水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展

传统水产养殖的水下作业任务主要依靠人工完成,劳动强度大,危险性高,水产养殖水下作业面临严峻的人工危机。随着技术进步和制造成本的降低,将水下机器人应用于水产养殖作业有着巨大的需求空间。机器人水下捡拾作业强耦合、多干扰、时变、多体、多环节、作业目标规格形状不一,且作业的精度和速度要求高,机器人水下精准作业是困扰水产养殖界多年的公认难题。本文在对水下机器人-机械手系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)进行了系统分析的基础上,从弱光照、强耦合、非结构化海洋环境下UVMS的精准捕捞作业目标识别、时变多体捡拾作业条件下水下机器人-机械手系统动力学模型、多扰动条件下目标动物位置识别与定位模型、多约束条件下浅海养殖精准捡拾作业的优化控制等4个方面,对UVMS捕捞作业所涉及的关键技术的地位、国内外研究现状展开分析与讨论,并对所述关键技术的研究前景进行了展望,以期为水产养殖水下作业机器人软件开发提供理论依据和综合性参考。     

海上网箱网衣检测用框架式AUV设计与试验

大型网箱(围网)养殖是我国对深远海水体资源利用的重要途径,网衣破损检测是网箱养殖可以正常运行的基础条件,利用低成本高可靠性的框架式AUV进行网衣破损检测是可行的技术方案之一。基于技术、成本和使用便利性等要求,提出了框架式AUV螺旋式网衣破损检测策略,对其进行了运动建模和动力计算,获得了控制方法及与海流等相关的工作条件。根据模型分析进行了框架式AUV系统参数设计,开发了3自由度AUV控制系统软硬件、水下视频监控装置及工作距离1.5 km的微波通讯系统。所研发系统在象山港海域大型网箱进行了现场试验,结果表明在流速小于0.8 m/s时,能够在大潮和小潮分别获得最远0.9 m和1.5m的清晰视觉图像,可以方便地判断网衣破损情况,满足实际要求,为大规模推广应用打下了良好基础。     

基于ADAMS马铃薯收获机振动筛的运动特性分析

马铃薯收获机是马铃薯生产过程中一种非常重要的机械,但马铃薯收获机振动筛的运动规律复杂,经常发生伤薯问题。为此,以某型号马铃薯收获机多杆机构的振动筛为研究对象,利用Creo建立了振动筛的参数化模型,并利用ADAMS对振动筛的运动特性进行了分析。通过分析得到振动筛的振幅范围5.5~31.8mm略微超出了最佳范围10~30mm;速度范围105.5~535.2mm/s符合小于600mm/s的最佳要求;加速度范围0.7~18.7mm/s2,其最小值小于最佳取值范围2.5~20mm/s2的下界。利用ADAMS可以准确高效地得到振动筛的运动特性,为振动筛的优化设计提供了理论依据。     

凸轮式填料装置排料器的结构优化与运动仿真

在凸轮式填料装置的设计中,排料器滑板结构的厚度影响其应力。为此,对滑板结构进行了静力分析,并将最小安全系数与许用安全系数进行对比,在满足设计要求条件下对滑板结构的厚度进行优化,从而减轻排料器质量以节省材料。通过对滑板结构厚度优化后的排料器滚子质心的运动仿真可得到:滚子质心的运动轨迹与理论设计的凸轮轮廓线一致;滚子位移曲线所得到的滑板伸出滚筒长度的最大值与设计一致;滚子径向运动速度和加速度曲线规律符合设计要求。     

泾阳南塬黄土滑坡的运动规律与液化效应

[目的]查明滑坡的运动特征及其影响因素,探讨滑坡的运动规律与内在机制,为区域防灾减灾工作提供理论借鉴。[方法]以泾阳南塬黄土滑坡为例,通过现场调查及槽探查明了滑坡的运动特征,采用统计学方法分析了滑坡的运动规律,在此基础上,探讨引起滑坡运动特征分异的"液化效应"。[结果]按照运动特征将泾阳南塬黄土滑坡划分为流滑型和滑动型两类,流滑型滑坡的滑距一般为坡高的4倍,滑动型滑坡的滑距约为坡高的2倍。1.50×10~5 m~3可近似的认为是研究区内"足以形成最大液化程度的最小滑体体积"。[结论]滑体体积及边界条件对滑坡运动液化影响显著,一般情况下滑坡体积越大、滑动边界越简单,运动液化程度就越高,运动距离也就越远;而体积越小、滑动边界越复杂,运动液化程度就越低,运动距离也就越近。     

基于摆线运动的黄瓜采摘机器人终端滑模轨迹跟踪控制

黄瓜采摘机器人是机器人技术在农业中的具体应用,而快速稳定地到达目标采摘点的轨迹规划则是黄瓜采摘机器人研究的主要内容之一。根据摆线运动曲线光滑,并能在有限区间的端点产生零速度和零加速度的特点,将其应用于黄瓜采摘机器人关节空间的轨迹规划,该方法计算简单,实时性好。同时,为了实现对期望轨迹的精确跟踪,构造了一种快速非奇异的终端滑模控制器,采用指数和幂次结合的趋近率方法,引入非线性滑模面,突破了普通滑模控制器在线性滑模条件下渐进收敛的特点,并且不会出现传统终端滑模控制的奇异性和抖振问题。李亚普诺夫稳定性分析和仿真试验证明：它能够准确的跟踪期望轨迹,并能使位置跟踪误差在有限时间内收敛到零,响应时间短,跟踪效果好。     

不可压缩粘性流体旋涡运动积分方程的建立

将导出的旋涡运动积分恒等式应用于涡动力学微分方程,分别建立了不可压缩粘性流体在外力有势条件下的流体质量体(系统)及控制体的旋涡运动积分方程,并对不可压缩粘性流体、外力有势条件下质量体的旋涡运动积分方程及其涡强度和矢量的随体导数予以讨论。其结论可对旋涡运动宏观动力学特性的进一步研究提供参考。     

潜土逆旋旋耕机刀片运动及功耗分析

针对目前我国耕地普遍存在的犁底层问题,推荐应用潜土逆旋旋耕机,以打破犁底层、加深耕作层。借助建立数学模型分析逆旋刀的运动情况,阐述其优势;借助半经验公式分析潜土逆旋的功率消耗,并对影响旋耕机功耗的因素进行说明,以期为设计合理的潜土逆旋旋耕机提供理论支持。     

正旋深耕旋耕机的研制

为解决目前我国耕地中普遍存在的犁底层问题,设计一种深松与深耕旋耕联合作业的机具。阐述深耕旋耕机整机设计方案,确定主要参数,从理论上分析主要参数对功率消耗的影响,提出减小功耗的措施,为设计合理的深耕旋耕机提供理论支持。     

基于CAD/CAM技术的齿轮机构参数化设计与运动仿真的研究

利用CAD/CAM技术对一级圆柱齿轮变速箱的各零件进行三维实体建模,对变速箱整机进行虚拟装配,并能进行运动仿真,该设计方法可以在物理样机制造前发现设计中存在的不足,便于产品进行改进和优化,能够大大提高产品的开发效率,节约产品的开发成本.