香蕉采摘与吊运作业机器人运动与动力性能分析

由于香蕉果串的结果高度和果形尺寸较大,且采摘过程极易发生损伤,给其采摘带来极高难度,目前仍停留在比较落后的人工采摘方式上,劳动强度大。为此,提出了一种香蕉采摘与吊运作业机器人,可将香蕉果柄的切割、夹持和香蕉果串的吊放作业整体性完成,其机械系统主要由伺服连杆机械臂、夹持与切割末端执行器和液压履带行走动力单元等部分组成。工作时,末端执行器夹持与切割香蕉果柄的直径范围为40~150mm,液压履带车行走的最大行走速度为1.07m/s。通过基于ADAMS的机械系统运动和动力学仿真分析获得了伺服连杆机械臂的作业范围,以香蕉按照宽窄行宜机化种植模式为基础,对接近实际情况的伺服驱动作业流程进行了仿真研究,验证了各伺服电机的驱动能力。

面向学科竞赛的发球机器人设计与控制

以发球机器人的设计和控制为案例,涵盖机械结构设计、电子电路设计、单片机控制、机器视觉、运动学建模和控制调试等多个领域的知识综合。该机器人的机械结构主要包括捡球机构、传球机构、发球机构和底盘机构。底盘机构为机器人的移动提供动力,捡球机构用于捡取放置的待发球,结合视觉定位单元可实现待发球的准确定位和自动抓取,传球机构负责将待发传送到发球机构,由发球机构将待发球发射到目标区域。电气控制系统的主控芯片为STM32单片机,实现对各执行机构的协调控制。经制作样机测试,该发球机器人的发球方向和速度可控。

基于改进YOLOv4的轻量化菠萝苗心检测算法

当前菠萝催花作业以人工喷洒为主,生产效率低、劳动强度大。菠萝苗心位置的精准识别和定位是实现机械化、智能化菠萝催花的核心问题。该研究在YOLOv4目标识别算法的基础上,选择GhostNet作为主干特征提取网络,构建了一种混合网络模型,并在颈部网络中融合深度可分离卷积与轻量级的注意力模块。改进后的模型相较于YOLOv4模型的总参数量减少70%。与YOLOv4、Faster R-CNN和CenterNet 3个模型进行检测对比试验,结果可得:改进模型在菠萝植株种植密集与稀疏的条件下识别精度分别为94.7%和95.5%,实时识别速度可达27帧/s,每张图像平均检测时间为72 ms,相比常规YOLOv4模型用时缩短23%。总体性能表现均优于对比组的目标检测模型。总的来说,改进模型YOLOv4-GHDW在一定程度上实现了检测速度、识别精度和模型体量三者之间平衡,能够在实际种植环境下对菠萝苗心有较好的识别效果。研究结果可为智能化菠萝精准催花设备研发提供视觉技术支持。

考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降动态特性研究

基于桩基运动控制方程,对荷载作用下的桩基沉降动态特性进行了研究。首先,考虑桩土间黏滞与滑动两种接触状态,建立了一种考虑侧阻软化及侧阻恢复的桩土相互作用模型;然后采用该模型及修正三折线模型分别模拟桩与桩侧土以及桩端土间的相互作用,结合有限差分法建立了考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降分析方法;最后,基于建立的桩基受荷沉降分析方法,研究了桩基沉降的黏滑动态特性以及桩身的力学特性,并讨论了桩土相互作用模型中的参数对桩基沉降动态特性的影响。结果表明:当桩顶荷载接近桩基单级加载极限值,桩基沉降表现出黏滞位移与快速滑动位移交替的动态特性;桩身力学响应表现出加载路径相关性,与单级加载相比,分级加载时桩侧摩阻力能得到更好发挥,桩基极限承载力更高;提出的分析方法能够较好地模拟桩基静载试验沉降过程。

