摘要：代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板。近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领域。首先对代理模型进行总体概述,调查了近三十年代理模型相关论文发表总量与年发表量,总体分析了国内外学者在此领域的投入与产出。其次从试验设计、单保真度代理模型、多保真度代理模型这三方面较为详细地介绍了代理模型研究现状。接着围绕代理模型在优化设计中的应用展开调查,分析与概述了代理模型辅助的多学科优化设计、多目标优化设计和不确定性优化设计。最后归纳总结了代理模型技术目前存在的问题,并对未来的研究方向提出了一些建议。

摘要：为实现南瓜种子定向播种,提出先调整南瓜种子运动姿态再进行定向的组合式定向方法,设计了一种南瓜种子组合式定向排种器。该定向装置的关键部件包括限位清种板和导向板两部分。基于南瓜种子几何特性确定了限位清种板的结构参数。建立南瓜种子定向过程的运动学方程,明确了南瓜种子定向过程中姿态变化与导向板结构参数的关系,确定了导向板结构参数。利用CFD-DEM耦合法,验证了南瓜种子组合式排种器定向排种的可行性,确定了排种盘转速取值范围。搭建试验台,以平躺吸附率为试验指标,通过单因素试验确定了排种盘型孔直径。以单粒率为试验指标,通过单因素试验确定了负压和排种盘型孔数取值范围。选取负压、排种盘型孔数、排种盘转速为试验因素,以单粒率、定向成功率为试验指标,进行了三因素三水平二次中心组合试验,得出影响排种器单粒率的主次因素为负压、排种盘型孔数、排种盘转速,影响排种器定向成功率的主次因素为排种盘转速、负压、排种盘型孔数。对优化后参数进行田间验证试验,结果表明,当排种盘型孔数为16、负压为10kPa、排种盘转速为4r/min时,单粒率为94.7%,定向成功率为82.7%,南瓜种子落入穴盘的正负偏转角度为18.5°。

摘要：针对具有两转一移自由度的并联机器人的重复性加工轨迹跟踪精度问题,提出了一种滑模-自适应-迭代学习控制方案。具体而言,采用迭代学习控制来提高轨迹控制的精度,引入滑模控制来增强控制系统的鲁棒性,并采用自适应控制来处理系统内在的不确定性,降低了滑模控制中切换项引起的振荡问题。进一步,通过Bellman-Gronwall定理与λ范数证明了控制系统的收敛性。通过设计类李雅普诺夫函数证明了控制系统的稳定性。最后,进行控制方案的数值仿真以及真机实验,验证了所提出的控制方案能够有效提升两转一移类并联机构的控制精度以及系统鲁棒性。在该控制算法下,并联机器人关节空间的平均误差、最大误差及标准差相比于PD控制方法降低了59.5%、55.1%和60.1%。

摘要：面向复杂结构件机器人加工装备设计需求,提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务,在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上,定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性指标,提出了一种基于多目标均衡优化思想的尺度设计方法。该方法采用标准化方法简化多参数设计空间,应用响应面法与主成分分析法提高优化求解效率,结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评分。运用所提方法,得到了4种兼顾优化求解效率和多目标均衡优化的尺度参数设计方案,实现了2PRU&1PRS-XY型混联机器人主要尺度参数的优化设计,为设计者提供了具有不同工程设计倾向的多目标均衡决策参考。

摘要：低频振动衰减速度慢难以控制,严重影响高端装备的精度、稳定性和可靠性.线性隔振器因承载能力和隔振频带之间的固有矛盾无法有效隔离低频振动.因此,可通过引入非线性获得等效负刚度和非线性刚度构建准零刚度隔振器,以实现低频隔振.折纸结构具有双稳态、负泊松比和负刚度等独特的力学特性,近年来得到了广泛关注.受堆叠三浦折纸(stacked Miura-ori,SMO)启发,提出了一种新型SMO隔振器,由SMO结构和线性弹簧并联构成.基于能量法推导了SMO结构的势能方程,获得了竖直方向的力-位移关系,揭示了SMO结构大行程负刚度机理.研究了无应力条件下不同初始角和折痕刚度比对SMO隔振器的恢复力的影响规律,阐明了SMO隔振器非线性刚度调节机制.建立了SMO隔振器的理论模型,基于谐波平衡法推导了位移传递率.通过数值仿真研究了不同负载下的低频隔振性能.最后研制了SMO隔振器的原理样机,试验验证了SMO隔振器的恢复力和低频隔振性能.结果表明,折纸隔振器峰值频率可低至1.52 Hz,最小峰值传递率为1.29.本研究为低频折纸隔振结构的设计提供了一种新思路.

