用于数据采集器测试的时间脉冲插值分析方法

地震数据采集器时间服务精度是评价设备性能的重要指标,一般使用标准时间源输出的时间脉冲信号采样数据进行分析计算,但受仪器采样率限制,时间偏差测试分辨率不高。设计了基于一阶差分和直方图分析的脉冲信号上升沿识别、高低电位分析和时间偏差分析算法,研究使用非线性插值分析方法对地震数据采集器采集的标准时间脉冲信号进行波形升采样恢复,并基于所提算法进行实验分析和讨论,在提高地震数据采集器时间偏差测试分辨率的同时,规范了测试数据处理方法和流程。

对强震地形变监测预报方法的思考

简要回顾了中国地形变用于强震监测预报领域的发展过程及现状。对几次强震前得到的比较突出的地形变异常进行了分析,收集了大面积形变异常与强震中长期预测、地震前兆分布存在时间有序和空间配套,强震前发现巨幅形变异常,InSAR给出强震前地面垂向形变,强震前地倾斜异常,慢地震和预滑移等方面的研究成果。综合分析认为,强震前震中区附近存在与孕震体尺度相当的巨幅快速地面异常隆升。及时有效地捕捉强震前巨幅快速地面异常隆升的时间有序和空间配套的异常信息,可望针对人口稠密区域未来发生的强震给出具有减灾实效的预测预报意见,值得尝试。基于本研究提出了针对人口稠密的地震重点监视防御区开展高密度、大量程、低精度地倾斜观测的设想,并初步给出了观测方案、基本原理和数据计算处理方法。

农业物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法

为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业的时间最优轨迹。该方法建立机器人协同作业的运动学模型和动力学模型,对物料移运机器人开展时间最优轨迹规划,并基于Lyapunov理论设计控制律减少跟踪误差,最后通过Matlab/Simulink和ADAMS联合仿真验证方法的有效性。结果表明,提出的轨迹规划方法可使机器人在抓放料协同作业和避障协同作业中取得平滑且时间最优的运动轨迹,机器人各关节的位移、速度、加速度、力/力矩曲线变化平缓,两履带牵引力满足机器人的要求且可快速稳定跟踪时间最优路径。

一种低采样数据采集设备时间精度的测量方法

提出一种低采样数据采集设备的时间精度测量方法,介绍该方法的测量原理及数据获取流程,并结合地震行业实例给出低采样数据采集设备的时间精度测量结果。本文方法可将低采样数据采集设备的时间测量精度提高到ms级,可用于输入与输出具有线性关系的地球物理观测设备数据采集器时间精度的测试。

JP72举高喷射消防车支腿反力与稳定性分析

举高喷射消防车是重要的消防装备类产品,当其折叠臂完全展开时,等效受力点与回转中心之间的跨距将达到数十米,这将对消防车的稳定性提出更高要求。同时,水炮冲击力及风力等均会对消防车的稳定性产生较大影响,严重时将导致车辆前倾或侧翻。为避免上述危险工况,该文以72 m举高喷射消防车为对象展开稳定性分析,在充分考虑各因素的影响情况下进行C++编程,并依照相关标准计算其等效作用点及作用力,计算出各支腿受力数值,最后依照国家标准以及合力圆分析进行稳定性检验,所研究内容为同类型分析计算工作提供了一定的参考。

考虑廓形特征的机器人异型盘磨削接触力建模

目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法。方法首先,基于弹性薄板弯曲理论,分析薄板挠曲形变与接触力关系。其次,依据静态弹性理论,建立橡胶板在弹性形变区域内弹性形变与接触力模型。再次,开展有限元数值模拟实验求解橡胶板弹性形变参数和薄板挠曲形变参数,并通过变量替换建立接触力与异型盘法向进给位移数值形式反函数模型。最后,搭建机器人异型盘磨削实验平台,分别开展1种平面与3种曲率曲面工件的机器人异型盘接触力模型验证实验和1种侧曲面圆台铸铁工件的机器人异型盘磨削一致性验证实验。结果机器人异型盘接触力模型验证实验结果表明,当盘倾角较大时,能够较为准确地预测接触力。机器人异型盘磨削一致性验证实验结果表明,在相同的磨削参数条件下,3条磨削路径(路径1、2、3)的磨削深度平均值分别为0.0663、0.0632、0.0645 mm,最大偏差分别为0.0139、0.0090、0.0108 mm,变异系数分别为11.2%、6.4%和9.6%。实验验证了所提方法的有效性。结论所提方法考虑了异型盘廓形特征,将工件表面曲率、盘倾角、廓形参数和异型盘尺寸等参数包含在磨削接触力模型中,并描述了磨削接触力与异型盘法向进给位移的数值形式反函数关系,能够度量异型盘磨削作业接触区域和解释磨削接触力影响因素,可为机器人异型盘的高效率、高质量恒定接触力磨削提供理论依据。

