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农业机器人在作业时,不可避免的会出现位姿（质心位置与姿态）的变化。为了实现对其位姿的控制,降低复杂路面对机器人姿态的影响,确保机器人的行驶稳定性,基于汽车多连杆独立悬挂系统,设计了一款轮腿式全地形移动机器人。首先在建立轮腿机器人控制运动学模型的基础上,通过矢量法和欧拉公式得到了1/2整机逆运动学模型,进而求出机身运动俯仰角、作动器工作长度与各腿关节转角的变换关系,并对轮腿机器人的位置和姿态进行解耦控制。为了确保机器人运动学控制模型以及运动学逆解的可靠性,在理论模型的基础上加工了1/4台架并进行了单腿运动学标定与运动学控制验证,结果表明仿真数据与试验数据基本吻合,最大误差控制在1.5%以内。在单腿运动学控制模型正确的基础上,采用比例控制算法在MATLAB中搭建整机轮腿机器人俯仰姿态控制策略,在满足轮腿机器人质心位置不变的条件下实现其俯仰姿态闭环控制;最后在ADAMS中构建轮腿机器人虚拟样机模型,利用MATLAB和ADAMS平台搭建轮腿机器人整机俯仰姿态闭环控制联合仿真模型,仿真结果表明轮腿机器人的俯仰姿态与质心位置均有很好的跟踪效果,其中质心位置误差、姿态误差分别控制在0.2%、2%,结果验证了所述轮腿机器人俯仰姿态闭环控制策略的正确性。 相似文献
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基于模糊-比例积分偏差修正的多旋翼飞行器姿态测算系统 总被引：2，自引：2，他引：0
以多旋翼飞行器为平台,结合遥感技术可实现对近地面农田信息进行遥感监测。飞行控制是多旋翼飞行器的核心,它主要负责实时收集传感器测量数据,解算飞行姿态,通过控制算法控制电机运转。因此,准确实时获取姿态信息是实现多旋翼飞行器的飞行控制基础,该文提出了基于模糊-比例积分(fuzzy-proportion integration,Fuzzy-PI)偏差修正的多旋翼飞行姿态测算系统。该系统由加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘和STM32F103微处理器组成。采用四元数坐标转换,将测算系统中各传感器测量的姿态偏差代入模糊-比例积分偏差修正解算方法得到多旋翼飞行器的姿态,通过串口显示测算结果,并在SGT320E型3轴多功能转台上对测算的姿态进行验证。试验结果表明该文提出姿态测算系统解算时间达450次/s,静态测量时横滚角和俯仰角平均误差为1.213°和1.072°,长时间静态测量并未产生漂移,为多旋翼飞行器准确控制姿态奠定基础。当转台以频率为0.1 Hz,幅度为30°的正弦波方式运动时,测算系统测量精度能达到1°。试验结果表明在该文提出的多传感器姿态测算硬件系统中,模糊-比例积分偏差修正的多传感器信息融合方法能动态修正传感器间的偏差,满足快速准确跟踪运动姿态的要求。该成果为多旋翼飞行器的姿态控制提供参考。 相似文献
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为拓展六足机器人的应用,提高六足机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性,该文提出了一种基于并联腿的六足步行机器人结构。该步行机器人由2个6-UPU并联机构腿和6个足构成,每个足上各安装1个辅助腿,共有18个自由度,辅助腿可根据环境改变步行机器人身体的高度,增强了克服障碍物与环境的适应能力。