刚柔耦合串联机械臂末端位置误差分析与补偿

机械臂连杆柔性、关节柔性等非线性变形的综合影响,导致其末端位置发生偏离而产生误差。本文以IRB1410型串联机械臂为研究对象,采用理论分析、仿真分析与实验验证相结合的方式,对机械臂末端位置误差进行分析与补偿研究。首先,建立机械臂刚柔耦合理论误差模型,并运用Newmarkβ法进行数值仿真分析;联合ANSYS和ADAMS进行刚柔耦合机械臂末端位置运动误差仿真;为了实现快速补偿,提出基于BP神经网络的伪目标点法对位置误差进行补偿,补偿后其位置误差均方根减小了68.3%,说明该方法具有较好的补偿效果;最后,自主设计并搭建了测量实验平台,采用所提算法进行了误差补偿实验,对比补偿前后距离误差,补偿后误差均方根减小了77.01%,验证了伪目标点法对柔性误差补偿的有效性。     

基于Kinect V3深度传感器的田间植株点云配准方法

准确建立植物的三维点云是以点云方式高通量获取植株各部位物理参数的前提。为实现田间复杂环境下的植株三维点云配准,该研究提出了一种基于多标定球的田间植株点云自动配准方法,并分别在室内简单场景及大田复杂场景下从不同角度对多种作物采集的点云数据进行验证。该方法采用随机抽样一致性算法（Random Sample Consensus, RANSAC）结合点云减法的概念从下采样后的点云中实现多标定球的自动提取,弥补了RANSAC一次只能提取单个物体的缺点。然后基于各标定球的球心距离信息实现三维点集的自动匹配。最后使用奇异值分解算法解算旋转平移矩阵,实现点云的自动配准。不同场景下各作物的配准结果表明,各植株的水平90°、180°、270°以及垂直方向上的点云配准到水平0°点云下的平均轴向误差在6～17 mm之间,平均点位误差在13～30 mm之间,与手动配准的商用同类软件LiDAR360的配准结果相当,但配准过程的自动化程度明显提高,效率提高了67%。该文所提出的方法可在田间复杂环境下对低成本深度相机获取的植株点云实现高精度的自动配准,为田间植物表型参数的提取提供了低成本的可行方案。     

基于中值点Hough变换玉米行检测的导航线提取方法

为解决机器视觉对早期玉米苗带在多环境变量下导航线提取耗时长、准确率低的问题,该研究提出了一种基于中值点Hough变换作物行检测的导航线提取算法。首先,改进了传统的2G-R-B算法,再结合中值滤波、最大类间方差法和形态学操作实现土壤背景与玉米苗带的分割。其次,通过均值法提取玉米苗带特征点,然后采用中值点Hough变换拟合垄间两侧玉米苗列线,最后将检测出的双侧玉米苗列线为导航基准线,利用夹角正切公式提取导航线。试验结果表明：改进的灰度化算法能够正确分割玉米苗带与土壤,处理一幅640×480像素彩色图像平均耗时小于160 ms,基于中值点Hough变换检测玉米苗列再提取导航线的最大误差为0.53°,相比于传统Hough变换时间上平均快62.9 ms,比最小二乘法平均精确度提高了7.12°,在农田早期玉米苗带多环境变量影响因素下导航线提取准确率均达92%以上,具有较强的可靠性和准确性。     

基于微生物燃料电池供能的无线温度传感系统设计

微生物燃料电池(microbial full cell,MFC)是利用微生物作为生物催化剂将碳水化合物转化为电能的装置。针对MFC输出电压低、功率小、内阻大的特点,该文研制了一种具有最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)功能的能量收集电路和两级升压电路;基于MSP430和CC2500芯片设计了环境温度传感系统。测试结果表明,MFC的输出电压维持在316～390 mV范围内,实现了最大输出功率的跟踪,MPPT电路和升压电路分别输出1.1和3.5 V电压;无线温度传感器以每13ms的周期将环境温度无线传输到远程终端,验证了环境温度传感系统在最大功率点处对无线传感器网络节点供电工作的可行性,可为实现MFC主动式能量收集提供参考。     

