摘要：为进一步提高四旋翼农业无人机的升级、装配和维修效率,拓展农业无人机的应用范围,提出一种针对农业无人机的模块化设计方法。首先,综合分析四旋翼农业无人机中任意零件间在连接固定、功能和几何参数层面的相关关系,构建零件关系图,将相关性强的零件聚类成部件,并计算部件在各层面的相关性矩阵。其次,利用AHP赋予各层面不同权值,计算部件间综合强度相关性矩阵,依据模块评判原则合并部件。最后,建立模块结构,根据作业需求组合相应模块,并对关键功能模块进行静动态特性分析。研究结果表明:该模块化设计方法将28个无人机零件简化为6个独立的模块;无人机更新换代时,只需对相应发生改变的模块进行重新设计制造;模块的独立性简化装配的工艺流程,降低维修成本;6个模块可以组合成喷洒无人机或播撒无人机,使无人机不仅适用于农药的喷洒,也适用于种子和肥料的撒播;通过对中央舱模块的有限元分析,其最大应力为23.889 MPa,远小于碳纤维最大抗拉强度4 780 MPa,前四阶固有频率都大于无人机工作时最高频率32.75 Hz,以及其最大形变量为0.004 635 9 mm,满足无人机极限工况下的形变要求。

摘要：由于四旋翼植保无人机的飞行高度较低,在实际飞行中易受到环境风场的影响。为此,根据Newton-Euler方程建立了风场环境下四旋翼飞行器的动力学模型,并设计了基于内外环PID控制策略的控制器。其中,姿态角控制器采用基于四元数的反馈控制器,并使用Lyapunov稳定性判据验证了其全局渐近稳定性;姿态角速率控制器采用PID控制器;位置控制器由速度PID控制器和位置P控制器组成。通过在Gazebo中进行风场模拟仿真实验和实际飞行试验,对设计的四旋翼飞行器控制系统进行参数调试和验证,结果表明:控制器具备在风场环境下控制四旋翼无人机稳定飞行的能力。

摘要：为了更好地实现农业无人机整机的轻量化,以某四旋翼植保无人机机臂折叠机构为对象展开研究。首先,依据机臂折叠机构的工作原理、结构特征和载荷状况,建立了机臂折叠机构的三维模型;其次,在对机臂折叠机构进行静力学分析和模态分析的基础上,以质量优化为目标,将未受力部分设计为优化区,并对其进行拓扑优化;最后,通过对优化结果的分析,在UG三维建模软件中重建实体模型,并再次进行静力学分析和模态分析,验证优化后的机臂折叠机构是否满足四旋翼植保无人机在实际工作中的静动态特性要求。研究结果表明:优化后机臂折叠机构的质量由最初的231.54g减少至204.21g,无人机整机总质量降低了109.32g,且优化后的机臂折叠结构在减轻质量的同时提升了结构的整体性能。

摘要：为实现农业无人机高速、准确降落于地面移动机械设备(自走式施肥机构、农业无人车等)上,基于Aruco码设计了一种复合视觉识别标志,并基于该视觉识别标志提出了农业无人机动态降落控制策略。降落策略主要分为两个阶段:阶段一为标识识别阶段,使用Aruco标识检测算法进行标识识别;阶段二为对带标识地面移动机械设备的稳定跟踪。工作时,利用PnP类算法求解无人机当前位姿,使用PD轨迹追踪算法实现农业无人机对地面移动平台的追踪。为了验证该控制策略的有效性与准确性,利用开源仿真平台Prometheus进行仿真验证,并使用MatLab进行数据分析,结果表明:该控制策略可实现农业无人机的自主降落。

摘要：为了准确测量和验证大载重旋翼无人机的动力系统性能,设计并搭建了一套重载旋翼动力性能测试平台。该平台可以通过拉力-扭矩机械分离机构解耦测量无人机动力系统产生的拉力和扭矩,并将测得的电压信号通过高频数据采集卡过滤转换成对应的物理量,再将测试数据传送到基于LabVIEW搭建的上位机系统。上位机将测试产生的数据实时显示,绘制波形图并保存成Excel格式的数据,经自制的无人机动力系统数据处理软件处理后得到静态推力系数、扭矩系数和功率系数。实验测试结果表明,误差在5%左右,可以满足不同品牌型号的无人机动力系统测试需求。