首先,对该机构进行运动学分析,通过腿部6-UPU并联机构的运动学逆解求解,得到机器人运动过程中并联腿各分支的状态;其次,通过对人体行走规律的研究,根据运动学逆解的结果,设计了步行机器人的2种步态,分别为跨步行走步态和越障步态;之后,根据样机材质,在ADMAS环境下对六足机器人的模型组件增加质量,进行2种步态的行走仿真,跨步行走步态一个步态周期耗时23.734 2 s,步行机器人机体前进400 mm,平均行走速度为1 011.2 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时18 s,步行机器人机体前进100 mm,平均行走速度为333.3 mm/min;最后,选用两片STM32芯片为核心处理器进行控制系统设计,两片STM32芯片分别进行数据采集与PID运算,二者间采用串口通信实现数据传输,跨步行走步态一个步态周期耗时24.85 s,步行机器人机体前进385 mm,平均行走速度为929.6 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时20.8 s,步行机器人机体前进90 mm,平均行走速度为259.6 mm/min。试验表明：跨步行走步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为5%、8%,而在越障步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为13%、22%,绘制了2个平行腿移动平台中心点的规划轨迹和试验轨迹,试验轨迹在步行阶段,试验结果滞后于2种步态的模拟结果。其偏差可归结为试验样机中各电动缸自身特性、装配精度、部件的质量差异等因素的影响,但样机能够按照设定的步态完整设定的行走任务,从而验证了仿真分析的正确性。该研究为进一步研究六足并联腿步行机器人实现未知倾斜面或环境中的稳定行走提供了初步的实践依据。 相似文献
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为拓展六足机器人的应用,提高六足机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性,该文提出了一种基于并联腿的六足步行机器人结构。该步行机器人由2个6-UPU并联机构腿和6个足构成,每个足上各安装1个辅助腿,共有18个自由度,辅助腿可根据环境改变步行机器人身体的高度,增强了克服障碍物与环境的适应能力。首先,对该机构进行运动学分析,通过腿部6-UPU并联机构的运动学逆解求解,得到机器人运动过程中并联腿各分支的状态;其次,通过对人体行走规律的研究,根据运动学逆解的结果,设计了步行机器人的2种步态,分别为跨步行走步态和越障步态;之后,根据样机材质,在ADMAS环境下对六足机器人的模型组件增加质量,进行2种步态的行走仿真,跨步行走步态一个步态周期耗时23.734 2 s,步行机器人机体前进400 mm,平均行走速度为1 011.2 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时18 s,步行机器人机体前进100 mm,平均行走速度为333.3 mm/min;最后,选用两片STM32芯片为核心处理器进行控制系统设计,两片STM32芯片分别进行数据采集与PID运算,二者间采用串口通信实现数据传输,跨步行走步态一个步态周期耗时24.85 s,步行机器人机体前进385 mm,平均行走速度为929.6 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时20.8 s,步行机器人机体前进90 mm,平均行走速度为259.6 mm/min。试验表明:跨步行走步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为5%、8%,而在越障步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为13%、22%,绘制了2个平行腿移动平台中心点的规划轨迹和试验轨迹,试验轨迹在步行阶段,试验结果滞后于2种步态的模拟结果。其偏差可归结为试验样机中各电动缸自身特性、装配精度、部件的质量差异等因素的影响,但样机能够按照设定的步态完整设定的行走任务,从而验证了仿真分析的正确性。该研究为进一步研究六足并联腿步行机器人实现未知倾斜面或环境中的稳定行走提供了初步的实践依据。 相似文献
