改进RRT算法的采摘机械臂路径规划

针对采用传统的快速随机扩展树(RRT)算法的采摘机械臂在果园工作环境中搜索路径时间长,最终路径不平滑、拐点多等问题,提出了一种改进的RRT避障算法。改进的算法采用高斯采样策略,减少了采样的随机性,避免产生更多不必要的随机树,增加规划的导向性;再添加A*代价函数去除路径的冗余点,最后使用贪婪算法简化路径,减少拐点,让机械臂可以快速、准确、平稳地沿着最佳路径运动到目标点。仿真表明,改进后的算法有效地减少了路径规划的时间,缩短了路径长度,具有良好的可行性和有效性。

不同机械压实条件下黑土性质及入渗特征变化研究

为探究不同机械压实条件对黑土土壤性质入渗特征的影响,以克山县典型黑土为研究对象,设置3种不同型号机械(华夏HX2104-C:154 kW、约翰迪尔554:40 kW、中国海山:19 kW)和不同压实次数(0,1,3,5,7,9次)对秋收后大豆耕地垄沟开展模拟压实,通过测定土壤容重、含水率、孔隙及土壤入渗特征,分析不同机械压实条件对土壤物理性质及土壤入渗特征的影响。结果表明:在0~10 cm土层,大型、中型、小型机械压实后土壤容重分别增加54.17%、56.25%、46.88%;总孔隙度分别减小31.58%、28.07%、29.82%;含水率分别下降19.35%、16.13%、9.68%。首次压实对土壤性质的影响最显著,容重均增加32.29%以上,土壤总孔隙度均减小15.8%以上,只有大型机械使土壤含水率显著减小9.6%。随压实次数增加,各机械压实后10~20 cm土层土壤容重从1.25 g·cm^(-3)增加至1.58 g·cm^(-3),总孔隙度从52.16%减小至38.22%,土壤含水率从27.33%下降至20.67%,其中,大型机械在首次压实使容重及孔隙特征产生显著影响,而中型及小型机械对土壤物理性质的影响主要依靠压实次数的增加对土壤起到压实的累积作用。首次压实,中型及小型机械使2 h累计入渗量分别减少87.16%、50.81%,初渗速率分别减少87.59%、70.93%,中型机械使稳渗速率显著减少92.90%;3次压实,大型机械使2 h累计入渗量、初渗速率分别显著减小73.29%、75.67%,大型及小型机械使稳渗速率分别显著减少74.07%、66.97%;至5次压实后土壤各入渗特征无显著差异。0~20 cm土层土壤容重及土壤孔隙特征均影响机械压实土壤入渗特征,其中,0~10 cm土层土壤容重是影响综合土壤入渗特征的主导因素。

基于RRT^(*)-DR算法的机械臂避障路径规划

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后利用动态区域采样方法,始终在当前最优路径的周边范围内采样,优先密化当前最优路径附近的节点树,节省计算资源,使初始路径经过迭代快速向渐进最优路径收敛。同时,提出一种近障碍节点变步长机制,有选择性地缩短靠近障碍节点的扩展步长,可有效减少碰撞检测失败次数,提高算法效率。最后,在MATLAB和ROS系统下进行路径规划算法仿真,结果表明RRT^(*)-DR算法可在更短时间内实现路径规划,同时有效缩小路径代价。进一步通过实体机器人路径规划避障实验,验证了该算法的实用性和有效性。

布地奈德雾化吸入配合无创机械通气治疗老年慢性阻塞性肺疾病并发呼吸衰竭的疗效研究

目的 探究布地奈德雾化吸入配合无创机械通气治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)并发呼吸衰竭的老年患者的临床效果。方法 选取2022年2月至2023年2月首都医科大学附属北京友谊医院收治的82例COPD并发呼吸衰竭的老年患者82例,采用随机数字表法分为对照组和观察组,每组41例。对照组接受无创机械通气治疗,观察组在对照组治疗的基础上给予布地奈德(2 mg/次,2次/d)雾化吸入治疗,两组患者均治疗1周。比较两组治疗前后的肺功能、血气指标、生命体征指标、临床症状评分及血清低氧诱导因子-1α、血清淀粉样蛋白A水平,并比较两组治疗后的临床疗效。结果 治疗1周后,两组患者的肺功能指标(用力肺活量、第1秒用力呼气容积、第1秒用力呼气容积与用力肺活量的比值、呼气峰值流速占正常预计值的百分比和6分钟步行试验距离)、动脉血氧分压、血氧饱和度、pH均高于治疗前,且观察组均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),而呼吸频率、心率、动脉血二氧化碳分压、血清低氧诱导因子-1α、血清淀粉样蛋白A水平和临床症状评分均低于治疗前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组临床总有效率为85.37%,明显高于对照组的73.17%,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论 布地奈德雾化吸入配合无创机械通气治疗可有效提高COPD并发呼吸衰竭老年患者的肺功能,改善动脉血气、生命体征和临床症状,减轻机体的氧化应激和炎症反应,值得临床使用。

