、动态仿真的特点。     

基于虚拟仿真技术的机械手在修复云冈石窟石雕破损中的应用

【目的】目前现有的关于云冈石窟的修复技术均仅局限于在3D打印技术的基础上通过三维激光扫描对主要的大型石窟进行数字化仿真修复,无法覆盖全部的修复工作。还有很多高度较高、处于狭小空间中、风化较为严重、人工采集数据困难、无法通过人工操作实现修复的小型石窟石雕。必须寻求一种可靠的、精度较高的、操作简单的、成本较低的修复方法来解决这一难题。【方法】课题组提出了将基于虚拟仿真技术的机械手运用至修复工作中的建议。首先,设计可以在狭小空间使用的机械手臂和配套的微型三维激光扫描仪器;其次,运用3D打印技术实现对石窟石雕破损部分的仿真,并运用SolidWorks软件对石雕进行三维建模;再次,根据仿真建模修复的石窟石雕判断该设计方案的实际可行性,并进一步修改完善设计方案;最后,将设计投入实际修复工作中。【结果】该设计具有选题新颖、创新性强等众多优势,设计的机械手通用性好,不仅可以填补人工无法完成对云冈石窟内某些小型石窟修复的空白,还可用于其他同类操作中;可降低修复成本,缩短修复周期,为整个云冈石窟的修复工作提供了新思路、新方法。     

大中型泵站机组三维检修仿真培训系统开发

为实现泵站机组检修过程的三维可视化、加强对安装检修人员的技术指导和培训,依托江苏泰州引江河高港泵站,运用3ds Max软件对泵站厂房和机组进行分块建模,再结合VS2010,osg,QT,Premiere等软件,利用三维动画技术、虚拟装配技术、三维交互技术和虚拟现实技术,研发了大中型泵站机组检修过程的三维仿真培训系统,创建了机组检修模型库,实现了机组检修过程的多媒体演示功能、模拟训练功能和技能鉴定等功能,打造了大中型泵站机组拆装操作的全新仿真演练平台.该系统不仅提供了真实感强的三维演示动画,展现了灵活、准确的交互漫游环境,并且可以对学员的技能进行系统的鉴定,强化培训效果.该系统有效地解决了泵站检修人员培训的难题,为泵站的标准化检修提供了参考.     

基于3DMAX的用户配电房三维设计软件系统

针对用户三维设计系统的运行和开发需求,设计并开发了基于3D Studio Max+Windows NT组合技术的三维设计系统。该系统可支持三维虚拟场景实时渲染,同时能够更好地呈现仿真对象的数量、虚拟设备三维模型的精细程度以及实时操作状态的动态变化等特点。配电房三维设计虚拟场景,设计并实现了支持操作者复杂操作交互过程逻辑控制,允许操作者根据自我认知进行自由的组合操作,使配电房三维设计系统更加符合真实操作情境及满足用户要求。     

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。     

3DS MAX建模及其在虚拟演播厅设计中的应用

随着虚拟现实技术的成熟发展,它已广泛地应用于生活的众多领域,虚拟现实平台软件层出不穷,其主要是更好展示所创造虚拟环境的真实性.但三维模型、动画的构建还需要借助第三方软件来实现.应用3DS MAX强大的建模技术能较为真实地将图像及动画展示出来.文章结合虚拟演播厅的构建,探讨3DS MAX在虚拟现实构建中三维模型建立的方法和技巧.     

基于Unity 3D的大蒜全程生产技术数字模拟系统开发

由于大蒜机械化生产设备价格昂贵,且受场地因素制约,传统的大蒜农机操作培训往往达不到预期效果,而虚拟仿真技术是解决上述问题的关键。为此,结合大蒜全程生产技术数字模拟体系系统要求,采用四层软件架构体系,使用Unity 3D作为开发工具,构建和优化三维模型,并进行虚拟仿真交互设计,开发从种植、田间管理到收获全过程的大蒜全程生产技术数字模拟系统。该系统已成功应用于济宁市金乡县大蒜农机操作培训,实践结果表明,基于Unity 3D的大蒜全程生产技术数字模拟系统运行稳定,场景逼真,操作简单,易于使用,具有一定的应用价值。     

基于Deeplabv3+的猕猴桃特征提取和自动分级研究

【目的】当前猕猴桃的缺陷识别与分级大多基于传统图像处理技术,无法完全脱离人工操作,且对图像的质量要求高、可靠性差,无法满足猕猴桃现有的分级需求。【方法】课题组提出了一种基于Deeplabv3+网络模型的猕猴桃特征提取和自动分级方案,采用轻量级卷积神经网络MobileNetV2作为图片特征提取工具,将采集的466张猕猴桃图片进行滤波处理、数据增强等步骤后获得2 796张图片,按8∶2的比例分为训练集和预测集进行网络模型训练,并与传统模型识别率进行了对比。【结果】基于Deeplabv3+网络模型的猕猴桃四个等级的识别率分别为100%、96.15%、95.83%和97.05%,高于传统计算机视觉方法的识别率,验证了该方法在猕猴桃分级上的可行性。【结论】该模型有效地降低了系统的参数和计算量,具有训练时间短、空间复杂度低等优点,在猕猴桃图像的特征抽取和分级任务上具有较好的表现。     

