针对双向快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees-connect,RRT-Connect)算法的随机性强、搜索效率低、路径规划时间过长等问题,提出一种改进的RRT-Connect算法。该算法在起始点与目标点连线的中垂线上设置第三节点,采用高斯分...针对双向快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees-connect,RRT-Connect)算法的随机性强、搜索效率低、路径规划时间过长等问题,提出一种改进的RRT-Connect算法。该算法在起始点与目标点连线的中垂线上设置第三节点,采用高斯分布限制第三节点的采样区域,避免第三采样节点距离中点较远导致的路径冗余。算法通过第三节点分别向起始点和目标点生成2棵随机树,结合贪婪算法思想以及引入动态步长的方法,提高算法的规划效率。仿真结果表明,改进的RRT-Connect算法相较于传统RRT-Connect算法,平均运行时间缩短了48.7%,平均迭代次数减少了38.9%,平均路径长度减少了25.2%。另外,针对传统的九点标定法精度的问题,提出一种改进的九点标定方法,该方法通过获取机械臂在空间同一点的多组位姿计算机械臂第六轴长度,在已知机械臂各关节角和轴长情况下,计算得到机械臂末端执行器安装后第六轴的长度,从而提高手眼标定的精度。试验结果表明,改进的方法相较于传统九点标定法其精度平均提高了2.09%。最后,在机械臂平台验证改进的RRT-Connect算法和改进的九点标定法,试验结果表明,改进的RRT-Connect算法相较于DRRT-Connect(dynamicRRT-Connect)算法在路径规划总时间和总长度上分别减少了8.28%和4.79%,改进的九点标定法相较于传统的九点标定法抓取精度提高了3%。展开更多
为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标...为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标定研究。首先,通过物理堆积试验获取了壤土休止角(AoR)与含水率间的定量关系,由不同含水率土壤的堆积结果筛分出4种代表性堆积形态,由于水田壤土堆积体轮廓外形比较独特,因此仅对其左右两侧轮廓采用三次多项式进行局部拟合,计算其休止角。以长江中游地区水田壤土成因和预试验为依据来确定其离散元模型中9个参数的高低水平值,通过Plackett-Burman试验设计进行方差分析,发现壤土剪切模量、壤土间动摩擦因数、壤土与不锈钢间静摩擦因数和JKR表面能对AoR影响明显。然后,采用基于响应面法(RSM)原理的Box-Behnken试验设计(BBD)建立了AoR与4个显著性参数间的二次多项式回归模型。依据二次多项式回归模型对目标响应进行预测,得到最优参数组合。以此为基础对壤土AoR进行离散元仿真,AoR数值计算结果(45.4°)与试验结果(44.6°)相对误差为1.79%。最后,选取含水率分别为44.4%、48.7%的壤土进行堆积角仿真模拟,计算结果与堆积试验相对误差分别为2.8%、7.14%。研究表明:回归模型可以根据壤土含水率或AoR预测长江中游地区水田壤土的相关本征参数和接触参数。展开更多
[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆...[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。展开更多
为探究种植菌草的丘陵地区土壤间、土壤与移栽触土部件间相互作用的规律并获取其仿真参数,运用Hertz—Mindlin with JKR接触模型对特定的12%±1%和20%±1%的含水率土壤—移栽触土部件进行离散元参数标定。开展土壤堆积角物理试...为探究种植菌草的丘陵地区土壤间、土壤与移栽触土部件间相互作用的规律并获取其仿真参数,运用Hertz—Mindlin with JKR接触模型对特定的12%±1%和20%±1%的含水率土壤—移栽触土部件进行离散元参数标定。开展土壤堆积角物理试验、土球斜面滚动物理试验。