国内外多关节蛇形机器人的研究进展及关键技术

对多关节蛇形机器人的国内外研究进展进行了归纳与总结,并对未来研究进行了展望。首先简述了国内外知名研究者们对多关节蛇形机器人的研究现状,展示了当前多关节蛇形机器人的实验样机。其次比较了国内外不同的机器人驱动形式和解决的关键技术问题,分析了各自的优点与不足,并介绍了多关节蛇形机器人的运动控制技术。最后,对多关节蛇形机器人还需重点研究的方向给出了建议。综述表明,对多关节蛇形机器人的建模与运动控制技术仍需持续开展研究,特别需要关注复杂、多任务场景下的控制问题,以进一步提高多关节蛇形机器人的适应性和实用性。

莲蓬采摘末端执行器设计

针对目前人工收获莲蓬效率低,莲蓬机械化收获设备发展缓慢的问题,对莲蓬采摘末端执行器进行设计。为确定莲蓬茎秆的相关力学参数,以成熟期莲蓬茎秆作为试验材料,使用质构仪对莲蓬茎秆进行剪切力学特性试验。试验表明,剪切速度在500 mm/min以内时,剪切速度、茎秆直径对莲蓬茎秆剪切强度影响不显著。剪切位置对莲蓬茎秆剪切强度影响最大,剪切位置越靠近莲蓬,所需要的剪切力越小。成熟莲蓬的茎秆剪断所需的剪切力为10.29~132.17 N,剪切应力为0.20~2.71 MPa。由此确定莲蓬采摘末端执行器的最佳采摘范围及所需剪切力,并根据试验结果设计莲蓬采摘末端执行器。采摘试验表明,所设计的莲蓬夹持剪切装置的莲蓬剪切成功率为100%,但由于莲蓬从末端执行器滑落,导致整体采摘成功率为92%。

双指型农业机器人抓取球形果蔬的控制器设计

现阶段针对苹果、番茄这类球形果蔬设计的采摘机器人末端执行器大多采用相似的双指结构,但是这类采摘机器人的抓取控制方法均是一对一的研究,研发成本偏高且产品不具有通用性。阻抗控制是常用的柔顺控制方法,能够将果蔬的受力-形变等效为环境导纳模型,不同的果蔬对应不同的导纳模型,但是基本的阻抗控制框架是一致的。因此,本文分别选取偏软和偏硬的两种球形果实,通过压缩试验模拟抓取过程,得到果实受力及形变数据,并以此计算得到果实等效刚度。接着,使用BP神经网络分别对原始数据进行训练及验证,得到各层权值。然后在Simulink中建立环境导纳模型并根据不同的果实选择不同的权值,并完成阻抗控制系统的搭建。同时,根据环境导纳模型中的等效刚度估计值实现在线调整阻抗控制器刚度参数。最后通过Matlab进行仿真验证,结果表明改进后方法对于抓取苹果和番茄两种果实,期望力超调分别为2.2%和1.5%,位置控制器输出最终分别稳定在0.55 mm和4.02 mm范围内,可验证所提方法在理论上能够实现农业机器人的柔性抓取。

球罐型360°茶叶摇青机设计及实验验证

针对现有滚筒式摇青机工作过程中流场分布不均匀导致茶叶做青品质参次不齐的问题,设计了一种新型球罐型360°茶叶摇青机,并优化其热风输送管结构;采用计算流体动力学软件STAR-CCM+对摇青机球罐体流场进行数值模拟,并通过样机做青验证。结果表明:球罐型360°茶叶摇青机送风管加装导流板,球罐内部不同点的实测最高温度与最低温度偏差2K,气流分布均匀。在做青吹风时间、摇青时间、晾青时间和做青次数等工艺参数相同条件下,新型摇青机茶叶做青品质优于传统滚筒式摇青机。

游弋式小船水质监测控制系统的设计

随着现代科技的高速发展,产生了许多的水质环境问题,给社会造成了一定程度的经济损失。针对该问题设计了一款基于STM32单片机为主控的游弋式小船水质监测系统,该系统利用水质检测模块对水质进行数据采集,当水质的温度、浑浊度、溶解度、pH发生变化时,水质检测模块感应后将反馈不同的电压信号给主控STM32单片机进行A/D模数转换,得到相应的信息数据。再使用串口USART外设将水质信息发送给WIFI通讯模块从而传输给用户,同时用户也可以向系统发送不同指令,通过WIFI通讯模块将指令传输给本系统,以此来控制小船的运行轨迹和整体的系统运行。经过大量的测试,该系统能适应不同水质环境,并能有效的采集水质数据,在数据传输过程中能够保证水质数据的可靠性和稳定性。

智能无线感应充电小车的设计与实现

为解决智能小车充电过程中的电火花问题,以及伴随的安全隐患与漏电问题,设计了一款基于STC89C51单片机作为主控制系统的智能无线感应充电小车。该系统共分为三大结构构成,即电源控制系统、无线充电系统、智能小车系统。电源控制系统由单片机、时钟电路、LCD1602显示模块和继电器控制模块等组成;无线充电系统采用发射线圈与接收线圈作为传输设备,通过整流滤波电路进行电能的交直流转换传输至锂电池中;智能小车系统的构成由LM393电压比较器、光敏电阻和驱动电机。仿真和调试的结果表明实现了智能无线感应充电小车系统的运行。

蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。

网络信息化背景下电气控制系统设计课程混合式教学研究

网络信息化背景下,探索电气控制系统设计课程混合式教学模式,对高校机电一体化等专业的教育改革具有重要意义。文章充分分析了电气控制系统设计课程内容及其教学现状,针对当前的电气控制系统设计课程混合式教学模式,建立了包括前端分析、服务设计阶段、混合式教学实施阶段以及教学效果评价阶段四部分的教学模式,通过课堂教学环境、网络学习环境、混合式学习环境三方面实施网络信息化背景下的混合式教学模式,为完善电气控制系统设计课程教学体系提供理论依据。

基于图像处理的蟹塘水草图像导航线拟合方法

针对河蟹养殖中水草清理是以人工完成为主,存在费工费时、劳动效率低、成本高等问题,提出一种图像处理的蟹塘水草图像导航线拟合方法。首先通过采集水草RGB图像,并转换为HSV颜色空间,并选用H分量二值分割,对分割图像进行填充处理;其次根据水草图像面积差异,设定参数删除非目标区域,进行形态学运算,保留目标区域;再按列查找二值图像非零像素点的中点位置,得到水草图像形态特征曲线;最后根据查找的特征曲线,利用最小二乘法拟合出导航线。试验结果表明本文方法拟合导航线相对误差在0.498%以内,平均相对误差绝对值为0.247%,平均耗时为0.005 s。本文方法能够较好地满足水草图像导航线拟合的准确性和实时性,可为智能化水草清理作业船的研制奠定理论与技术基础。

滚动轴承轻量级深度故障诊断模型

针对现有基于振动信号的诊断模型泛化能力差,而深度学习网络对计算量和存储量要求高的问题,提出轻量级融合密集连接网络与残差神经网络的故障诊断模型.首先,利用格拉姆角场将原始时序信号映射为灰度图像,充分利用二维卷积神经网络的性能;然后,融合密集连接网络和残差神经网络的优点构建融合网络模型,并通过鬼影模块降低其性能消耗,形成轻量级和高识别率的深度网络.实验结果表明,该改进的融合深度学习模型在比传统模型具有更强的鲁棒性和适用性的同时,还拥有极低的浮点运算量与参数量资源占用,证明了该方法在滚动轴承故障诊断领域是有效的、可行的.

茶园环境监测物联网系统设计

随着气候环境的不断变化,实时监测茶园环境对掌握与研究武夷岩茶的生长极为重要。本系统设计以STM32单片机为核心控制器,控制器集成了光照强度检测、CO 2和TVOC浓度检测、空气温湿度检测、土壤湿度和土壤养分检测等功能于一体。主机通过LoRa模块与各个从机通信获取监测数据,并将获取的数据保存在本地的SD卡中,然后通过ESP8266将本地数据发送到云端实现手机软件实时接收各个从机的数据。该系统具备成本低、可靠性高,操作简单、功能灵活多样等优点。

颜色空间直方图相交法的竹条色差分类检测系统研究

针对竹制品加工过程中主要依靠人眼识别分类竹条颜色,存在劳动强度大、效率低和误差大等问题,设计一款通过MATLAB图像处理技术进行竹条色差分类检测系统。首先,对标准竹条与样本竹条进行颜色空间转换,通过中值滤波对竹条图像进行预处理并提取不同颜色分量;然后,在HSV颜色空间中提取竹条图像相关色彩特征数据,并得到HSV颜色空间中竹条各分量的颜色相交直方图,同时计算出相应的相似度值;通过比较其相似度值的大小,对竹条进行色差分类并使其与色差等级建立一定的关系;最后,根据对处理后的竹条图像进行色差分类检测试验。试验结果表明:颜色空间直方图相交法分类检测正确率高达92.22%,算法运行时间为536 ms;相比较夹角余弦相似法,平均识别正确率提高4.44%,而平均运行时间下降63.44%。

激光投影和四步移相法在微型元件测量中的应用与实现

采用微型激光投影技术产生干涉条纹,结合CCD传感器采集图像数据,通过整合四步相位移动测量方法,测量微小元件高度、面积和体积。针对不同的材质使用多波长激光干涉条纹,提高微小元件三维形貌测量的精度。通过Savitzky-Golay滤波器改善测量过程中的系统误差,对微小元件形貌测量可以达到微米级的分辨率。实验证明,激光投影和四步移相测量法在微型元件中平均测量误差可以达到±10μm,具有很高的实用价值。

疫情影响下应用型本科“数控加工及CAM”线上教学改革与实践

以武夷学院机电工程学院在新冠疫情防控期间“数控加工及CAM”课程线上教学为例,探索工科机械类课程教学在应急状态下的教学方法。将传统的线下教学转变成线上教学模式,本文从课程定位和特点、存在问题和教学改革实践措施等多方面对本课程线上教学进行深度的剖析,通过调查结果表明本课程线上教学获得了较好的教学效果。该课程的线上教学可为机械类相关课程线上教学理念、教学设计、质量保障及课程评价提供重要的借鉴意义与参考。

