番茄采摘机器人的在线输送分级集箱一体化装置设计与试验
这是一篇关于番茄采摘,柔性输送,在线分级,一体化设计,收获损伤的论文, 主要内容为近年来,我国番茄种植面积和年产量逐年增加,番茄采摘机器人研究正值热点,但大部分番茄采摘机器人离实现实用化和商品化还有一定的距离。一方面,现有研究的番茄采摘机器人大多需要采摘机械手夹持完成番茄采摘和集箱,集箱环节增加了采摘机械手的工作行程,致使采摘效率降低。另一方面,现有研究的番茄采摘机器人大多只实现番茄的采摘,并未对番茄进行在线分级,采摘完成后需要集中对番茄进行分级处理,致使番茄分级环节投入成本增加、番茄损伤风险加大,无法保证上市番茄的新鲜度和货架期。课题组预研制一款番茄采摘机器人,该机器人能够实现自动采摘、分级、集箱。本论文主要设计应用于该机器人的在线输送分级集箱一体化装置,该装置能够协助采摘机器人实现番茄在线输送分级集箱,实现采摘机器人的即采、即分、即集。该装置省去番茄采摘后机械手夹持集箱环节,提高采摘效率;省去番茄采摘后集中分级环节,降低投入成本,缩短番茄采收到上市的时间,提高上市番茄新鲜度和货架寿命。主要研究内容如下:(1)番茄外形尺寸分布规律统计及力学特性研究测量100个番茄样本的外形尺寸并进行统计分析,得出番茄外形尺寸特征均满足正态分布规律,为番茄在线输送分级集箱一体化装置结构设计提供数据支撑。对番茄进行力学特性分析,通过番茄压缩试验,得到番茄压缩力与形变量关系曲线,提出以番茄变形能为目标表征番茄损伤的评价方案,制定番茄损伤评价依据,番茄无损伤时最大变形能为51.88 m J。(2)番茄在线输送分级集箱一体化装置整体设计根据番茄在线输送分级集箱一体化装置设计要求,结合番茄种植农艺特性和生长状况,进行作业流程设计及装置整体结构设计,根据各单元具体设计要求对输送单元、分级单元、集箱单元及行走机架进行设计。(3)番茄在线输送分级集箱一体化装置结构设计与优化对番茄与缓冲轨道的接触碰撞过程进行运动学分析,并对番茄进行下落碰撞试验,得出影响番茄下落碰撞损伤的因素及番茄无损伤最大下落高度为40 cm,并结合缓冲轨道实际安装位置结构完成缓冲轨道的设计。基于Ansys Workbench对番茄在柔性管道内的输送过程进行瞬态动力学分析,得出番茄成功输送时的最小滚出速度对应的柔性输送管道相对高度h1、h2分别为25 mm、100 mm。对番茄进行滑动摩擦角试验,确定分级机构底面倾角设计为32°。基于Ansys Workbench对实现两次动能缓冲的番茄集箱过程进行瞬态动力学分析,以总变形能为评价目标,结合目标优化设计试验,确定最佳集箱方案为一级缓冲相对高度40 mm、二级缓冲倾斜角度30°、硅胶作为缓冲材料。基于Ansys Workbench对番茄与番茄间的碰撞过程进行仿真试验,得出在该集箱方案下两个番茄碰撞产生的总变形能为42.901 m J,番茄无损伤。(4)番茄在线输送分级集箱一体化装置控制系统设计根据控制系统设计要求制定控制系统设计方案,对关键电器元件进行选型。采用模块化设计方法,将控制系统分为上位机和下位机两部分,基于Win Form设计了带GUI功能的上位机控制软件,并完成串口通信配置。将下位机划分为分级控制系统和自走控制系统,分级控制系统实现对分级机构的分级控制,自走控制系统实现对整机的自走控制。对分级模组电机进行零点标定及分级试验脉冲数计算,开发设计了带S型加减速控制的下位机分级模块电机驱动控制子系统,最后完成控制系统电路设计与搭建。(5)番茄在线输送分级集箱一体化装置试验台搭建及分级试验搭建番茄在线输送分级集箱一体化装置试验台,在实验室环境下完成各模块调试工作,并对系统进行整体测试,以分级机构执行动作完成度、番茄分级速率、番茄损伤率作为评价指标进行分级试验。试验结果显示:分级机构执行动作完整,每个番茄的平均分级时间为1.82 s,最大行程下每个番茄的平均分级时间为2.57 s,远小于单果采摘周期(5～8 s),可满足机器人采摘速率要求。番茄损伤率为0%,该装置满足设计要求。
