基于语义分割和融合算法的草坪杂草定位

【目的】探究基于多算法融合的草坪杂草精准定位算法,为草坪杂草的自动识别和清除机器人的除草作业提供技术支撑与理论依据。【方法】提出了一种基于语义分割的多算法融合的草坪定位算法。首先,通过PSPNet网络分割草坪和非草坪轮廓。其次,针对分割出来的非草坪轮廓提取感兴趣的区域,去除非杂草轮廓,保留杂草轮廓。然后,利用Zhang-Suen细化算法提取杂草轮廓骨架线,并获取骨架交叉点数量和坐标位置。最后,利用融合算法依据交叉点数量选择不同的定位策略,实现杂草根部的精准定位。【结果】融合算法定位的杂草坐标与真实杂草根部中心坐标的均方根误差为83.17像素,相比平均质心法减少了14%,相比最小外接圆减少了22%。换算到实际场景之下,融合算法定位的杂草坐标与真实杂草根部中心坐标的均方根误差为12.48 mm,误差在可接受的误差范围内。融合算法提高了杂草根部中心的定位精度,降低了杂草定位的误差。【结论】基于语义分割和融合算法的草坪杂草定位方法提高了杂草根部中心的定位精度,降低了单一方法的定位误差,可以为草坪杂草自动识别和除草作业提供技术支持。

高填充油茶果壳基木塑复合材料的制备及力学性能

以油茶果壳和不同塑料即聚丙烯、高密度聚乙烯(PE-HD)、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯为原料,采用模压成型的方法制备了高填充油茶果壳基木塑复合材料,利用电子万能试验机和悬臂梁冲击试验机测试其力学性能。通过单因素试验分析塑料种类对复合材料力学性能的影响,确定较优塑料种类后进一步优化制备参数。以壳粉含量、增容剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)含量、热压温度、热压时间为设计因素,以弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度、冲击强度为力学性能优化目标,设计L_(9)(3^(4))正交试验,研究了高填充油茶果壳基木塑复合材料的制备工艺,利用极差分析和方差分析得到了较优配方和工艺参数组合。研究表明:当添加塑料为PE-HD时,复合材料的弯曲强度最大为34.40 MPa,拉伸强度最大为18.20 MPa,力学性能较优;壳粉含量为65%时,添加7%MAPE的复合材料强度较好,弯曲强度最大为33.66 MPa;优化制备参数组合为壳粉含量55%,MAPE含量5%,热压温度160℃,热压时间10 min。

草坪维护机器人设计与运动控制试验

针对城市内的小型复杂草坪环境,提升草坪维护工作的全面化及智能化水平,提出一种草坪维护机器人,设计其整体控制系统与平台结构,并采用模块化的方式实现草坪维护的功能。该平台采用后两轮差速式四轮底盘结构,具有更好的行驶灵活性。为实现机器人平台的精确控制,使其按照预期设定的指令行进,在对运动模型进行运动学分析的基础上,采用增量式PID控制算法实现速度闭环控制。对机器人平台设置直线行驶与旋转角度测试,测试结果显示机器人采用速度闭环控制方式在0.5 m/s的速度下直行3 m产生的平均竖直与水平误差均小于3 cm,在0.5 rad/s的旋转角速度下旋转45°、90°、180°角度平均误差均小于2°,验证了增量式PID控制算法的可行性。根据测试结果选定草坪维护机器人的具体行驶参数,为后续实现草坪的全自动维护工作提供了技术支持。

气力式板栗采收装备悬浮速度的测定及影响规律

【目的】研究形状系数、含水率以及粒径对板栗悬浮速度的影响规律并建立不同粒径下板栗悬浮速度预测模型。【方法】以河北省唐山市迁西县的燕山早丰板栗为研究对象,通过自制悬浮速度试验台测量板栗的悬浮速度,并选取含水率、粒径、形状系数为影响因子,以悬浮速度为目标值,运用Origin软件进行单因素试验分析,建立不同粒径下板栗的悬浮速度预测模型,探究各参数与悬浮速度之间的变化规律。【结果】单因素试验中,粒径、含水率与悬浮速度呈现正相关,而形状系数与悬浮速度呈现负相关。不同粒径下板栗悬浮速度的变化范围为9.39 m/s~24.37 m/s;不同含水率下板栗悬浮速度的变化范围为12.78 m/s~23.12 m/s;不同形状系数下板栗悬浮速度的变化范围为9.18 m/s~24.84 m/s。【结论】本研究设计的板栗悬浮速度预测模型可以计算出板栗的最佳收获时期,降低设计气力输送装置时风机的功耗,提高板栗采收的效率,并为板栗气力输送、清选以及分级等机械设备的设计研究提供参考。

