基于目标规划的履带可变形机器人结构参数设计及验证

机器人结构参数直接影响其对环境的适应能力,因此合理的结构参数设计至关重要。为更高效设计能适应障碍已知环境的机器人,该研究提出一种基于目标规划的机器人结构参数设计方法,以得到能适应该环境的结构参数最优的机器人,并开发样机进行试验验证。首先提出并设计履带可变形机器人模型,在分析机器人越障机理基础上,建立机器人能够跨越的台阶和沟壑障碍与其结构参数间的关系,并在此基础上建立履带可变形机器人的结构参数目标规划模型。利用遗传算法得到该目标规划问题的最优结构参数:履带轮半径60 mm,摆臂最大长度326 mm,机体长度290 mm,并利用Adams建立仿真模型验证了机器人对目标环境的适应性。样机试验表明机器人能够跨越160 mm高台阶和300 mm宽沟壑,证明了计算得到的结构参数的合理性,及基于目标规划的机器人结构参数设计方法的可行性。该研究可为机器人的结构参数设计提供参考。     

基于无线测距的农业机器人导航定位方法

针对农业机器人应用中的自主导航问题,提出了一种基于无线测距的导航定位方法。首先,分析了机器人的机械模型和位姿描述;然后,阐述了超宽带测距的原理,并分析了基于超宽带测距的定位模型;最后,设计了基于卡尔曼滤波器的多信标传感器信息融合算法。该方法稳定性高,操作简便,解决了农业机器人在恶劣和未知作业环境中的导航定位问题。     

Spatial changes of soil solution and mineral composition in the rhizosphere of Norway‐spruce seedlings colonized by Piloderma croceum

Ectomycorrhizae (ECM) or the root‐fungal association in forest ecosystems provide a unique soil microenvironment where soil properties and processes differ from the bulk soil. In this study, we would like to better understand the role of ECM systems in mineral weathering and its implications to soil formation and nutrient cycling in forest ecosystems. Specifically, we would like to document the spatial variations in the composition of soil solution and mineralogy of the rhizosphere as influenced by the ECM of Norway spruce + Piloderma croceum. Two‐month‐old seedlings of Norway spruce (control and colonized by P. croceum) were cultivated in special rhizotrons designed to allow spatial collection of soil solution. We used A and C horizons of a Dystric Cambisol collected from Höglwald forest near Munich. Micro suction cups (5 mm x 1mm) were installed in colonized and control rhizotrons, and soil solution was collected from September to November 2000. Our results show that the concentrations of NH , Ca²⁺, and Mg²⁺ in the soil solution were lower in <1.0 cm than in >3.0 cm distance from the roots of Norway spruce, due to the possible range of influence of Piloderma mycelium reaching about 2–3 cm from the surface of the mycorrhizal root. In the rhizotron with soil from the A horizon, a higher phosphorus content in Piloderma‐colonized seedlings was observed. X‐ray diffraction data indicate that chlorite and possibly mica are being transformed to 2:1‐expanding clay minerals (probably smectite) within <1.0 cm distance from roots. The spatial variations in soil solution composition and mineral transformation are likely to be due to Piloderma colonization and concentrated mycelial growth within <1.0 cm distance from the roots. This is also evident in more intricate growth of mycelia on surfaces of micaceous minerals as compared to quartz. We assume that Piloderma modifies soil solution and mineralogy through acquisition of essential elements for its own survival and/or for the uptake by plant roots. However, the presence of spontaneous infection with wildtype ECM in the control plots may have altered the influence of Piloderma and must be taken into consideration when interpreting our results.     

基于自适应神经模糊网络的果蔬抓取力控制

运用自适应神经模糊推理系统设计了农业机器人果蔬抓取力智能控制器。以当前抓取力和滑觉传感器信号的小波变换细节系数作为控制器的输入,末端执行器两指闭合距离作为控制器的输出。基于减法聚类建立模糊推理模型,通过调整聚类半径来优选模糊规则数。给出了训练样本数据集采集方法,并应用梯度下降与最小二乘混合训练算法辨识了控制器的前件参数和结论参数。对所设计的控制器进行了实验验证,结果表明该控制器能够适应果蔬质量、表面摩擦特性等方面的差异。抓取力超调量得到了限制,最大值小于0.8 N,可以避免给抓取对象造成机械损伤。     

棉花采摘机器人红外测距技术研究

为定位棉株上的棉花,用红外测距实验装置和计算机图像处理技术结合棉花的农学生长特性测量单朵棉花的距离。在0.7~1.6 m的距离区间内建立红外测距模型,获取了棉株表面点云的距离图像,测量精度达0.0085 m。以0.65为标准差设计高斯滤波器的尺寸,用1-D高斯滤波器平滑棉株图像,用2-D高斯滤波器求取其梯度图像,以0.2 m、0.08 m为强、弱阈值,基于Canny边缘检测算子构建闭环边缘,结合形态学运算提取棉花区域,去除棉枝。用峰点滤波器削弱棉花图像中的粘连重叠现象,基于分水岭算法提取单朵棉花并求取其距离。结果表明,单朵棉花的图像识别率达91.3%,红外与人工测距结果的相关系数为0.992 2,为采摘机器人运动轨迹的规划提供了参数。     

三平移并联机器人机构的精度分析

针对一种具有相似平台的3-TPT型三平移并联机器人,根据该机器人的位置反解方程,利用全微分理论建立了该机器人精度分析的数学模型;通过计算机仿真研究了机器人的驱动杆杆长误差、结构尺寸变化和位姿变化对机器人精度的影响,为该机器人机构的实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

基于曲柄摇杆机构和凸轮机构的四足机器人步态分析

足式机器人是近年来各国科学家大力关注的机器人研究一个比较活跃的领域,四足机器人以其结构和控制方法的相对简单成为足式机器人的一个理想研究对象.四足机器人不但可以应用在军事、行星探测、救灾等领域,而且在家庭娱乐、仿生学等领域大显身手.文章采用埃万斯连杆机构进行一种稳步四足机器人的机构设计分析,并利用Matlab软件对其足迹的稳步性做了运动分析.     

半导体生物培养箱的研制

研制了一种利用半导体作为温控元件的生物培养箱.利用半导体体积小、传热速度快以及无噪声等优点,尝试将其作为生物培养箱的温控元件,并利用ARM开发板进行核心程序的设计,且使用液晶触摸屏进行温、湿度的实时监测,使得设计出的培养箱具有人机界面友好、操作简单等优点,并通过实验验证其具有良好的控制效果.     

微灌用网式过滤器局部水头损失的

在对网式过滤器进行了系统的水力性能试验基础上，分析了堵塞对过滤器局部水头损失的影响，指出过滤器的局部水头损失变化与过滤流量、过滤时间、水源含沙量有关，这些因素主要决定了过滤元件堵塞程度和变化快慢，即有效过水面积减小的频率，从而决定了额外局部水头损失增加的快慢程度。并提出了在含沙水条件下计算局部水头损失的经验关系式，指出过滤器在实际运用中，应保证压降曲线不发生急剧上升，并可以根据不同水质条件，确定其冲洗时的压差允许值和冲洗间隔时间。     

移动机器人避障路径规划方法研究

以全自主移动机器人为研究平台，介绍了移动机器人的硬件体系结构、避障行为决策、避障运动控制等。提出一种足球机器人避障路径规划方法，该方法吸取了栅格法信息处理量小的优点，只对障碍物的威胁点进行检测，弥补了其在特征匹配方面的不足，同时无需考虑障碍物的运动状态和运动速度，提高了机器人避障的灵活性和鲁棒性。