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。首先,建立机器人位置误差模型。其次,建立一种可观性综合指标,评价不同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标函数和约束条件,提出一种基于DETMAX算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为DETMAX-改进差分进化算法,简写为DETMAX-IDE算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。通过机器人运动学标定仿真与实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低了62.09%和62.45%。

手机依赖对学业倦怠的影响及其机制

学业倦怠是学习者由于学业相关压力及其他个体因素所引起的情感、态度和行为上的耗竭状态。手机依赖是引发学业倦怠的重要因素。本文通过回顾既往研究发现手机依赖对学业倦怠存在直接影响和间接影响,并用自我控制的能量模型和资源保护模型对其内在机制进行解释。

青海锡铁山铅锌矿床赋矿火山岩LA-ICPMS锆石U-Pb定年及地质意义

锡铁山铅锌矿床是我国西北地区大型铅锌矿床之一,但是,有关其成矿时间问题一直缺乏较好约束。本文通过对靠近矿体底部的火山岩LA-ICPMS锆石U-Pb定年,获得了三组锆石U-Pb谐和年龄,分别变化于500~470 Ma,465~450 Ma和440~420 Ma,形成的三个权重平均年龄分别为(479.4±5.2)Ma,(455.5±6.1)Ma和(431.8±3.7)Ma。结合区域滩间山群成岩构造环境及矿床成矿构造背景,文章认为前两组权重平均年龄代表了早古生代滩间山群两期强烈火山作用的峰期年龄,其年龄跨度(500~455 Ma)代表了滩间山群岛弧火山作用的时间跨度。第三组权重平均年龄代表了滩间山群火山岩成岩之后区域造山事件的主期变质年龄。锡铁山海底喷流沉积成矿合理时间应在455 Ma左右。

科研实践融入《材料近代分析方法》课程的教学改革初探

材料是人类文明进步的基石。在科学技术迅速发展的当今时代,各种新材料层出不穷,为此,材料性能的检测与分析技术显得尤为关键。工程教育认证是国际工程教育质量保障制度的重要组成部分,是国际上工程教育和工程师资质认可的重要保障。《材料近代分析方法》是材料、化学等专业一门重要的专业核心课程,分析了课程的特点及要求。本课题以“S掺杂Cu3SbSe4基热电材料的制备及组织研究”为例,阐述了科研实践融入课程教学改革的重要性。最后对该课程的教学改革提出了建议,并作出了一定展望,旨在提高学生的学科素养和实践能力,更好地适应新时代的岗位需求。

农业装备行驶滑动辨识与控制研究现状与展望

农业环境中农业装备时常发生行驶滑动现象且具有明显不确定性,滑动现象使行驶机构处于不可控状态,从而影响作业精度,严重阻碍了种植、中耕管理和收获等需要精准作业环节的农业装备信息化及智能化发展。本文从滑动原理、滑动辨识及行驶滑动控制方面,分别对滑动力学特性、滑动辨识方法和考虑滑动的路径跟踪控制的国内外研究现状进行综述。滑动原理方面,着重阐述了针对不同行驶机构的结构特点和行驶地面环境建立的多种行驶机构与地面的系统模型。滑动辨识方面,分别对基于数学模型和基于数据驱动两类方法进行分析,揭示各方法优势与局限性。行驶滑动控制方面,重点归纳了应用于农业装备的路径跟踪控制方法,指出了目前行驶滑动控制研究方法局限性。最后,指出行驶滑动辨识研究对于农业装备自动化发展具有重要意义,未来农业装备行驶滑动研究可以从滑动力学理论模型、滑动实时辨识方法、行驶滑动控制方法等方面开展深入研究。