以工程教育专业认证为导向的“工程图学A”课程教学改革探索——以北京林业大学为例

针对“工程图学A”课程教学存在的教学目标与机械设计制造及其自动化专业工程教育认证标准不匹配等问题,以工程教育认证为导向,从课程教学目标、教学内容和评价体系等方面展开探索。提出了具体的改革措施,形成了保障课程教学质量的“评价-分析-改进-再评价”模型闭环路径。以2017级、2018级和2019级学生的课程考核结果为基础,对“工程图学A”课程教学质量和改革成效进行了对比分析。结果显示,首次改革后,2018级较2017级的“工程图学A”课程教学目标2、3、4的达成度分别提高了1.49%、2.35%和3.66%;经过持续改革,2019级的课程教学目标整体达成度均在0.71以上,较2018级最低达成度提升了5.97%,尤其课程教学目标1和2的达成度较2018级分别提升了11.39%和11.76%。以工程教育认证为导向的课程持续改革后,学生对机械产品工程图表达、工程图阅读、平面绘图以及三维设计等方面的能力均有显著提高。

青草制辫成型装置设计与试验

为满足青藏高原等牧区青草制辫机械化需求,参考赛络纺的工作原理,设计了一种青草制辫成型装置,实现草辫的加捻和合股。通过力学分析,得知青草制辫成型与草辫轴向移动速度、加捻滚筒旋转速度、加捻滚筒半径以及喂入量有关,并分析出稳定草辫的最终捻度和捻回角,与加捻滚筒转速及牵引辊线速度有关,与加捻时间和加捻区的长度无关。结合实际,提出将草辫承受的最大拉力作为评价草辫紧实度考核指标的一种方法,并对草辫进行了受力分析,得出草辫所能承受的最大拉力与捻回角成正相关。样机试验结果表明,成型机生产率为427 kg/h,工作功率为0.428 k W,成型草辫堆积密度为143.3 kg/m^3,成型草辫所能承受的最大拉力为300~350 N,试验结果满足实际作业要求。

香玲核桃青皮破裂力学特性试验研究

为了给青核桃脱皮装备的设计提供理论依据并完善脱皮工艺,对香玲青核桃的几何特征进行测定,并利用微机控制电子万能试验机对其进行不同条件下的单因素力学特性试验。以青皮破裂力和破裂功耗为评价指标,分析了加载方向、加载速率、青核桃外形尺寸、刀片划割处理、阴凉放置处理及青皮含水率对青皮破裂的影响,并拟合了青核桃受压过程中压力随位移的变化曲线。结果表明:香玲青核桃平均球度为0.94,不同部位处青皮厚度不同,青核桃可以简化成非均匀外壳的球体;青皮受压破裂时裂纹只有1条且沿挤压方向延伸出现;青皮破裂受加载方向和外形尺寸的影响,沿纵径方向挤压时青皮更易破裂,青核桃尺寸等级越大,青皮越不易破裂;加载速率对青皮破裂力和破裂功耗的影响不显著;通过烘干降低青皮含水率会影响青皮破裂力和破裂功耗的大小;将青核桃在室内阴凉放置60 h或使用刀片划割后进行加载,青皮更易破裂。因此,为了更好地脱青皮,可以采取对青皮核桃进行分级、刀片划割青皮表面、阴凉放置等措施。

面向铣削任务的工业机器人刚度位姿优化

为提高机器人刚度性能,减小铣削加工误差,对搭载铣削执行器的6自由度机器人进行刚度优化.首先,运用虚功原理建立机器人刚度映射模型;其次,设计辨识实验获取关节刚度;再次,以铣削力椭圆平面的各向同性度为优化指标,运用遗传算法对机器人优化位姿进行求解;最后,对比分析机器人位姿优化前后的整体刚度,并进行机器人铣削试验验证位姿优化的有效性,铣削平面度可提升45%.该优化方法可指导串联型工业机器人对大型航天器舱体的铣削加工任务,提高加工质量.