鸽子养殖智能投料小车设计

随着现代畜禽业的快速发展,畜禽养殖场对养殖技术机械化、自动化的需求不断增加。鸽子精准投料技术不仅能够有效地提高饲料利用率、降低劳动力成本,还能提高生产效率和经济效益。该文以鸽子的智能精准投料为目标,设计鸽子养殖智能投料小车。首先,介绍鸽子养殖智能投料小车的硬件部分;然后,运用YOLOv7深度学习模型识别3层不同高度鸽笼内鸽子数量;接着,开发料仓内饲料剩余量超声波检测功能、路径跟踪与导航的红外循迹功能;最后,针对鸽子养殖智能投料小车的投料效率、运行精度和最佳投料距离进行实验分析。实验结果表明,在室内正常光照下,鸽子和喂料槽的识别准确率为93.36%,检测和投料的平均时间为2 s,饲料浪费率在1%以下,有效提高了鸽子养殖场的作业效率。

新工科背景下机械类专业大学生创新创业教育研究——以仲恺农业工程学院为例

新工科对高校创新型专业人才培养提出了高质量、内涵式发展的新要求,对新工科背景下机械类专业学生开展“双创”教育具有重要的意义,其有利于培养机械类专业大学生的创新思维和工程实践能力,有利于满足机械类专业大学生就业的实际需求,有利于培养符合“中国制造2025”和创新驱动发展战略需求的机械类人才。文章以在仲恺农业工程学院机械类专业学生中开展的相关调查为基础,了解新工科背景下机械专业大学生创新创业教育的现状以及特点,提出构建机械类专业大学生专创融合的人才培养模式,以期为学生创新创业教育提供参考。

基于视觉定位的串并混联型百香果采摘机器人研究

针对垂帘式种植工艺的百香果,研制串并混联型采摘机器人。该采摘机器人由串并混联型机械臂、末端剪切执行器、移动车体、深度相机、控制电箱、智能控制终端和移动电源所组成。针对复杂背景下定位百香果采摘点的问题,根据百香果与果梗连通关系,提出一种融合深度信息的YOLO v5s目标检测与区域搜索的百香果采摘点识别定位算法。串并混联型采摘机械臂的升降和伸缩自由度存在非线性运动耦合问题,综合运用几何降维和数值迭代的方法获得逆解运动学控制模型。试验研究结果表明,采摘点定位成功率为89.4%,降维迭代的逆运动学求解平均时间为0.084 s,采摘成功率为93.3%,单次果实采摘的平均时间为30 s。

教学型磨床液压站实验装置设计与控制

设计了一套模拟平面磨床液压站的实验装置,主要由液压站本体和PLC控制系统组成,可以实现磨床平台移动、举升滑移和自动润滑等功能,液压系统引入了比例压力阀和比例溢流调速阀,通以触摸屏作为人机交互界面,可进行磨床移动平台的压力和速度设置。基于液压比例控制技术的磨床液压站控制在机电液控制技术领域具有很好的代表性,将其引入到学生的专业教学中是一个很好的选择。该装置综合了液压系统设计、电控电路和PLC程序设计等专业技术。开发了配套实验项目,对于培养学生综合应用专业技术和实践创新能力具有实质性意义,满足新工科创新型卓越工程师的培养需求。

静钻根植桩竖向承载性能现场试验研究

通过一组现场试验对同一场地内静钻根植桩的抗压和抗拔承载性能进行研究,试桩均加载至极限状态。通过抗压和抗拔静载试验对静钻根植桩的抗压和抗拔承载性能进行对比分析。试验结果表明:静钻根植桩的抗压承载性能相比传统钻孔灌注桩有显著提高,本次试验场地各土层中静钻根植桩的桩侧摩阻力是规范建议的钻孔灌注桩极限侧摩阻力的1.49~3.21倍;静钻根植桩抗拔承载性能也明显优于钻孔灌注桩,抗拔试桩的极限承载力是根据规范计算的钻孔灌注桩极限抗拔承载力的1.52~1.55倍;静钻根植桩抗拔状态下桩侧摩阻力明显小于抗压状态下的桩侧摩擦力,即静钻根植桩也存在侧阻抗拔系数。