基于模型预测控制的履带式除草机器人设计与试验

针对丘陵山区果园除草作业困难、除草效率低、智能化水平不高等问题,设计了一种小型山地果园除草机器人。为提高履带式除草机器人作业路径的跟踪精度,开展了履带式除草机器人路径跟踪控制算法研究。采用“倒三角形旋接结构”设计了一种仿形浮动底盘,搭载“Y型”甩刀组件进行粉碎除草作业,由增程式油电混合动力系统提供动力支持,针对斜坡转向滑移大等问题提出了基于模型预测控制(MPC)的斜坡转向控制策略,采用往返式路径规划方法对果园进行全覆盖路径规划,结合BDS定位导航技术及全覆盖路径规划方式,确保履带式除草机器人在作业过程中具备高跟踪精度。构建履带除草机器人运动学模型,在MATLAB软件中,对履带除草机器人在斜坡上的转向动力学及其控制策略进行了仿真分析。仿真试验结果表明,设计的坡面转向模型在15°条件下路径跟踪平均误差仅为0.039 m,展现了良好的精确度。田间试验表明,提出的MPC控制器能够有效改善坡面转向工况下路径跟踪效果,在坡度角为15°时,上下坡工况下平均误差相较于PID控制器分别减小了51.76%,63.77%。融合北斗导航功能的除草机器人,有效除草率高于97%,可在25°坡面上正常行走。该研究成果为丘陵山地除草机器人的研制提供了参考。

基于激光雷达与相机融合的树干检测方法

针对传统传感器在树干检测中的局限性和单一性,提出一种基于激光雷达与相机融合的树干检测方法.首先,利用深度图对激光雷达点云进行处理,实现地面点云去除以及树干点云聚类,并在聚类中设置横、纵向自适应阈值,去除聚类中墙体、杂草、树叶等多余信息;然后,利用YOLOv3算法对相机图像进行分析,基于树干特征实现目标识别并返回检测框与类别信息;最后,基于交并比方法(IoU)对2种传感器的检测结果进行融合,识别树干并返回其三维信息与位置信息.以无人割草机为载体开展场地测试,实验结果表明:融合算法的树干检测准确率在93.1%左右,树干定位横、纵向平均误差分别为0.075 m和0.078 m,能够满足无人割草机的树干检测要求,为智能农机的环境感知提供了一种新的方法.

山地电动履带底盘设计与仿真分析

针对丘陵山区地形起伏大、地块碎小、土壤粘重等复杂的农机作业背景,以及现有农机作业对高效、安全、环保的履带底盘需求日益增长的现状,设计制造了一种山地电动履带底盘。通过Solidworks软件建立履带底盘模型,并借助Adams多体动力学仿真软件对底盘的爬坡、过沟和越障性能进行了动力学仿真。仿真结果表明,最大爬坡角度为25°,最大过沟宽度为400 mm,最大跨越垂直障碍物高度为200 mm,仿真试验验证了底盘在行驶过程中的可行性,为进一步优化丘陵山区农业机械底盘结构提供了参考。

山地小型折腰乘坐式耕作机设计与试验

针对丘陵地区种植地块小、分布广、作业坡度大等复杂作业环境,以及丘陵地区农户购买能力偏低问题,设计制造了一种可挂接多种农具,实现一机多用的山地小型折腰乘坐式旋耕机。对整机结构、工作原理进行了设计和理论分析,通过Solidworks软件建立乘坐式耕作机模型,并借助Adams多体动力学仿真软件对机器的使用性能进行了动力学仿真。由田间试验结果可知:最大越障高度为120 mm,最小转弯半径为1 106 mm,满足丘陵地区旋耕作业工作要求。

钒含量对磁控溅射TiAlVN薄膜性能的影响

采用磁控溅射法在不同V靶功率下制得一系列不同V含量的TiAlVN膜。通过能谱分析、X射线衍射、硬度测量和高温退火研究了V原子分数对Ti Al VN膜成分、晶相结构、硬度和抗高温氧化性能的影响。结果表明,不同V含量的TiAlVN膜均为面心立方结构,呈TiN(111)面择优取向。随V原子分数的增大,TiAlVN膜的硬度增大,抗高温氧化性能变差。当V原子分数为16.96%(即磁控溅射的V靶功率为60 W)时,TiAlVN膜的硬度最高(为31.67 GPa),抗高温氧化性能较好。

