跨行自走式除草机器人设计及仿真分析——基于EDEM

杂草去除是农业生产中不可避免的问题,因此设计了一种跨行自走式除草机器人,能够同时实现行间和株间除草,且行间除草的同时能够起到深松土壤的作用。通过曲柄摇杆机构实现除草刀的摆动,来避开农作物。利用EDEM软件对固定除草深度和速度下不同入土角度的除草过程进行仿真分析,结果表明:相同除草深度和速度下,除草刀具受力随着入土角度的增大而先减小后增大;行间除草刀具选取45°入土角为最优工作参数,株间除草刀具选取60°入土角为最优工作参数;通过仿真计算土壤蓬松度和土壤扰动系数,得到的结果是土壤蓬松度在10%~40%之间、土壤扰动系数大于50%,符合松土壤扰动效果的评价指标。

仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下自航性能研究

针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其机动性为目的进行研究。选用合适的螺旋桨,基于粘性流体理论,利用计算流体软件Fine/Marine开展螺旋桨敞水性能计算,将滑移网格法与多计算域法有效结合,研究仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下的自航性能进行研究,对其直航运动;预报加速到定常运动的整个过程。为仿蟹滑翔机器人设计提供理论依据。

全自走牛舍清洁机器人的设计

为了提高规模化牛舍的清洁工作效率,减轻工作人员劳动强度,改善饲养动物的福利状况,研制了远程控制自走式智能清洁机器人。该机器人适用于各种漏缝地板,主要通过超声波测距和陀螺仪定位方法精确检测推进的距离和方向,控制系统依据处理结果发出信号,控制机器人按规划路径实现智能避障等动作。它具有运行平稳、静音安全、牛舍中无人化全天候工作、自动充电充水等功能,是现代化养殖场清理粪污装备的发展趋势。

机器鱼自主游动中变形体耦合动力学的数值研究

为机器鱼的自主巡游、机动转弯和'加速—滑行'游动的动力学特性研究做准备,结合样机试验数据来证明所选驱动方式的优越性,提出一种新的求解机器鱼自主游动动力学的数值算法。认为鱼体质心在绝对系下的运动是由流体外力与自身主动变形共同作用的结果;运用离散化方法推导出新的鱼体域的控制方程,从而提出新的算法。给定鱼体系下机器鱼的主动变形方程,通过耦合求解鱼体域、流体域的控制方程,得到机器鱼的运动过程中的运动学和动力学参数。通过自主游动算例验证了所提数值算法的正确性。

自行走式地下掘进机器人姿态测量系统的设计

针对当前自行走式地下掘进机器人姿态测量方法只能应用于静态测量的不足,提出一种可实时动态测量机器人行进过程中姿态的新方法。该系统的核心是两个激光发射器和多个激光接收器。发射器发射三束带有一定特征信息的激光,包括一束选通光和两束扇形光。接收器接收到光束后,利用光束之间的几何关系、发射器的旋转速度和光束被接收的时间差来计算接收器相对于两发射器所在水平面的水平角和俯仰角,通过前方交会原理确定接收器即目标点的空间坐标。根据系统的测量原理建立测量模型,进行误差分析,建立误差模型,并对其进行仿真,与惯性导航测量误差进行比较。仿真结果表明该方法测量精度满足机器人位姿的测量要求。

全路面多用途自走式电源车研制

针对自走式电源车的市场急需和现有移动电站电源电压和电流负荷特性不能满足使用要求、发动机利用率低、绝大多数不能自走、功能单一、适应使用地域较小等诸多问题,在现有自走式移动车辆底盘的基础上,运用现代设计理论与方法,借助ANSYS、ADAMS和Matlab计算机分析处理软件,优化匹配发动机和传动系,研制发动机电子调速系统,合理配置橡胶履带行走机构,装备多种施工现场辅助装置,开发制造100kW系列高稳定全路面多用途自走式电源车。并对整车的动力性和经济性进行了模拟仿真与优化,明显提高电源的负荷稳定性、电源车的通过适应性和利用率,扩大适用区域,样车经国家有关质检机构试验鉴定,各项指标均达到或超过国标规定要求,现已稳定批量生产并得到用户好评。

自行走地下掘进机器人导向系统的测量方法

针对目前自行走掘进机器人姿态测量设备只能依靠人工操作,无法连续、实时动态测量的缺点,基于三点法姿态测量,提出了一种多目标点的自动测量方法.该方法采用激光发射模块与接收模块,利用前方交会原理,通过测量多点坐标完成机器人的姿态测量;介绍了测量装置的总体架构和硬件设计方案,并对测量误差进行了分析;同时采用卡尔曼滤波算法对测量坐标进行预测补偿,提高了测量精度.仿真结果表明:这种测量装置可以提高系统的实时性,且数据处理方法对系统噪声和量测噪声有抑制作用.