静钻根植桩施工环境效应现场试验研究

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻孔、注浆搅拌和植桩阶段对周围土体的扰动规律进行研究。静钻根植桩施工前在钻孔周围土体中埋设土压力传感器,孔隙水压力传感器和测斜管,分别测试静钻根植桩施工过程中周围土体中水平土压力,超静孔隙水压力和深层土体水平位移的变化规律。研究结果表明:静钻根植桩施工过程会对周围土体造成一定扰动,而施工完成后周围土体中的水平土压力、超静孔隙水压力和深层土体水平位移迅速恢复;当水平距离达到4D(D为钻孔直径)时,静钻根植桩施工过程基本不会对土体产生影响;试验结果可以为静钻根植桩在地铁周围等施工位移控制敏感区域的应用提供理论依据。

饱和黏土中能源群桩热力特性模型试验研究

为研究饱和黏土地基中静钻根植能源群桩不同运行方式的热力特性,采用自行设计的模型试验系统,测试温度条件下模型单桩和群桩的热力响应。通过埋置传感测试元件,得到桩顶位移、桩身应力、桩和桩周土温度、桩周水平土压力及孔隙水压力。结果表明:由于桩间热扩散,加热桩会对周围非加热桩造成影响,导致非加热桩桩身温度增加、桩顶位移上升,能源群桩的平均换热性能较单桩低;制冷工况下群桩的桩顶位移变化绝对值大于加热工况,需要考虑以确保安全性;由于群桩效应,与单桩相比,能源群桩桩顶位移变化更大,桩身附加温度应力更小;能源群桩的热力特性受运行能源桩数量影响,运行数量越多,温度对能源群桩的热力特性影响越显著,桩周土压力、孔隙水压力变化值越大。

生态修复后某矿区下游农田土壤金属污染特征与风险评价

为研究广东省某矿区开展生态修复多年后下游农田土壤的金属污染状况,选取该矿区下游某村周边农田土壤及灌溉水渠作为研究对象,对该区域采集了40个土壤表层样本和8个水体样本,利用Arcgis软件对农田土壤样品中As、Cu、Cd、Pb、Zn、Mn和Fe_(2)O_(3)的质量分数进行克里金空间插值,解析该区域农田土壤金属的空间分布特征;采用综合污染指数法和潜在生态风险指数法对该区域耕作层土壤中As、Cu、Cd、Pb、Zn和Mn进行风险评价。结果表明,40个土壤样品中As、Cd、Cu、Zn和Pb的超标率分别为77.5%、70%、87.5%、27.5%和67.5%,说明调查区域农田土壤污染属于多金属复合污染,且对农作物的生产和安全产生巨大的威胁。部分土壤样品中As、Pb和Cd含量超过了中国农用地土壤污染风险管制值,需采取严格管控措施。通过分析土壤金属的空间分布,发现土壤金属含量超标点位主要位于灌溉口与受污染河流周边,且含量与离灌溉口距离成反比。结合目前灌溉水样中的金属均未超标的情况,得出该区域农田土壤污染是由该矿区生态环境修复前所产生的含金属灌溉水导致土壤中金属的积累引起的。土壤中金属的综合污染指数平均值为1.89,属于轻微污染;潜在生态风险指数平均值为277.63,潜在生态风险程度为中。调查区的农田土壤存在系统性风险,应当加强土壤环境监测与修复。

菠萝自动采摘机的结构设计

提出了对菠萝实现自动采摘的总体结构方案,主要由机架部分、采摘部分、刀具升降部分、动力传动部分、果实输送部分等组成,并对各部分结构设计作了进一步阐述。为便于进行结构上的干涉检查以及动力学特性研究,建立了基于SolidWorks的菠萝采摘机主体结构三维模型,主要研究了导果槽细部结构对采摘后菠萝运动轨迹的影响规律,优化了导果槽的结构参数。