摘要：针对提高空间旋转目标消旋效率的问题,使用电磁场软件MAXWELL对球壳的消旋力矩进行分析。设计并建立了二维亥姆霍兹线圈仿真模型,并对仿真模型进行有效性验证,使用验证后的仿真模型分析了单因素影响下的球壳消旋力矩变化情况,进而对现有的球壳消旋力矩解析式进行修正。仿真结果表明,现有的球壳消旋力矩解析式有其适用条件,适用于厚度与半径之比小于0.023的球壳,新的球壳消旋力矩解析式与原有解析式相比计算误差更小。

摘要：模块框图作为成熟的图形化建模技术应用十分广泛,采用该技术的MATLAB/SimMechanics可进行多体机械系统的建模和仿真,然而对于建模精度要求高、需要实时仿真的柔性、大型多体机械系统比如空间站来说,SimMechanics有明显不足,而DARTSM软件包可对航天器机械系统进行高精度实时仿真.本文深度解析这两款软件的底层建模技术,根据模型信息的对等关系,设计出模型转换的具体方法,通过C++编程,开发出模型转换程序,从而将航天器多体机械系统的SimMechanics模型转换为DARTSM模型.通过本文的模型转换方法和程序,可以将两款不同软件各自的优点结合到一起,使得SimMechanics间接地拥有处理柔性体和实时仿真的能力,同时也解决了DARTSM软件包缺乏图形化建模界面的问题,具有一定的工程应用价值.

摘要：在电磁-涡流消旋地面试验研究中,针对已有试验装置无法同时兼顾无摩擦旋转、匀强磁场、系统参数可测量和消旋效果可演示等要求,设计了一种电磁-涡流消旋试验装置。该装置由无摩擦旋转机构、电磁涡流制动器和测试系统等组成。试验装置通过气浮轴承支撑模型试验件,实现对目标卫星无摩擦自由旋转运动的模拟,采用方形亥姆霍兹线圈产生恒定的匀强磁场,通过试验架的支撑,使转动状态下旋转机构的同轴度小于0.25 mm,采用铝合金球壳体、正多面壳体作为模型试验件,达到与消旋目标在匀磁场区域内几何相似的目的,通过传感器、单片机、LabVIEW程序构建测试系统,实现对角速度、涡流力矩等试验数据的实时测量。最后,使用MAXWELL、ANSYS等软件对试验装置的主要结构进行仿真计算。仿真结果表明:该装置的总体布局、电磁发生器及试验架的设计满足试验装置对探究电磁-涡流相互耦合作用关系的需求。

摘要：GPS信号在有遮挡的环境中信号差且定位精度低,无法满足无人机在特定区域精准定位的要求。而计算机视觉定位相较于GPS,受环境影响小且定位信息丰富。基于此,文中设计一种ROI加速的无人机自主精准降落系统,采用“H”与Aruco marker嵌套的降落标识在不同高度给无人机提供定位信息。基于深度学习的目标检测算法分割相机视野中的感兴趣区域(ROI),利用阈值分割的图像识别算法在ROI区域进行Aruco marker检测,滤除ROI区域外的图像区域,提升目标识别速度。根据marker二维像素点与三维坐标点的对应关系求解无人机与marker的相对位置。基于求解出的三轴位置设计位置PID控制器,将无人机与marker的三轴位置差转换为速度控制量。进行无人机自主降落的试验,随机统计20次的降落结果,得出18次的降落轴向误差在10 cm以内,说明所设计系统能够满足无人机降落精度要求。

摘要：毕业设计是大学本科阶段最后的综合性、实践性课程,旨在培养学生综合运用所学理论、知识和技能分析解决复杂工程问题的能力,提升学生的专业素质及创新能力。毕业设计课程目标依据毕业要求合理制定,课程目标达成度可以直接体现学生在具体专业素质上的不足,间接体现本专业在本科教学上的欠缺。新疆大学机械工程专业将“以学习成果为导向”的OBE理念融入本科教学的4年多以来,追踪研究2017届至2020届的毕业设计课程目标达成度及教学方法,达到提升毕业设计课程目标达成度,提升学生自身的学习成果,提升本专业本科教学质量和教学水平的目的。