番茄采摘机器人数字孪生仿真系统的开发研究

【目的】实现番茄采摘机器人的快速开发设计与调试,避免大的返工和浪费,降低开发和调试成本,缩短开发周期。【方法】课题组开发了一种虚拟仿真调试系统,应用到番茄采摘机器人的开发研究中。该系统主要由数字孪生仿真软件搭建虚拟样机模型,虚拟样机模型能够赋予物理属性运动关系以及逻辑信号,通过利用基于PC的运动控制卡和低代码的SmartACS编程软件,采用OPC UA通信方式,实现硬件控制卡控制虚拟模型,这样就构建了番茄采摘机器人的数字孪生仿真调试模型。【结果】该数字孪生仿真模型能够很好地验证设备的机械结构和控制程序的合理性,并能够在设计阶段快速且低成本地发现问题并加以改进。【结论】通过对虚拟样机模型进行虚拟的机电联调,能够在不做出物理样机的前提下实现对所设计的机械结构及控制程序的联合调试和验证,从而大幅缩短了开发周期,降低了开发成本。本研究能为其他农业机械的设计研发提供一定的参考,有利于提高我国农业机械化水平。     

Web3D虚拟现实平台在收割机零部件设计中的应用

为了提高联合收割机零部件设计的可视化和交互性,将虚拟现实语言VRML、X3D及Java程序设计语言引入到了零部件设计虚拟展示系统中,创建了基于互联网的零部件展示平台。虚拟展示平台采用SolidWorks等主流的建模软件创建联合收割机的三维模型,然后将模型文件转换为VRML可以编辑的wrl或者vrml格式文件,采用X3d-Edit进行动画编辑和仿真,最后利用外部编程接口和脚本编程接口实现Java和VRML的通信,从而使Java可以访问VRML场景,并实现对场景的控制。对平台的功能进行了测试,结果表明:采用Web3D技术可以实现联合收割机缸体的拆解可视化展示,方便了设计人员之间及客户与设计人员之间的交流交互,大大提高了农机的设计效率。     

基于UG和ANSYS的机械手应力仿真研究

【目的】机器人在工作时机械手的强度与效率至关重要。【方法】课题组根据机械手夹持物体的特点,设计了一种齿轮式的末端作业机械手。先利用UG NX软件对末端机械手进行三维建模,在ANSYS Workbench模块导入相应模型,借助ANSYS软件进行有限元静力学仿真分析。采用铝合金材质的机械手,在机械手的齿轮舵盘施加一定转矩,在机械手的末端各施加两个方向相反的法向推力,分不同载荷进行仿真分析。【结果】结合总变形图和应力分布图,仿真结果表明,机械手末端薄壁部分有较大变形,最危险的区域出现在齿轮安装螺栓孔中心及其周围区域,最后调整材料类型或优化机械手的结构。优化后的机械手能够满足材料刚度要求,满足合理的夹持作业要求。【结论】此研究对简化机械结构设计工作,提高设计效率具有重要意义。     

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。     

乡村振兴视角下新型职业农民培育研究——以宁夏平罗县为例

【目的】自新型职业农民培育工作列为平罗县农村重点工作以来成绩颇多,但在发展中仍存在“圈层结构”“利益博弈”“隐性门槛”等问题。亟需解决现存问题,加快培养一支高素质现代农业生产经营队伍。【方法】研究小组以宁夏平罗县为例,首先探究了平罗县在行业分类培训、政策统筹、农民职称评审等方面的具体工作实践;其次,从农民主体、培训主体、职称评审三个角度,针对性地提出了平罗县在相关方面的问题;最后,详细阐述了平罗县新型职业农民培育对策,并强调了新型职业农民培育的重要性。【结果】平罗县培育新型职业农民的成效显著,在生产经营、专业技能等领域培育了一批优秀的职业农民,截至2022年,平罗县培育新型职业农民近3 000人。【结论】未来还应积极将互联网、人工智能等新要素引入农业,使新型职业农民掌握农业新技术,加强新型职业农民引领现代农业的能力,让他们真正成为乡村产业兴旺的实践者、创造者,共同建设现代化美丽乡村。     

基于Simulink仿真的施肥机模糊神经网络PID控制方法

【目的】农用电气设备的部件十分复杂,易受到环境因素的影响,无法准确控制施肥量,故障频发。因此,需要一种成本低、运行稳定、施肥量控制精确、受工作环境影响小的施肥机控制系统。【方法】本研究采用模糊神经网络PID控制方法,将机器学习和非线性模糊控制方法引入传统PID控制器中,并基于MATLAB中Simulink仿真平台建立了模糊神经网络PID控制系统仿真模型。【结果】该模型可以根据模糊规则进行练习和学习,通过控制步进电机的转速和旋转角度来控制施肥量,神经网络还可以持续自动学习并动态改进系统的控制参数,以适应不断变化的农田作业环境。【结论】该模糊神经网络PID控制系统自我矫正能力强,可抵抗环境干扰,控制效果显著。     

压花辊轴的四轴数控加工优化方法研究

【目的】提高复杂辊轴零件的编程效率。【方法】以正弦曲线、中文字体、英文字体等花纹元素组成的压花辊轴为研究对象,进行压花辊轴三维模型建立,借助UG NX 12.0软件采用圆柱拉伸、曲线展开、规律曲线、花纹元素缠绕等方式,将压花辊轴的二维图纸转化为三维模型,为工艺编制和程序编制做准备,拟定加工工艺方案,完成文艺文件的编制;借助UG NX12.0软件的加工模块进行初步程序编制,并开发出刀路转曲线后处理器,将三轴刀路转换成四轴编程上的辅助引导线,即将初步的刀路后处理得到其点位数据;将处理过的点位数据导入UG NX 12.0软件拟合成曲线,将拟合的二维曲线缠绕在辊上后利用其曲线作为最终的程序刀路,仿真验证刀轨,以FANUC-oi系统四轴加工中心为平台验证实体加工的可行性。【结果】本加工工艺方案可有效指导编程和加工工作开展,解决了手动编写复杂形状零件加工程序难的问题,能较快生成出压花辊轴表面特征的程序,可降低编程技术要求、减少编程算量、缩短编程时间、提高生产效率。