番茄采摘机器人的在线输送分级集箱一体化装置设计与试验
这是一篇关于番茄采摘,柔性输送,在线分级,一体化设计,收获损伤的论文, 主要内容为近年来,我国番茄种植面积和年产量逐年增加,番茄采摘机器人研究正值热点,但大部分番茄采摘机器人离实现实用化和商品化还有一定的距离。一方面,现有研究的番茄采摘机器人大多需要采摘机械手夹持完成番茄采摘和集箱,集箱环节增加了采摘机械手的工作行程,致使采摘效率降低。另一方面,现有研究的番茄采摘机器人大多只实现番茄的采摘,并未对番茄进行在线分级,采摘完成后需要集中对番茄进行分级处理,致使番茄分级环节投入成本增加、番茄损伤风险加大,无法保证上市番茄的新鲜度和货架期。课题组预研制一款番茄采摘机器人,该机器人能够实现自动采摘、分级、集箱。本论文主要设计应用于该机器人的在线输送分级集箱一体化装置,该装置能够协助采摘机器人实现番茄在线输送分级集箱,实现采摘机器人的即采、即分、即集。该装置省去番茄采摘后机械手夹持集箱环节,提高采摘效率;省去番茄采摘后集中分级环节,降低投入成本,缩短番茄采收到上市的时间,提高上市番茄新鲜度和货架寿命。主要研究内容如下:(1)番茄外形尺寸分布规律统计及力学特性研究测量100个番茄样本的外形尺寸并进行统计分析,得出番茄外形尺寸特征均满足正态分布规律,为番茄在线输送分级集箱一体化装置结构设计提供数据支撑。对番茄进行力学特性分析,通过番茄压缩试验,得到番茄压缩力与形变量关系曲线,提出以番茄变形能为目标表征番茄损伤的评价方案,制定番茄损伤评价依据,番茄无损伤时最大变形能为51.88 m J。(2)番茄在线输送分级集箱一体化装置整体设计根据番茄在线输送分级集箱一体化装置设计要求,结合番茄种植农艺特性和生长状况,进行作业流程设计及装置整体结构设计,根据各单元具体设计要求对输送单元、分级单元、集箱单元及行走机架进行设计。(3)番茄在线输送分级集箱一体化装置结构设计与优化对番茄与缓冲轨道的接触碰撞过程进行运动学分析,并对番茄进行下落碰撞试验,得出影响番茄下落碰撞损伤的因素及番茄无损伤最大下落高度为40 cm,并结合缓冲轨道实际安装位置结构完成缓冲轨道的设计。基于Ansys Workbench对番茄在柔性管道内的输送过程进行瞬态动力学分析,得出番茄成功输送时的最小滚出速度对应的柔性输送管道相对高度h1、h2分别为25 mm、100 mm。对番茄进行滑动摩擦角试验,确定分级机构底面倾角设计为32°。基于Ansys Workbench对实现两次动能缓冲的番茄集箱过程进行瞬态动力学分析,以总变形能为评价目标,结合目标优化设计试验,确定最佳集箱方案为一级缓冲相对高度40 mm、二级缓冲倾斜角度30°、硅胶作为缓冲材料。基于Ansys Workbench对番茄与番茄间的碰撞过程进行仿真试验,得出在该集箱方案下两个番茄碰撞产生的总变形能为42.901 m J,番茄无损伤。(4)番茄在线输送分级集箱一体化装置控制系统设计根据控制系统设计要求制定控制系统设计方案,对关键电器元件进行选型。采用模块化设计方法,将控制系统分为上位机和下位机两部分,基于Win Form设计了带GUI功能的上位机控制软件,并完成串口通信配置。将下位机划分为分级控制系统和自走控制系统,分级控制系统实现对分级机构的分级控制,自走控制系统实现对整机的自走控制。