摘要：针对纺织车间背景复杂、纱筒种类多导致利用传统机器视觉识别空纱筒准确率低、模型参数量大的问题,设计了一种基于改进残差网络的空纱筒识别模型。该模型借鉴ResNet系列的模型结构,进行卷积核轻量化,改进经典的残差模块并加入SENet注意力机制,以达到提高检测空纱筒的准确率,减少模型参数的目的。最后通过数据增强,创建了适合工厂实际生产的纱筒数据集。实验结果表明:在消融实验中,应用SENet注意力机制可以提高3.86%的准确率,利用优化残差模块不仅减少了650%的模型参数还提高了1.22%的准确率。在原数据集的验证集上,改进模型的准确率为99.6%比ResNet-18模型高4.46%,与VGG-16和AlexNet相比提高了7.05%~9.41%。在增强的数据集上,识别模型的准确率都有了较大的提升,但改进模型的准确率变化不大,说明该模型的鲁棒性较好,不易受到样本不足的影响。改进模型的参数数量缩小到原模型参数数量的1/10左右,为嵌入式设备部署空纱筒识别模型提供了思路。

摘要：机器视觉导航是智慧农业的重要部分,无作物田垄的导航线检测是旱地移栽导航的关键。针对无作物田垄颜色信息相近、纹理差距小,传统图像处理方法适用性差、准确率低,语义分割算法检测速度慢、实时性差的问题,该研究提出一种基于改进DeepLabV3+的田垄分割模型。首先对传统DeepLabV3+网络进行轻量化设计,用MobileNetV2网络代替主干网络Xception,以提高算法的检测速度和实时性;接着引入CBAM(convolutional block attention module,CBAM)注意力机制,使模型能够更好地处理垄面边界信息;然后利用垄面边界信息获得导航特征点,对于断垄情况,导航特征点会出现偏差,因此利用四分位数对导航特征点异常值进行筛选,并采用最小二乘法进行导航线拟合。模型评估结果显示,改进后模型的平均像素精确度和平均交并比分别为96.27%和93.18%,平均检测帧率为84.21帧/s,优于PSPNet、U-Net、HRNet、Segformer以及DeepLabV3+网络。在不同田垄环境下,最大角度误差为1.2°,最大像素误差为9,能够有效从不同场景中获取导航线。研究结果可为农业机器人的无作物田垄导航提供参考。

摘要：为了提高纺织印染的染色成功率和自动化水平,设计了一种可溶性染液浓度在线检测装置,选用C12666MA微型光谱仪为检测器模块,STM32F407ZGT6芯片为处理器模块,对酸性大红B,酸性深蓝5R,酸性嫩黄G 3种染液分别进行实验,获取单色光透过染液的光强数据,通过光强数据建立浓度PLS(Partial Least Squares)模型,得到染液的浓度信息。实验结果表明:3种染液测得光强数据绘制成的光谱曲线,与海洋光学USB2000+光谱仪测得光谱曲线基本相同;染液浓度检测值与实际值的相对误差在5%之内,满足印染工厂实际生产的精度需求。该装置相比传统人工检测手段提高了纺织印染过程的自动化水平,保证了印染质量,可实现染液浓度的在线检测,具有重要的应用价值。

摘要：文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构,使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布,根据应变分布特性,设计了传感器的惠斯登电桥方案,推导了每个方向的输出电压公式。在此基础上,基于Box-Behnken响应面法开展弹性体结构的优化,以弹性体上应变片贴片位置的平均应变作为优化目标,通过多目标遗传算法得到最优设计参数,F_(x)、F_(y)、F_(z)、M_(x)、M_(y)、M_(z) 6个方向的平均应变分别是优化前的1.5833、1.5632、1.7338、1.5113、1.5109、2.171倍。进行样机制作,完成标定实验,使用最小二乘法求得解耦矩阵,通过解耦矩阵求得传感器的Ι类误差分别为0.18%、0.42%、0.41%、0.05%、0.49%、0.6%,ΙΙ类误差最大值为1.665%,精度高,维间耦合小,验证了该结构的可行性。

摘要：针对名优茶机械化采摘过程中侧芽无法采摘的问题,根据顶芽、侧芽及茶梗的相关参数并结合茶园环境设计了一种末端执行器,利用分体式刀具的刀齿弯曲变形适应茶梗的干扰从而采摘侧芽。通过有限元仿真刀具切割侧芽得到采摘成功率的影响因素为刀齿宽度、刀齿长度及刀具厚度;采用三因素三水平的中心组合设计与响应面分析法研究各因素对采摘成功率的交互影响;以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,确定各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为:刀齿长度、刀齿宽度、刀具厚度。以采摘成功率为目标对各试验因素进行优化,得到优化后的刀齿宽度、刀具厚度、刀齿长度分别为2.6、0.9、20.0 mm。采用优化后的参数进行茶园采摘试验,结果表明,末端执行器能够有效完成茶叶采摘工作,顶芽、侧芽采摘成功率分别为93%、63%,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。