摘要：为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为:不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。

摘要：设计并提出了一种新型的仿竹六边形梯度层级多胞管。首先,采用超折叠单元方法推导了六边形单梯度层级多胞管的平均冲击力的理论解,开展了方管的实验研究,利用理论解及实验结果对有限元数值模型的精确性进行了验证。其次,利用验证后的数值模型分析了不同壁厚的仿竹六边形梯度层级多胞管的耐撞性能。最后,系统地研究了仿竹六边形梯度层级多胞管相比常规方管、六边形管、六边形单梯度层级多胞管在相同质量、相同初始峰值力和相同能量吸收条件下的耐撞性能。研究结果表明:提出的仿竹六边形梯度层级多胞管能有效降低结构的初始峰值力和提高结构的冲击力效率,在相同质量、相同初始峰值力和相同能量吸收条件下,仿竹六边形梯度层级多胞管的综合耐撞性能都要优于常规方管、六边形管和六边形单梯度层级多胞管。研究结果能为新型梯度层级多胞管的结构创新设计提供参考。

摘要：针对粉垄刀具作业功耗和切削阻力大及耕后表层土块大的问题,设计了一种新型无叶(螺旋叶片)刀具,采用SPH法建立3种线型新无叶刀具作业系统仿真模型,进行作业性能对比分析,优选一种线型新刀具,并与原刀具进行对比,且对优选新型无叶刀具作业过程进行分析。研究结果表明:与原粉垄刀具相比,新刀具功耗减少了8.4%,表层土壤破碎度减小了43.3%;新刀具作业后土壤表层破碎度较高,主要是由于新刀具耙齿切出细长条的土块后,土块可受到上层外部刀片和相邻刀具的上层外部刀片交错切削;刀具的切削阻力受外部刀片数量和分布、耙齿的宽度及底刀的结构等因素影响较大。研究结果可为粉垄刀具减阻优化提供理论依据。

摘要：为解决难以获取满足非线性超谐共振时效系统所需要的非线性参数,以系统的核心元件—非线性弹簧为研究对象,提出了适用于此系统的不等节距圆柱螺旋弹簧结构参数设计的方法,从而实现系统所要达到的超谐共振。首先,依据工件振动时效所需的弹簧力学特性曲线,计算得到符合该系统用不等节距圆柱螺旋弹簧的结构参数。其次,通过弹簧压缩试验证明了该弹簧设计方法的可行性。最后,以圆柱工件为试验对象,搭建非线性超谐振动台进行试验研究。结果表明:运用此方法设计的不等节距螺旋弹簧作用下的非线性超谐振动试验台能够产生超谐振动,且可产生高于200Hz的高次超谐频率,对推广非线性超谐式共振时效方法在消减高刚工件的残余应力方面具有重要的意义。

摘要：为实现甘蔗种植机的供种系统与播种系统的联调工作,设计了一种倒三角状的集蔗箱并优化其参数,使蔗种从供种系统到播种系统过程中不乱序、不卡蔗、不堵塞。通过对蔗种在集蔗箱中的运动分析和EDEM运动仿真,探究了蔗种的运动机理和影响蔗种落种有序的因素。通过单因素试验和正交试验,研究了落种高度、导蔗板倾斜角和集蔗量对蔗种有序率和充种率的影响,结果表明:落种高度和集蔗量对落种有序率有着极显著影响,导蔗板倾角对落种有序率有着显著影响;对蔗种充种率,落种高度有着极显著影响,集蔗量影响显著,导蔗板倾斜角影响不显著。综合考虑后,最佳因素组合为:落种高度为200mm,导蔗板倾斜角为45°,集蔗量为25根。