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温室用小型多功能电动履带式作业平台设计 总被引：2，自引：0，他引：2
针对温室果蔬管理、采运等作业环节人工劳动强度大、作业效率低,传统油动作业平台污染大、能源利用率低、结构尺寸与温室环境不符等问题,设计了一种温室用电动作业平台。该文阐述了其整体结构与工作原理,通过理论计算和Adams/view仿真分析等方法研究了关键部件结构及参数,并开发了一套具有双操作模式的控制系统,可实现对作业平台的远程和在线操作。通过台架试验及田间试验对作业平台不挂接拖车常规状态下的转弯性能、模拟坡面行驶倾翻性能、爬坡性能和作业续航性能等开展测试,试验结果表明:整机最小转弯半径为0.94 m,最高行驶速度2 km/h,200 kg负载下作业续航时间可达4 h电池电量下降均匀;模拟坡面行驶最大倾翻角分别为:纵向状态30.5°、横向状态20.6°、斜向状态25.6°,最大倾翻角随工作台的匀速升高、负载的均匀加重(高度随之增加)而逐渐减小,同时最大倾翻角还与作业平台和坡面的位置状态相关,纵向状态下平台作业安全系数最高,优于斜向状态和横向状态。田间试验结果表明各项指标均满足设计预期和温室结构农艺要求,该研究可为温室内果蔬管理、采摘及搬运提供参考。 相似文献
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四摆臂-六履带机器人单侧台阶障碍越障仿真与试验 总被引：1，自引：1，他引：0
为了实现机器人代替人类在农业环境下作业,减轻人类的劳作负担,该文设计了一种四摆臂-六履带机器人(4SA-6TR),机器人采用套筒轴传动形式,其摆臂旋转运动与履带轮旋转运动相互独立,可实现多姿态变化,适应野外复杂地形。为掌握机器人的越障稳定性,建立了4SA-6TR机器人运动学关系矩阵方程,并借助重心定理对机器人运动姿态进行分析,得到机器人在全局坐标系下的重心坐标方程,并利用重心投影法判断机器人越障的稳定性。为实现机器人稳定越障,研究SA-6TR机器人单侧障碍地形的越障机理,建立机器人摆臂旋转角度与机器人横滚角度关系的数学模型;对数学模型进行推导,得到机器人在攀越单侧台阶平稳越障时机器人摆臂旋转角度?与台阶高度H的关系式。通过Soliworks三维设计软件及Adams仿真软件建立4SA-6TR机器人虚拟样机模型及仿真环境,完成单侧双重障碍地形越障仿真试验。通过室内测试试验,完成150 mm高的障碍测试,测试发现机器人的俯仰角度偏差较大,最大偏差2.4?,但最终俯仰角度稳定在0.1?左右;横滚角度偏差较小,最终横滚角度稳定在0.3?左右,达到了机器人平稳越障的控制目的,并验证机了器人摆臂角度控制策略的正确性及可行性。本文推导的单侧障碍越障姿态调整控制方案可为4SA-6TR机器人自主越障提供理论依据。 相似文献
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超声波果树冠层测量定位算法与试验 总被引：6，自引：4，他引：2
本文利用姿态航向参考系统、RTK-DGPS和超声波传感器,研究超声波果树冠层扫描时探测点在大地坐标系下的定位问题,建立了定位算法以校正车身倾斜对测量点位置计算的影响。文中考虑了车体的位置和姿态角信息以及超声波传感器安装的位置角度关系,利用一次、二次坐标转换建立算法模型,求解得到超声波探测点的绝对坐标位置。并利用农用拖拉机进行了直线行走试验和果树冠层扫描试验,其中的直线行走试验验证了校正模型的正确性。试验表明：通过姿态角和位置信息等建立的校正模型,消除了车体姿态角变化的影响,能正确解算作业车上任意点的大地坐标位置和冠层上超声波传感器探测点的大地坐标位置,使作业车辆在不平路面上工作时仍能准确地测绘出果树冠层形状。 相似文献
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黄土裸坡降雨产流过程试验研究 总被引：20，自引：2，他引：20