Solidworks应用于《机械设计课程设计》课程教学

在《机械设计课程设计》课程教学中引入计算机辅助设计软件Solidworks作为辅助教学手段,通过该软件特有的运动仿真功能,建立闭式齿轮传动、锥齿轮传动、开式齿轮传动、链轮绞盘机构的虚拟模型,装配各传动机构,检查、优化设计方案,实现了传动装置的运动仿真,完成了该锚机系缆装置的模拟设计,锻炼了学生的软件使用技能,增强了学生对理论知识的深入理解和应用,激发了学生对机械课程深入学习的兴趣,提高了学生的机械设计水平,同时有助于培养学生工程实践和综合应用能力,达到了预期的教学效果。

苹果机械化采收发展历程、模式及其技术现状

经过近千年的进化发展,苹果伴随着品种及树形的改良,经历从自然熟落到人工采摘,从辅助工具、辅助收获平台、振动捡拾到智能机器人采收的发展历程及相应的不同的机械化作业模式。介绍苹果机械化采收的发展历程及技术现状、不同收获模式下所使用的机具设备以及不同收获模式所应用的场景与条件,为我国苹果主产区因地制宜地选择适合当地苹果收获作业模式提供借鉴。如人工或机器人采摘适用于苹果鲜售市场,非选择性振动捡拾收获方式适用于苹果的二次加工领域;而为提高机器人的作业效率,需要对苹果树的树形进行结构简化改良,需要考虑农机与栽培农艺的结合。

基于农产品进出口贸易视角的农业机械化发展研究

为推进全程全面绿色高效农业机械化发展,基于农产品进出口贸易的视角分析农业机械化存在的短板弱项问题。目前我国农业存在贸易逆差逐年增加、主要农产品贸易逆差扩大、劳动密集型农产品比较优势逐渐消失、主要农产品自给率较低等发展现状。在农业机械化方面,小农经济及二元经济结构现状制约着适度规模经营的发展进度,农业规模化种植的生产效益还未充分体现;全程全面高质高量农业机械还不充分;全程农业机械化种植农艺技术推广应用还需加强。农业机械化发展应立足于保障粮食安全与提高农业经营主体经济效益的基本定位,关键在于提高农产品生产效率,改善农产品质量,提高农产品国际竞争力。基于上述分析,提出推进适度规模经营、推动短板弱项农业装备创新发展、优化农业机械化支持政策、推进先进适用农艺技术推广应用、强化农产品初加工装备研发及推广等发展建议。

胃肠超声监测胃残余量在神经重症机械通气患者营养治疗中的应用

目的探讨胃肠超声监测胃残余量(GRV)在神经重症机械通气患者营养治疗中的应用价值。方法选择2021年1月至2022年12月于安徽省亳州市人民医院行机械通气的92例重症监护病房脑卒中合并呼吸衰竭患者,根据随机数字表法将其分为对照组和观察组,每组46例。对照组采用胃管回抽法监测GRV,根据GRV监测结果予以营养治疗,观察组予以胃肠超声监测GRV,根据GRV监测结果行营养治疗。观察两组反流、误吸、肠内营养不耐受发生情况,比较其喂养中断率、达目标喂养时间及营养指标变化。结果观察组反流率、肠内营养不耐受发生率、喂养中断率低于对照组,达目标喂养时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。干预3 d后,两组血清前清蛋白、白蛋白水平均高于干预前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论胃肠超声监测GRV能够改善脑卒中合并呼吸衰竭机械通气患者肠内营养耐受性,降低喂养中断率,早期达到目标喂养量,改善患者营养状况。

采摘机器人机械手避障方法研究——基于遗传优化和模糊PID控制器

为了提高采摘机器人机械手移动的自动化程度,使其在移动过程中有效避开障碍物,将基于PID控制器的避障系统引入到了机械手的设计上,并采用遗传算法和模糊算法对控制器进行了优化,提高了机械手移动的准确性和平稳性。模拟采摘机器人机械手的作业环境,对机械手的避障功能进行了测试,结果表明:机械手可以成功躲避障碍物,且采用遗传和模糊算法优化的机械手具有更高的移动平稳性,对于提高果实采摘效率和质量具有重要的作用。