多机器人在网格环境约束下的运动策略

针对多智能体在网格环境下的寻路与避障规划问题,提出一种分布式、基于深度强化学习的多机器人避障导航方法。该方法基于最近策略优化算法(PPO)用于离散决策下的改进方法进行训练得到的策略模型,该模型通过每个智能体自身的前序多帧仿真激光雷达距离信息,生成符合预设规范的动作,实现多机器人系统在不同环境中的寻路避障。该模型在训练过程中通过引入密度奖励、距离奖励以及步长惩罚,提高了智能体在场景当中的避障寻路能力,减轻了拥塞、死锁等问题的发生,减少了无效路径生成。实验部分在仿真环境中对模型在随机场景、复杂交互场景、障碍场景多个场景进行实验,证明了该模型相比于集中式规划方法大大降低了规划时间,提高了泛化性和稳定性。通过与其他分布式方法相比,证明了所提到的密度、距离奖励设置对智能体安全快速完成任务具有良好作用,在规划效果上减小了与集中式规划方式的差距。

基于激光雷达与IMU融合的农业机器人定位方法

[目的/意义]精准可靠的定位技术是智能农业机器人开展自主导航作业的重要前提,而常用的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)定位方法在农业环境中容易受到树木遮挡、电磁干扰等因素影响,因而,提出一种基于三维激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)与惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)信息融合的农业机器人定位方法。[方法]首先,利用基于角度的聚类方法对激光雷达点云数据进行信息处理,并与三维正态分布变换(3D Normal Distribution Transform,3D-NDT)定位算法相结合,在先验点云地图信息基础上实现基于激光雷达的实时定位;其次,为了克服单传感器定位方法的局限性,利用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法对激光雷达定位信息与IMU里程计信息进行融合,进一步提升农业机器人的定位精度。最后,分别在机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)的Gazebo仿真环境中,以及真实作业场景中进行实验,验证提出的定位算法的有效性。[结果和讨论]融合定位方法在仿真环境中的纵向和横向平均定位误差分别为1.7和1.8 cm,而在实验中的纵向和横向平均定位误差分别为3.3和3.3 cm,均小于传统3D-NDT定位算法的定位误差。[结论]提出的融合定位方法能够满足农业机器人在弱GNSS环境下自主作业的定位要求,为农业机器人提供了一种新的定位方法。

麻栎和栓皮栎种质资源苗期形态测定

本试验以麻栎和栓皮栎为材料,采用单因素方差分析方法对麻栎和栓皮栎苗期形态及麻栎和栓皮栎种子的千粒重、表型特征数据进行分析比较。结果表明:不同种源的麻栎和栓皮栎苗期生长性状存在显著差异,存在较大变异系数,为筛选麻栎和栓皮栎优良种质资源提供数据参考。同一种源的种子,千粒重和表型特征上存在差异,为进一步保护和开发利用麻栎和栓皮栎种质资源奠定了基础。

基于改进鲸鱼优化算法的丘陵山区田块全覆作业路径规划

为了解决丘陵山区单田块作业全覆盖路径规划以及多田块作业最优遍历顺序求解的问题,提升丘陵山区农业机械的作业质量和能耗效率,该研究设计了一种基于改进鲸鱼优化算法的路径规划方法。首先利用电子地图获取作业区域的数字高程模型(digital elevation model,DEM)并提取作业区域经纬度信息,基于提取数据构建和绘制田块模型。然后,在单田块全覆盖路径规划中引入能耗模型用于寻找最佳作业方向角,以实现单田块作业能耗最优的全覆盖路径规划。最后,针对鲸鱼优化算法容易陷入局部最优和早熟的问题,利用Tent映射进行种群初始化,同时引入非线性收敛因子a*和路径长度最优为目标进行作业路径规划仿真试验。仿真结果表明,按照能耗最优规划路径完成田块作业需要的总能耗为1.3002×10^(7)J,比路径长度最优情况下的作业能耗减少22.26%,利用改进鲸鱼优化算法求解的遍历顺序进行遍历所消耗的能耗比鲸鱼优化算法求解遍历顺序进行遍历节省能耗11.71%,节能效果明显。