采用人工模拟降雨试验法对黄土裸坡降雨产流过程进行了研究。结果表明:(1)坡面径流强度随降雨过程的变化可用对数相关方程进行描述,10~15min是径流强度随降雨过程变化的转折点;(2)坡度对坡面径流深的影响可用抛物线相关方程进行描述,25°左右是径流深随坡度变化的转折点;(3)坡长对坡面径流深的影响可用对数相关方程进行表述,80cm是径流深随坡长变化的转折点;(4)雨强对径流深的影响可用线性相关方程进行描述,雨强与坡度2个因子共同作用时,坡度的作用几乎完全被雨强所掩盖;(5)坡度、坡长及降雨强度对坡面径流深的综合影响可用多元线性相关方程进行描述,其中,降雨强度对坡面径流深的影响远大于坡长及坡度因子。 相似文献
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探究不同人为管理措施坡耕地地表微地形变化特征,阐明地表微地形变化对渗流响应,以期为紫色土坡耕地水土流失的有效防治与人为管理措施的合理布设提供科学依据。以平整坡面、穴播坡面和垄作坡面为研究对象,基于室内人工模拟渗流试验,开展5°和15°紫色土坡面微地形变化特征研究。结果表明：(1)渗流试验前后平整坡面、垄作坡面和穴播坡面微地形半方差函数在0～135°和180°～315°方向上呈中心对称分布,随地表坡度的增加分布范围逐渐缩小,且具有明显的方向性。渗流条件下,平整坡面和穴播坡面微地形各向异性的变化趋势较为一致,而垄作坡面微地形空间变异性较强。(2)渗流条件下,3种人为管理措施坡面高程均集中于-20～0 mm的变化区域,穴播坡面和垄作坡面高程值的分布较平整坡面离散。(3)与5°坡面相比,15°平整坡面地表糙度的变化对渗流的响应更为明显,且糙度变化率呈平整坡面>穴播坡面>垄作坡面;渗流作用下,各坡面中、下坡位地表糙度变幅较大。坡面初始起伏程度越剧烈,微地形对渗流侵蚀作用的骤变响应越明显。地表糙度可作为刻画坡面微地形响应渗流变化的指标,可较好地实现中、下坡位土壤侵蚀—沉积空间分布的表征... 相似文献
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喀斯特槽谷区地表出露的岩石与坡面形成不同夹角,塑造了复杂的微地貌,显著改变坡面集中水流路径,使得水流特性发生重大变化。目前,不同岩石与坡面夹角下集中流水力学特性的变化特征还不清楚。通过室内放水冲刷模拟试验,研究了3个坡度(10°、15°和20°)、3个冲刷流量(5、7.5、10 L·min-1)和6个岩石与坡面夹角(30°、60°、90°、120°、150°和180°(0°))组合条件下喀斯特槽谷区地表集中流的水力学特性。结果表明:集中水流雷诺数(Re)随冲刷历时变化趋势较复杂,试验条件下,Re随流量的增大而增大,随坡度变化规律不明显,变化范围为517～3343。Darcy-Weisbach阻力系数(f)随冲刷历时表现出增大的变化趋势,其随坡度增大而增大,随流量增大而减小,变化范围为0.62～5.70。Re和岩石与坡面夹角关系均不显著,f和岩石与坡面夹角间的关系在各流量和坡度组合下表现不同。f与Re之间的耦合关系受岩石与坡面夹角的显著影响,当岩石与坡面夹角小于90°时,f-Re关系用对数方程描述比较好;夹角大于等于90°时,则用幂函数方程描述更好。试验条件下,当Re1 791时,f与Re关系不显著;当Re1 791时,f与Re则呈显著正相关。本研究可为喀斯特槽谷区土壤侵蚀预报模型的建立提供依据。 相似文献
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推倒式甘蔗收获机扶蔗质量影响因素的试验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
为了优化推倒式甘蔗收获机的工作参数,设计了甘蔗扶起效果试验装置。通过正交及单因素试验,探明了甘蔗扶起过程的影响因素。结果表明:扶蔗器转速对甘蔗扶起效果影响最大,其次是机车前进速度。扶蔗器转速与机车前进速度的交互作用对扶起姿态角有显著性影响。在扶蔗器转速为120r/min、输送段安装角为50°、拣拾段安装角为5°和前进速度为0.21m/s参数组合下,对侧偏角在45°～135°范围内倒伏甘蔗能够有效平稳扶起。扶起姿态角范围为50.68°～68.87°,能满足机器作业要求。 相似文献