“产、学、研、品、用”融合教学模式探索 --以西安工业大学卓越机械工程师班为例

该文针对机械类卓越工程创新人才解决复杂工程问题能力培养的现状,进行机械类卓越工程师班专业课程“产、学、研、品、用”融合协同教学模式探索研究并提出改进措施。从教学理念、教学资源、教学方法和评价机制等几个方面进行改革。构建以“能力导向式培养”和“品商”素养为核心的机械类卓越工程师班专业课程教学模式和考核制度,进而提升卓越工程创新人才的解决复杂工程问题能力和综合素养。

新工科理念下学科交叉机械电子工程人才培养模式探索

围绕新时代国家科技发展对复合型人才的需求,基于拥有的学科资源和学科特色,文中提出了新工科理念下的机械化、信息化和智能化三化融合的学科交叉人才培养体系,详细介绍了“三化融合”的人才培养目标及人才培养模式。实践证明,“三化融合”的机械电子工程专业教学创新人才培养模式可以有效提升复合型人才培养的质量。

位姿约束下的双向扩展机械臂路径规划方法

针对机械臂路径规划方法存在的规划效率低、连杆通过性差、路径粗糙等问题,以渐进最优快速随机搜索树RRT*为基础,提出一种位姿约束下的双向扩展机械臂路径规划方法(PCO-BT-RRT*)。首先,设计目标偏置引导的双向扩展RRT*算法(BT-RRT*),改进了RRT*算法的初始化过程,将起始点和目标点分别作为两棵随机树的初始节点,并通过目标偏置策略引导其以一定概率相向生长,加快探索未知区域,在保证路径代价较低的同时提升路径生成速度。其次,提出一种位姿约束路径优化策略(PCO),采用机械臂运动学模型和碰撞检测规则共同约束新节点扩展过程,寻找机械臂可达空间内的避障路径;对生成路径剪枝剔冗,缩短可行路径长度,同时对消冗节点以迭代调整的方式进行平滑优化,提高路径生成质量。通过仿真实验分析,验证了所提方法在路径规划问题上的显著性成效;在自主研发的BIM信息融合下建筑砌筑系统进行真机避障测试,验证了该方法的实用性。

工程教育专业认证指导下《食品机械与设备》课程思政体系建设

工程教育专业认证是培养新时代工程人才的重要举措,其教育理念与专业课“课程思政”目标不谋而合。本文在我校食品科学与工程专业工程认证的背景下,结合《食品机械与设备》的课程特点,挖掘了该课程的思政元素,基于学习产出的教育模式(Outcomes-based Education,OBE)理念分析了课程目标与课程思政之间的关系,并探讨了课程思政与工程认证体系的融合策略,制定了一套基于OBE理念的课程思政目标评价和持续改进方案,为进一步提升我校专业课“课程思政”水平、落实立德树人根本任务提供依据和支撑。

机械性骨骼肌损伤实验动物模型的造模方法和特点

骨骼肌是人体中最丰富的组织,经常受到各种类型的损伤。机械性损伤是最常见的骨骼肌损伤类型,通常分为3类:挫伤、拉伤和撕裂伤。损伤模型是骨骼肌损伤发病机制实验研究的基础,不同的实验研究,动物模型的制造方法不同。所以,在为实验选择最合适的造模方式时,必须考虑一些具体的特征。挫伤模型主要是为了研究挫伤和肌肉再生的机制;拉伤模型可以使用不同的形式来复制损伤过程,其中离心收缩是最常用的方法;撕裂伤模型主要用于评估肌肉纤维化和它的治疗方式,并且比其他损伤过程(挫伤和拉伤)更具可重复性。根据不同的损伤类型和研究目的,选择建立不同的动物模型是研究的基础。本综述的目的是分析和比较用于模拟人类机械性骨骼肌损伤的动物实验方法。

油菜高速机械离心式集排器设计与试验

针对传统油菜机械离心式集排器高速作业时供种及投种能力不足,导致排种量与作业速度不匹配、排种性能不稳定等问题,设计了一种被动式供种、“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔投种的油菜高速机械离心式集排器。构建了供种、投种过程中的力学模型,分析确定了影响排种性能的关键结构参数;利用EDEM离散元仿真开展了供种调节高度对供种速率调节量影响的试验,结果表明当供种调节高度为3~8 mm时,供种速率在64.95~357.54 g/min范围内可调;采用两因素三水平正交试验分析了限种套筒下摆高度及倾角对初始种量、临界转速及环状种层最大高度的影响。通过台架试验确定了较优限种套筒结构参数,结合高速摄影对比了5种型孔结构下动锥体转速与排种量关系,确定最优型孔结构为“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔。较优参数组合集排器排种性能验证试验结果表明:当转速为115~205 r/min时,排种速率为60.96~355.76 g/min,油菜各行排量一致性变异系数均低于5.2%,总排量稳定性变异系数均低于1.3%,破损率低于0.5%,满足作业速度6~12 km/h时的排种量要求。田间试验结果表明,当机组作业速度为7.89、11.98 km/h时,油菜各行植株均匀性变异系数低于11%,种植密度为43~58株/m^(2),满足油菜精量播种要求。