激光测距无损检测机器人运动控制研究

为了提高无损检测机器人行走的直线度,针对移动机器人系统,研究了激光测距的位置反馈方法,开发了基于微控制器STM32芯片的控制器,完成了边缘传感器信号、光电码盘信号、激光测距信号的接收与处理;设计了系统的软件结构,探讨了移动机器人系统的建模与仿真,详细分析了永磁同步电机的数学模型和移动机器人的运动学模型,在此基础上,以移动机器人的侧移与偏移角度为指标,设计PID控制器的参数,进行PID控制算法的仿真;经过仿真分析,研究扰动对于系统各部分新能的影响,验证了控制算法的合理性与有效性。

新型自走式农林机器人的结构分析

本文介绍一种新型农林机器人产品——新型自走式割灌机。该机器人由行走部分、割灌部分、驾驶台及排障部分四个关键部分组成,可以锯切加工直径范围在10～80mm的灌木。文中对其行走部分和驾驶台进行了系统的介绍和分析,并对其核心部件进行了参数设计。

新型无缆管道机器人关键技术的研究

油气管道健康监测中管道机器人的研发是特种机器人领域中的热点,提出了管道机器人工程实用化中几个关键技术壁垒及这几个关键问题的解决措施。机器人移动牵引机构采用电机驱动丝杠旋转,丝杠上滑架(丝杠螺母)前移,两组支撑腿臂蠕动前行方式;整个机器人系统能量供给方面采用流体推动桨叶发电,对承载的锂电池组充电以实现机器人自推进;机器人通信方面采用管道内光纤传输视频图像和数据,管道外以无线方式与上位机监控设备双向无缆通信;整个机器人系统方案的可行性在模拟环境中得到了验证。

智能拍摄技术在演播室的应用研究

智能拍摄技术在演播室的应用越来越广泛,本文主要研究演播室机器人摄像系统及演播室集控系统,分析了两种技术在演播室中的应用。

机器鱼多鳍协同推进加速——滑行行为数值模拟

针对仿生机器鱼的自主推进问题,基于计算流体力学(CFD),实现了含有分离式的3自由度胸鳍与柔性尾鳍仿生机器鱼的自主推进数值模拟,并且分析了其在静水中直游的水动力性能与游动机理。该仿生机器鱼通过柔性波动的尾鳍与一对刚性摆动的胸鳍协同作用,使鱼体在流场中直线游动,其中胸鳍通过重新刻画的摆动曲线运动,尾鳍采用特定运动规律波动。分析不同占空比下机器鱼自主推进过程中的鱼体游动性能、水动力性能、流场的速度矢量、压力云图与三维涡结构。结果表明:胸尾鳍在推进过程中周期性的产生射流与漩涡共同推动了机器鱼的自主游动;胸尾鳍两侧在摆动时都伴随着较大压差,高压涡向后脱落为前进方向提供推力;推进过程中流场周围产生了较为复杂的涡结构,其中胸鳍产生的涡逐渐脱落,融合到尾鳍尾涡中,加强了推力;占空比越小,推力系数的峰值越大,推进效果越好,但功率消耗也增大。

复杂地质条件矿用自行走式掘进机器人自适应避障研究

针对因复杂地质环境障碍物较多,导致避障难度大的问题,以矿用自行走式掘进机器人为研究对象,提出基于人工势场的机器人自适应避障方法。以最快前进速度和目标方向统一保持度作为映射条件建立目标函数。利用蚁群算法获取掘进机器人与目标位置的最短距离。将复杂地质环境中的障碍物看作一个质点,并确定质点影响范围。计算质点坐标并查找距离其最近的目标点,添加子目标,使机器人到达质点影响范围内时快速以子目标为前进方向,实现自适应避障。实验结果表明,所提方法在复杂地质环境中的避障精准度较高、效果表现较佳。

仿生机器鱼自主游动的数值计算方法与机理

基于计算流体力学(CFD)方法建立了鱼体-流体耦合的三自由度(3-DoF)自主游动计算模型,对仿生金枪鱼模型从静止开始到稳定巡游的过程进行了模拟.计算结果表明:在巡游阶段前进速度的周期平均值非零,而侧向速度和艏摇角速度的周期平均值为零.鱼体前部始终产生阻力,鱼体后部在巡游阶段能够产生少量的推力,而尾鳍始终产生较大的推力.鱼体表面压力分布表明在尾鳍前缘的左右两侧,周期性地交替出现高压和低压区是尾鳍产生较大推力的原因.在加速阶段尾鳍的脱落涡强度大,一个周期脱落的两个涡相互挤压在一起;在巡游阶段鱼体产生的涡和尾鳍产生的涡融合在一起脱落到尾流中,形成反卡门涡街,使得尾鳍有效地吸收鱼体产生的涡中的能量,减少功率消耗.

尾鳍柔性变形对仿生机器鱼自主游动性能影响的研究

基于计算流体力学方法,数值模拟仿生机器鱼3自由度自主游动,比较刚性尾鳍和柔性变形尾鳍的推力、鱼体游动功率消耗和尾鳍前缘处的涡结构。计算结果表明,在相同运动参数下,柔性尾鳍能使机器鱼在加速阶段游得更快,而刚性尾鳍使机器鱼在巡游阶段游得更快;尾鳍柔性变形能降低巡游阶段机器鱼的侧向速度和首摇角速度的波动幅值,有利于航向稳定。游动速度对柔性尾鳍的推力有明显的负面影响,而对刚性尾鳍的推力影响不大。刚性尾鳍适用于机器鱼在较小的尾鳍侧向平移幅值下巡游,而柔性尾鳍适用于机器鱼在较大的侧向平移幅值下巡游。尾鳍的柔性变形会延迟前缘涡的产生和脱落,导致尾鳍在一个游动周期中的某个时间段形成阻力,不利于机器鱼高速巡游。