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融合激光三维探测与IMU姿态角实时矫正的喷雾靶标检测 总被引：1，自引：1，他引：0
基于高精度激光传感器的喷雾靶标特征检测是精准施药变量决策的重要依据。为了改善复杂地形条件对车载激光靶标检测的影响,进行了车载激光喷雾靶标检测与矫正研究。该文基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)与UTM-30LX型激光传感器搭建靶标检测试验车,IMU实时获取车体姿态角的偏航角、俯仰角及侧倾角信息,车载激光传感器实时获取目标切面轮廓的极坐标数据。将获取的目标切面轮廓的极坐标数据与试验车姿态角信息相匹配,通过矫正算法获取精确的目标外形尺寸信息并重构目标三维图像。试验设计首先对长方体柜子与仿真树进行车体单一动态俯仰角的检测试验,然后以仿真树为试验目标,进行车体存在复合动态俯仰角与侧倾角的检测试验,最后在未知地形条件下对长方体柜子以及仿真树进行动态姿态角检测与矫正试验。利用MATLAB软件对数据矫正分析,对矫正后的目标尺寸信息进行误差分析并重构目标三维图像。试验结果显示矫正后长方体柜子的高度、宽度最大相对误差分别为8.89%和8.00%,仿真树的高度、宽度以及树冠高度最大相对误差分别为5.63%、10.00%和5.00%,矫正效果良好,验证了矫正算法的有效性。 相似文献
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基于GNSS姿态与电机编码器的农机转向角度测量系统研制 总被引：4，自引：4，他引：0
典型的农业机械自动驾驶系统需要在车辆转向轮上安装角度传感器测量转向角度,存在安装不便与可靠性差问题。该研究提出一种基于GNSS模块和电机编码器组合的转向轮转向角度测量系统。该系统通过组合利用GNSS姿态测量值与运动模型得到转向轮期望角度,利用电机转向速度和全液压转向阀的传递模型推算转向角度变化值,经卡尔曼滤波融合解算得到车辆转向轮的实时转向角度。与霍尔式绝对角度传感器对比的动态测试结果表明,该系统在直线行驶时的测量标准方差小于0.91°,在转向轮-10°～+10°区间,测量标准方差小于1.0°;直线自动驾驶作业时的导航误差小于2.5 cm,曲线作业自动驾驶的导航误差小于9.0 cm,满足农机自动调头等场景应用。 相似文献
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基于电子角规多重同心圆技术测定森林蓄积 总被引：1，自引：1，他引：0
为了实现森林蓄积的精准和实时测定,该文以北京市鹫峰林场部分样地为例,提出电子角规多重同心圆法测定森林蓄积的原理和方法。研究表明,基于电子角规5重同心圆法所测样地的单位面积的森林蓄积值逐渐变小,到第4个同心圆后,森林蓄积值变化趋于稳定,蓄积测定结果可靠。采用普通角规多个观测点测定的森林蓄积分布相对没有规律,变化趋势不明显,尽管角规计数变化率小,但蓄积变化值相对较大。对林相不一致、空间分布不均匀的样地,其森林蓄积观测值精度较低,利用普通角规多点测定森林蓄积的相对误差达40%。电子角规采用望远镜和CCD系统,大大减小了错读和误读的概率,同时,利用PDA配合相应的软件自动计算,实现森林蓄积测定的自动化和精准化。 相似文献
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滕维中 《广西农业生物科学》1995,(3)
对膜性质的研究，无论在生物学或物理学中，都具有广泛的现实意义。由于生物膜具有脂双层的复杂结构和环境因素，因此通过实验模型对其进行系统研究，并用物理、化学观点理解生命过程是必要的。单层分子膜是一种较好的模型。目前研究单分子膜已成为表面物理学、生物化学的一个重要课题。本文主要是介绍目前用于研究单层分子膜相变形态学的一项新的光学技术──布儒斯特角反射显影术。 相似文献
16.