以专创融合课程建设为依托,培养学生的创新能力

文章提出通过机械原理专创融合课程改革,引导学生学习专业知识,培养学生的创新能力与实践应用能力。同时结合课外科技创新实践活动,为学生打造良好的创新条件,制定规范的创新实践教学模式,引导学生积极参与各类课外科技活动,确保应用型、创新型人才培养落到实处并取得明显效果。

茶叶滚筒式摇青机结构优化设计及内部流场数值模拟研究

【目的】滚筒式摇青机是武夷岩茶制作关键工艺设备,摇青工艺决定茶叶品质。针对现有摇青机工作过程中存在流场分布不均匀、茶叶摇青质量差的问题,对摇青机进行了结构优化及内部流场数值模拟研究。【方法】对摇青机核心部件风管设计了3种优化结构(模型A、模型B和模型C),并利用计算流体力学软件STAR-CCM+对3种风管结构的摇青筒流场进行CFD数值模拟及温度场云图、速度分布云图Matlab统计分析。【结果】数值模拟结果表明:摇青机结构优化模型A合理设置环形挡风圈导流板,摇青筒风速在中高速段(5.0~14.9 m/s)占比最高为64.4%,摇青筒温度在中高温段(318 K及以上)占比82.5%,摇青机风管优化模型A比其它两种优化模型更好,研制的样机与传统摇青机在摇青筒内不同位置监测点温度和速度数据分析对比表明:样机摇青筒内温度和风速标准差小,监测温度、风速数据波动性小;评价摇青筒内温度和风速流场均匀性指标温度变异系数CVT、风速变异系数CVV小,分别为0.58%、4.98%。【结论】利用优化的摇青机做茶试验及摇青毛茶品质感官评审,试验结果表明机械结构优化后的摇青机茶叶摇青效果好。

基于形态学和贴标签法的苹果图像增强

苹果图像的精准分割是目标果实识别与定位的关键步骤,然而分割出的图像往往存在较多的孔洞和噪声,影响着进一步的识别与分析,因此需要对目标果实的分割图像进行完善和去噪处理。应用于苹果采摘机器人的图像处理中,既要考虑处理精度,还要考虑处理效率。将数学形态学和贴标签法相结合,首先利用数学形态学方法去除分割图像的孔洞以及部分噪声,求出最大连通区域;然后利用贴标签法进一步处理,得到较为完好的目标果实图像。在HSI和Lab两种颜色空间下进行实验,对组合方法处理后的图像再利用Sobel算子进行边缘检测,结果表明,该方法能够有效地填补孔洞和滤除噪声,且不会破坏图像的边缘信息,为进一步的图像识别打下基础。

利用OpenGL实现全景图像跳转的算法设计

针对现有全景图像跳转技术的不足,研究中提出一种利用专业的图形程序接口OpenGL来实现的全景图像全新跳转方法。该方法将采集到的全景图像进行坐标解析,再采用几何变换消除图像的变形,随后进行图像的投影变换,然后进行视口变换,得到屏幕坐标。当视图屏幕点击位置发生变化时,则可以和全景坐标进行匹配判断,实现图像的跳转。通过对比实验验证,结果表明所设计的算法使得跳转时间从50ms降低到30ms,节省了40%的时间。

ABS电镀件弹性模量CAE确定方法研究

通过与试验数据进行比对可知,当基材ABS的弹性模量取1000MPa时,利用CAE解析得到的不同膜厚的ABS电镀件弹性模量与试验结果吻合度可达97%左右。该方法能为ABS电镀件在强度、刚度等校核时提供准确可靠的弹性模量值。

基于模糊控制的轮式装载机驾驶室悬架减振设计

为减缓装载机驾驶室受到的振动和冲击,提高装载机驾驶员的作业舒适性,在考虑成本和可靠性的前提下,研究了带阻尼多模态切换减振器的轮式装载机半主动驾驶室悬架的模糊控制设计。将一种新型低成本减振器应用于轮式装载机驾驶室悬架,通过改变两个电磁阀的通断状态,分析了减振器实现不同阻尼模式的工作原理和阻尼特性变化规律,实现了减振阻尼特性的可调。首先建立了轮式装载机悬架系统动力学模型,该模型同时考虑了工作装置的振动特性、四轮相关随机路面激励和发动机振动激励。根据该减振器的工作原理,建立了阻尼多模态切换模型,反映了两个电磁阀的阻尼系数与开关状态之间的关系。然后,设计了一种模糊阻尼控制策略,根据驾驶室悬架性能指标,在考虑驾驶室的垂向振动以及驾驶室俯仰运动和侧倾运动的情况下,确定阻尼模式的最优切换顺序。最后,通过仿真分析,实现了多模式切换减振器电磁阀开关状态的直接控制,发现轮式装载机驾驶室悬架性能得到了显著改善,达到了系统预期控制目标。确定所提出的模糊控制方法对带多模态切换减振器的轮式装载机半主动驾驶室悬架减振控制的有效性。