以土壤颗粒间、土壤与移栽触土部件间的表面能、恢复系数、动摩擦系数、静摩擦系数为标定对象,设计旋转中心组合试验并以仿真的土壤堆积角、土球在65Mn板上滚动距离为响应值,采用Box—Behnken对试验数据回归分析,以实测的土壤堆积角、土球滚动距离为优化目标,采用两种典型含水率下土壤与触土材料(65Mn)的静摩擦系数为约束条件,得到两种典型含水率的土壤间、土壤与移栽触土部件的离散元参数:含水率分别为12%±1%、20%±1%时,土壤颗粒间表面能、恢复系数、动摩擦系数、静摩擦系数为11.042 J/m^(2)和11.851 J/m^(2)、0.412和0.574、0.093和0.129、0.994和1.009;土壤与触土部件表面能、恢复系数、动摩擦系数为5.046 J/m^(2)、8.026 J/m^(2),0.362、0.388和0.066、0.07。为验证优化后离散元参数的准确性,开展验证试验得:两种典型含水率土壤仿真、物理堆积角相对误差为0.96%、0.95%,仿真、物理滚动试验相对误差为0.52%、1%。结果表明,优化标定后的土壤模型参数能够仿真该地区真实的菌草土壤模型,可为菌草移栽械关键部件的设计与优化提供重要理论依据。展开更多
文摘针对双向快速随机扩展树(rapidly-exploring random trees-connect,RRT-Connect)算法的随机性强、搜索效率低、路径规划时间过长等问题,提出一种改进的RRT-Connect算法。该算法在起始点与目标点连线的中垂线上设置第三节点,采用高斯分布限制第三节点的采样区域,避免第三采样节点距离中点较远导致的路径冗余。算法通过第三节点分别向起始点和目标点生成2棵随机树,结合贪婪算法思想以及引入动态步长的方法,提高算法的规划效率。仿真结果表明,改进的RRT-Connect算法相较于传统RRT-Connect算法,平均运行时间缩短了48.7%,平均迭代次数减少了38.9%,平均路径长度减少了25.2%。另外,针对传统的九点标定法精度的问题,提出一种改进的九点标定方法,该方法通过获取机械臂在空间同一点的多组位姿计算机械臂第六轴长度,在已知机械臂各关节角和轴长情况下,计算得到机械臂末端执行器安装后第六轴的长度,从而提高手眼标定的精度。试验结果表明,改进的方法相较于传统九点标定法其精度平均提高了2.09%。最后,在机械臂平台验证改进的RRT-Connect算法和改进的九点标定法,试验结果表明,改进的RRT-Connect算法相较于DRRT-Connect(dynamicRRT-Connect)算法在路径规划总时间和总长度上分别减少了8.28%和4.79%,改进的九点标定法相较于传统的九点标定法抓取精度提高了3%。
文摘为研究农业机械与水田壤土间的相互作用,需获取水田壤土的物理及接触参数。结合物理堆积试验,以休止角作为响应值,采用离散元法(DEM)并选取Hertz-Mindlin with JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型对长江中游地区水田壤土展开参数标定研究。首先,通过物理堆积试验获取了壤土休止角(AoR)与含水率间的定量关系,由不同含水率土壤的堆积结果筛分出4种代表性堆积形态,由于水田壤土堆积体轮廓外形比较独特,因此仅对其左右两侧轮廓采用三次多项式进行局部拟合,计算其休止角。以长江中游地区水田壤土成因和预试验为依据来确定其离散元模型中9个参数的高低水平值,通过Plackett-Burman试验设计进行方差分析,发现壤土剪切模量、壤土间动摩擦因数、壤土与不锈钢间静摩擦因数和JKR表面能对AoR影响明显。然后,采用基于响应面法(RSM)原理的Box-Behnken试验设计(BBD)建立了AoR与4个显著性参数间的二次多项式回归模型。依据二次多项式回归模型对目标响应进行预测,得到最优参数组合。以此为基础对壤土AoR进行离散元仿真,AoR数值计算结果(45.4°)与试验结果(44.6°)相对误差为1.79%。最后,选取含水率分别为44.4%、48.7%的壤土进行堆积角仿真模拟,计算结果与堆积试验相对误差分别为2.8%、7.14%。研究表明:回归模型可以根据壤土含水率或AoR预测长江中游地区水田壤土的相关本征参数和接触参数。
文摘[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。