环境变化对湘江湘潭站径流的影响研究

环境变化引起河川径流的显著变化,为水文水资源管理带来新的挑战,如何区分气候变化和人类活动对径流的影响是水文科学研究的热点和难点。基于STARS和Pettitt方法,综合检验径流时间序列的突变点,构建天然期径流过程模拟的水文模型,将人类活动期的径流过程还原到天然状态,并从不同年代和不同水平年的角度探讨环境变化对人类活动期的径流影响。结果表明:1992年为湘潭站1957—2014年径流时间序列的突变点,新安江模型对湘潭站天然期径流过程具有较好的模拟效果,人类活动和气候变化引起人类活动期径流增加的贡献率分别为68.24%和31.76%,气候变化影响最大的时间为2011—2014年,人类活动影响最大的时间为2001—2010年,尤以丰水年影响最大。     

Effect of Soil Organic Matter on Adsorption and Insecticidal Activity of Toxins from Bacillus thuringiensis

With the large-scale cultivation of transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal toxin in the world, the problem of environmental safety caused by these Bt crops has received extensive attention. The effects of soil organic matter (SOM) on the adsorption and insecticidal activity of Bt toxin in variable- and constant-charge soils (red and brown soils, respectively) were studied. Organic carbon in the soils was removed using hydrogen peroxide (H_2O_2). After H_2O_2 treatment, the SOM in the red and brown soils decreased by 71.26% and 82.82%, respectively. Mineral composition of the H_2O_2-treated soils showed no significant changes,but soil texture showed a slight change. After SOM removal, the cation exchange capacity (CEC) and pH decreased, while the specific surface area (SSA), point of zero charge (PZC), and zeta potential increased. The adsorption isotherm experiment showed that the Bt toxin adsorption on the natural and H_2O_2-treated soils fitted both the Langmuir model (R~2≥ 0.985 7) and the Freundlich model (R~2≥ 0.984 1), and the amount of toxin adsorbed on the H_2O_2-treated soils was higher than that on the natural soils. There was a high correlation between the maximum adsorption of Bt toxin and the PZC of soils (R~2= 0.935 7); thus, Bt toxin adsorption was not only influenced by SOM content, but also by soil texture, as well as the SSA, CEC, PZC, and zeta potential. The LC_(50) (lethal concentration required to kill 50% of the larvae) values for Bt toxin in the H_2O_2-treated soils were slightly lower than those in the natural soils, suggesting that the environmental risk from Bt toxin may increase if SOM decreases. As the measurement of insecticidal activity using insects is expensive and time consuming, a rapid and convenient in vitro method of enzyme-linked immunosorbent assays is recommended for evaluating Bt toxin degradation in soils in future studies.     

自然环境下葡萄采摘机器人采摘点的自动定位

针对葡萄果梗颜色复杂多变、轮廓不规则等影响因素使得采摘机器人难以准确对采摘点进行定位的问题,该文提出一种基于改进聚类图像分割和点线最小距离约束的采摘点定位新方法。首先通过分析葡萄图像的颜色空间,提取最能突显夏黑葡萄的HSI色彩空间分量H,运用改进的人工蜂群优化模糊聚类方法对葡萄果图像进行分割;然后对分割图像进行形态学去噪处理,提取最大连通区域,计算该区域质心、轮廓极值点、外接矩形;再根据质心坐标与葡萄簇边缘信息确定采摘点的感兴趣区域,在区域内进行累计概率霍夫直线检测,求解所有检测得出的直线到质心之间的距离,最后选取点线距离最小的直线作为采摘点所在线,并取线段中点坐标作为采摘点。以从晴天顺光、晴天遮阴、阴天光照下采集的300幅夏黑葡萄进行分类试验,结果表明,该方法的采摘点定位准确率达88.33%,平均定位时间为0.3467 s,可满足采摘机器人对采摘点的定位需求,为葡萄采摘机器人提供了一种新的采摘点求解方法。     

建立四川盆地水土保持监测“零”基准面(点)的探讨

从认知水土流失“零”基准面的理论出发,在大范围的地理尺度及大的时间跨度层面上,根据岩层及土壤在外力（水力、重力、风力等）作用下的自然规律,即高势能向低势能的迁移表现,提出建立最低的水土保持监测基准面（点）,扩大水保法调整的范围,从而减少近期和长期的水土流失趋势。     

一套GPS两种功能的结合在水土保持监测中的应用研究

通过试验与分析,利用一套双频GPS进行单点定位与快速RTK技术的结合来快速测量水土流失面积,即:先用GPS单点适时定位完成控制测量,再利用RTK技术测量水土流失的边界,当超出RTK测量的有效范围时,再采用单点定位法进行控制点的加密,以便于继续RTK测量工作,直至测区边界的测量工作全部完成为止。这种方法简单、准确、经济,解决了水土保持监测中的面积度量问题,克服了由于国家三角点被破坏而受数量与分布的限制的缺点。