模拟复杂地形的喷雾靶标激光检测与三维重构 总被引：4，自引：3，他引：1
喷雾靶标的检测是精密变量喷雾的重要环节,激光传感器以其精度高、速度快、不受光照干扰等特点被广泛应用于精密变量喷雾研究中。为了消除激光传感器姿态角的偏移对喷雾靶标检测的影响,获取精确的喷雾靶标外形尺寸信息以及三维重构图像,进行了室内模拟复杂地形激光检测矫正研究。该文基于UTM-30LX型激光传感器搭建了室内靶标检测试验平台,模拟复杂路况设计了滚转角、俯仰角和偏航角等姿态角偏移检测试验,提出了采用极坐标值与三角函数重新匹配、检测帧与检测点重新组合和深度值系数矫正等3种姿态角偏移矫正方法。首先对树形雕花板进行单一姿态角偏移检测试验,选取适合的检测距离与行进速度,对每种姿态角的多个偏移角度进行多次重复试验,然后矫正所获取的数据信息,对矫正后的目标尺寸进行误差分析并重构目标三维图像。再以仿真树为试验对象,验证在3种姿态角度同时改变时矫正方法的有效性。试验结果显示树形雕花板高度、宽度、树冠高度等尺寸相对误差均小于5%,仿真树相应参数尺寸相对误差均小于10%,满足变量喷雾检测的精度要求。 相似文献
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农机具姿态倾角测量系统设计与试验 总被引：1，自引：1，他引：0
农机具姿态倾角测量技术是实现农机装备精准作业的关键技术之一。为进一步提高农机装备作业质量,以ADIS16445微惯性MEMS传感器和STM32F446核心处理器搭建硬件平台,以欧拉角法解算姿态,建立卡尔曼滤波模型融合加速度计与陀螺仪信息,实现农机具姿态倾角的精准测量。融合算法模型考虑陀螺仪零偏特性,并根据MEMS微传感器运动特性,自适应模型误差协方差矩阵Q与R,适应不同工况下农机具姿态倾角测量。采用SGT320E三轴多功能转台与BD982双天线定位测姿模块对系统进行测试与验证。三轴多功能转台试验结果表明,ADIS16445内置陀螺仪与加速度计性能合格,满足系统设计硬件要求;卡尔曼滤波融合模型精准有效,倾角静态测量误差精度为0.15°,动态测量精度典型值为0.3°,最大测量误差为0.5°。田间作业试验结果表明,自适应模型能保证农机具姿态倾角测量系统在不同工况下的测量精度,更稳定可靠,测量平均误差为0.55°。该文研究的农机具姿态倾角测量系统可满足农机装备精准作业要求。 相似文献
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溅蚀研究进展 总被引：6，自引：0，他引：6
溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一。国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面,其中主要影响因子包括:坡度、降雨特征、植被覆盖和土层结构。溅蚀量随坡度的增大逐渐增多,但是坡度超过临界坡度时,随坡度增大而减小;随降雨强度和雨滴大小增大而增大;地表植被对降雨有直接的再分配的过程,主要表现为截流、透流和干流3方面,当地表覆盖物超过1cm时,溅蚀可以完全消失;不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同,粒径在0.15mm附近的颗粒最容易被溅蚀,溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大,土壤抗溅蚀能力增强。然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的,较少有野外实地的研究,更缺乏在实际农业生产条件下的研究。所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况,在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下,探讨坡耕地溅蚀规律。 相似文献
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MEXICO风轮的气动性能预测 总被引：1，自引：1，他引：0
动量叶素法（blade element momentum,BEM）和计算流体力学方法（computational fluid dynamics,CFD）是预测风力机气动性能的常用方法,本文基于商用MATLAB和CFX软件,对MEXICO（Model Experiments In Controlled Conditions）风轮5种风速的轴向入流工况分别采用BEM和CFD方法进行气动性能预测,其中BEM方法计算时采用Shen叶尖修正,CFD方法选用SST紊流模型求解三维雷诺时均方程。研究表明,BEM和CFD方法计算的攻角最大相对误差分别为-0.402、0.099,试验获得的来流攻角沿叶片径向分布基本处于2种方法获得的结果之间,且在叶尖处更接近CFD计算的结果;试验获得的叶片轴向力沿叶片径向分布与2种方法的预测结果基本吻合,BEM和CFD 2种方法计算的轴向力最大相对误差分别为-0.139、-0.096,当叶片进入失速状态后,BEM方法计算的切向力最大相对误差达到-0.471,表明BEM方法的预测精度有待进一步提高,研究成果可为工程模型的修正与开发提供参考。 相似文献