摘要：针对华南宿根甘蔗的耕地土壤因多级复合团聚显现的逐层异构黏重性,为表征其特异性流变行为,该研究通过重黏土的离散元参数标定,构建团粒几何、力学属性多层演变的非匀质耕层模型,进而分析仿生壁板的推进阻力。结合休止角与三轴压缩试验及仿真结果,JKR表面能、恢复系数与动摩擦因数是影响重黏土流变响应的显著因子,不同耕层间参数差异明显。蕴含团粒级配分布、本征接触属性与黏聚特性的离散元模型具有表征多耕层复合流变性能的能力,通过三轴力学试验验证得到的本构响应偏差低于9.27%。采用该模型计算出的仿生耕作壁板推进阻力与土槽实测推进阻力之间的相对误差仅8.3%,表明对机具—土料互作关系的预测有效且较准确。研究结果可为触土部件适应性设计与动力学优化提供数据支持和模型参考。

摘要：针对传统机械臂惯性大、灵活性低和难以在狭小空间作业的问题,设计了一种新型的具有6自由度的丝传动机械臂,并对其正逆运动学等问题进行了研究。对该新型机械臂中的自转关节、平行四边形关节和蛇形关节的运动学特性进行分析,建立了该机械臂的正逆运动学模型;在Matlab环境中进行仿真实验,对所提出的正逆运动学模型进行了位置和姿态的验证。结果表明,所提的运动学模型能够很好地用于该机械臂末端位置控制。最后,利用蒙特卡洛法计算出了机械臂的工作空间。

摘要：为了解决视觉惯性组合导航系统绝对航向信息缺失与姿态发散的问题,进一步提升系统定位精度,设计并实现了针对未知磁场环境下的自适应视觉惯性地磁紧耦合定位系统。基于常用的三轴磁力计内外参数联合标定原理,提出了一种地磁信息全局及帧间约束残差构建方法。通过磁强度差异动态调整融合权重,利用非线性优化方法设计视觉/惯性/地磁紧耦合系统实现自身运动状态估计。最后,在校园环境下开展户外实验。实验结果表明:该系统能够在部分建筑及车辆磁场干扰环境下稳定运行,定位精度均优于0.8%(RMSE),相比于VINS位置误差平均降低了约24%,且具有良好的实时性。磁力计及自适应融合方法的引入可以有效改善现有视觉惯性导航系统的定位性能,为无人系统提供高可靠性的实时定位结果。

摘要：为了解决车载式绿篱修剪机在自主行驶作业时车身无法根据地形起伏自适应平衡,提高作业安全性和绿篱修剪的尺寸精度,设计了一种自主行驶车身电液调平系统,该系统采用倾角传感器实时监测车身倾斜角度,根据车身调平机构动力学理论建立了调平系统的数学模型。针对电液调平系统参数的不确定性、非线性特性和外界环境的干扰等问题,通过结合滑模控制和自适应反步法设计了自适应反步滑模控制器,根据反步法的思想,将系统分解为多个子系统,并为每个子系统选择适当的Lyapunov函数。通过逐层递推的方法,最终可以得到控制系统的控制律和不确定参数的自适应律,并且证明了系统跟踪误差的收敛性。针对滑模控制带来的抖振问题,使用饱和函数代替传统符号函数,使得系统抖振得以削弱。仿真研究结果表明,在车身倾斜20°的情况下,实际输出角度能准确、快速地跟踪参考角度,响应时间短,对参数变化具有较强自适应性和鲁棒性,能实现车身快速、准确调平。与比例积分微分控制器相比,调平时间缩短了1/5,系统调平误差小于1°,调平过程更加稳定。

摘要：为了解决机械手在水下作业过程中由于施加过大的压力而造成样本的破损、抓取后样本无法保存等问题,设计了一种仿照乌贼进食的水下采样机械手。机械手由两个耦合气缸驱动器驱动;其内部设有偏置叶轮泵,形成低压区,带动水流无接触吸取难采集的样本。建立机械手三维模型,计算机械手运动学方程,用闭环矢量法求解了驱动器与末端执行器之间的函数关系,得到了工作空间和运动轨迹,验证了机械手结构的合理性和可行性。最后,将该机械手装配到水下采样机器人上,仿真试验水下不同角度航行采样时的整体受力情况,为该机械手在今后视觉控制水下采样等方面的研究打下了一定的基础。