工业机械臂辅助机器视觉的工件识别与定位

传统的工业机器人系统由于缺乏感知判断能力,很难适应目标种类和位置的变化,而现代工业需要生产不同种类和规格的产品。为此,以多品种小批量生产的零件为背景提出了一种机械臂辅助机器视觉系统,该系统能够实现对工件的图像采集并进行预处理,通过改进的Canny轮廓的提取算法与基于Hausdorff距离的模版匹配完成对不同种类工件进行识别和定位。最后经实验的验证该系统的定位精度在0.35 mm内,基本满足了在实际生产中对小批量生产、不同形状且没有固定夹具的目标工件的抓取、搬运与检测等要求。

目标区域引导的RRT^(*)机械臂路径规划算法

针对传统RRT^(*)算法在机械臂路径规划的过程中存在规划效率低、路径质量不佳、机械臂位姿不当等问题,提出一种目标区域引导的RRT^(*)机械臂路径规划算法(TA-RRT^(*))。在传统RRT^(*)算法基础上,引入目标偏向策略并使用球形子集约束采样,缩小采样范围并使新节点朝向目标点扩展,增强目标导向性;对新节点采用直连策略,让算法可以更快地收敛从而提升路径生成速度。对初始规划路径去除冗余点并使用三次B样条曲线转换成平滑路径,优化了路径质量。对机械臂进行位姿约束,通过机械臂逆运动学判断机械臂连杆位姿可达性,并利用包络盒模型判断机械臂是否与障碍物碰撞。实验结果表明,在二维以及三维场景下,TA-RRT^(*)算法在采样次数、规划时间、路径长度以及平滑度等方面的性能均优于RRT^(*)算法,验证了该方法的正确性及可行性。机械臂仿真实验以及在真实环境下的测试结果显示,加入位姿约束后机械臂运行规划好的轨迹时,机械臂各个关节在运行规划路径的过程中并未与障碍物发生碰撞且具有良好的稳定性。

变频电流激励下GIS隔离开关机械缺陷的振动非线性行为及其辨识方法

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的关键因素之一,为此开展了变频电流激励模式下隔离开关底座松动缺陷的时频域振动图谱变化规律研究,进行了波形因子、重心频率等6个振动特征量的量化分析,采用灰狼算法优化的支持向量机研究提出了变频电流激励模式下GIS隔离开关底座松动缺陷严重程度辨识方法。结果表明:GIS隔离开关缺陷振动信号特征量与电流激励频率具有强相关性,与单一工频电流激励模式相比,变频电流激励具备更有效检测GIS设备机械缺陷的优势;基于126 kV真型GIS试验平台验证获得构建的隔离开关底座松动缺陷辨识模型的平均识别准确率达90%以上。该研究成果为揭示GIS设备的非线性机械振动特性及提升其机械缺陷检测水平提供了重要参考。

“三教”改革背景下高职“汽车机械基础”教学改革研究

【目的】提高“汽车机械基础”课程教学效果,培养学生的工程实践能力和职业素养。【方法】针对“汽车机械基础”课程存在涵盖知识面广,知识点零散;课程教学目标与企业对接不够深入,学生对新技术、新方法、新思路掌握不足;教学过程中的学生兴趣不是很高,课堂参与率低,学生解决问题的能力欠缺等问题,课题组开展“三教”改革背景下高职“汽车机械基础”课程教学改革。课程教学改革可以从三方面着手,即以学生为中心,以学习成果为导向,从教师、教材、教法三方面,依靠“学习通”平台,精准完成学情分析;改革教学模式、教学内容、教学方法、教学评价;开展第一课堂教学实施。【结果】通过改革,学生主体地位得到贯彻,学生积极性不断提高,课堂参与度将持续上升;学生的创造性得到尊重,能够提高机械设计能力、创新设计能力;学生的主体性得到强化,团队协作精神、工匠精神等获得了训练和提高。【结论】高职“汽车机械基础”教学改革模式对其他课程改革,有着十分可行的可复制性和广泛的应用前景。

机械振动课程教学改革与实践

工程实际中存在大量的振动问题,机械振动可为学生在专业课程学习和本科最后阶段的毕业设计提供非常重要的基础理论。针对机械振动课程综合性强、内容抽象的特点和实践环节薄弱、考核环节单一等问题,该文介绍为提升课堂质量,激发学生的学习兴趣和主动性,教学团队在课程资源优化、实验实践环节和考核评价方面进行的教学改革。实践证明相关教学和实验实践改革起到较好的效果,培养学生理论联系实际、工程实践创新和解决实际复杂工程振动问题的能力。