基于AMESIM的高速气缸新型缓冲装置缓冲性能研究

目前气动技术在现代工业技术发展过程中占有重要的地位,而作为执行元件的气缸的应用更是普遍,气缸的工作速度逐步向高速方向发展,而性能良好的缓冲装置对于气缸以稳定而低速的状态停靠在行程终点具有极其重要的作用。通过仿真和实验分析发现基于压力释放阀缓冲调节阀在气缸缓冲性能调节方面存在调节范围小,容易引发气缸活塞速度的振荡,进一步提出了一种新型缓冲装置,该新型缓冲装置通过气缸缓冲腔余隙容积与压力调节阀的分段调节来实现气缸良好缓冲的调整。接下来在构建具有新型缓冲装置的高速气缸AMESIM数值模型的基础上,对气缸活塞速度为3.0~3.7 m/s,气缸执行系统可移动部件质量为4 kg工况条件下进行了仿真分析,分析结果显示了气缸速度在3.0~3.5变化时,通过调节气缸缓冲腔的余隙容积大小即可实现最佳缓冲,而气缸速度在3.5~3.7 m/s变化时,则通过调节压力调节阀来实现最佳缓冲。通过仿真还得出了气缸实现良好缓冲的分段调节范围,稳定调节范围相比单纯基于压力释放阀的缓冲调节方式有了很好的提升。

高速气缸新型缓冲装置及其性能

压力释放型高速气缸缓冲装置存在适应气缸活塞速度变化范围有限、最佳缓冲状态调节困难的缺点,其主要原因是气体的可压缩性大,压力释放阀达到开启条件时无法保证直至气缸抵达终点一直处于开启状态,存在反复启闭的现象,同时压力释放阀的排气速度无法与气缸的运行速度相适应.有鉴于此,文中提出了一种由压力释放缓冲组件和可调余隙组件组成的新型缓冲结构,通过仿真验证了当气缸可移动部件质量为6kg时,新型缓冲装置可以通过分段调节压力释放阀的弹簧压缩量和气缸背压腔的余隙容积实现气缸最高速度在2.3-3.7m/s区间内的良好缓冲.当固定气缸活塞最高速度为3.0 m/s时,改变气缸可移动部件的质量进行进一步仿真,发现该新型缓冲装置在负载质量改变时依然有良好的缓冲调节性能.

水平碾搓式银杏脱壳机脱壳过程仿真研究

设计一种水平碾搓式银杏脱壳机,对其结构及工作原理进行阐述,通过对基于SolidWorks的动力学模型的仿真研究,获得单体银杏脱壳过程中的运动规律和受力特点,同时研究单体银杏脱壳的能耗情况。

机械设计课程设计教学改革初探

机械设计课程设计是机械设计课程教学必不可少的实践环节,提高教学质量对培养学生分析和解决工程设计问题的能力起着十分重要的作用。针对当前机械设计课程设计所存在的问题,从改革设计内容、加强计算机技术应用和实践环节几个方面提出了教学改革的思路和措施。

LabVIEW在基于Modbus-RTU协议的功率分析仪信号监测中的应用

采用基于Modbus-RTU协议的功率分析仪对三相异步电动机进行监测,借助LabVIEW 2010虚拟仪器开发软件实现对功率分析仪的串口通信编程开发,实现了测量参数显示、波形显示等功能。

植入式排水桩固结理论

植入式排水桩可消除临近土层中的超静孔压、提升桩侧土体强度,是一种适用于滨海深厚软土地基的新型桩基技术。为研究桩侧临近土层中孔压消散和固结度发展规律,将水泥土视为涂抹区,并基于椭圆柱排水体假设和坐标变换方法,推导了真空负压作用下植入式排水桩固结解析解。在模型试验检验理论可靠性的基础之上开展算例分析,发现真空负压传递主要集中在塑料排水板附近,土层中超静孔压平面分布呈“8”字型;真空负压作用时间和水泥土渗透性对排水桩加固效果影响显著;水泥土渗透性在排水固结和硬化作用下快速下降,真空抽排水时间应控制在5 d以内。研究成果为植入式排水桩技术进一步研发及推广应用奠定了基础。

对金融支持企业自主创新的思考

一．当前我国金融支持企业自主创新现状 近些年来，我国金融部门为企业创新提供了重要资金来源，并且有力地支持了高新技术的商品化、产业化和国际化发展，主要体现在以下三个方面：