对分级模组电机进行零点标定及分级试验脉冲数计算,开发设计了带S型加减速控制的下位机分级模块电机驱动控制子系统,最后完成控制系统电路设计与搭建。(5)番茄在线输送分级集箱一体化装置试验台搭建及分级试验搭建番茄在线输送分级集箱一体化装置试验台,在实验室环境下完成各模块调试工作,并对系统进行整体测试,以分级机构执行动作完成度、番茄分级速率、番茄损伤率作为评价指标进行分级试验。试验结果显示:分级机构执行动作完整,每个番茄的平均分级时间为1.82 s,最大行程下每个番茄的平均分级时间为2.57 s,远小于单果采摘周期(5～8 s),可满足机器人采摘速率要求。番茄损伤率为0%,该装置满足设计要求。
一体化电能实时信息采集和管理分析系统的设计与实现
这是一篇关于一体化设计,需求侧,电能信息采集,管理,数据分析的论文, 主要内容为我国的电力需求侧管理技术研究与应用始于20世纪90年代左右,面对电力供不应求的状况,许多供电公司先后开展了负荷控制系统建设、变电站远抄系统、低压客户集中抄表等系统,为提高客户现场管理的实时化程度,开展电网损耗分析、有序用电、负荷预测等电力需求侧管理工作提供了有效的技术支持。 在特定历史条件下,这些现场管理系统的建设与广泛应用,为缓解电力供求紧张状况、实现有序用电、保证电网安全、确保重要负荷用电方面发挥了重大作用。但是,但随着电力供求关系的变化,电力体制改革的不断深化,竞争格局不断调整,这些各个历史时期分散建设的、以负荷控制为主的现场管理系统,在管理理念、整体集成、技术体系、系统功能、可扩展性、可维护性、可靠性等各方面都越来越难以满足需求,无法满足集团公司快速响应市场变化的需要,在一定程度上阻碍了营销管理服务水平向更高层次提高的步伐。 本文适时提出了建立覆盖各级电力公司集电能量信息采集、监控、负荷控制、电能量信息分析、决策于一体的一体化电能实时信息采集和管理分析系统,全面规范系统功能、技术架构和通讯规约,构建起一个信息高度共享、运转通畅、科学规范的实时数据采集与监控平台。 首先,本文在讨论一体化电能实时信息采集和管理分析系统项目背景和对其开发设计所面对问题的基础上,对系统的业务功能、数据应用等方面的需求进行了识别和分析,梳理出了系统的数据流程。在上述工作的基础上,识别并提出了系统的关键问题。 概要设计部分在需求分析的基础上,对系统的设计目标和原则进行了阐述,对系统从技术架构、功能架构和网络架构进行设计。 详细设计部分,基于概要设计完成的架构设计,对系统进行详细设计。其中着重介绍了作者参与的设计和开发的前置采集服务的详细设计,包括前置通信模块设计和规约解析设计。同时针对需求分析提出的关键问题给出了问题的解决方案。 然后介绍了系统的实现情况,主要介绍了作者参与实现的前置采集服务的实现内容。文章对前置采集服务的前置通信模块、数据处理模块和规约解析模块的实现过程和实现内容进行了详细的说明,并对其中关键技术实现和关键的业务流程进行了阐述。本章节也对应用功能的实现进行了介绍。 之后介绍了系统的测试情况,包括业务系统的功能测试和前置机系统的测试。 最后,对论文进行了总结,并指出了当前系统仍存在的不足。 本人作为主要设计人员参与了一体化电能实时信息采集和管理分析系统的分析、设计与代码实现工作,具体工作包括:参与系统总体设计、负责数据采集的需求分析、负责数据采集管理、前置采集服务的设计工作,参与前置采集服务的代码实现。 本人对系统整体有良好的把握,并对自己所负责技术有较为深刻的见解。本文论述整个系统的实现,并重点论述本人所参与的数据采集管理和前置采集服务系统需求分析、系统设计及代码实现工作。其中,前置采集服务中的通道代理设计和规约适配器设计是本人的创新性工作,解决了多种通道、多种通讯规约的终端设备的统一化接入问题。通过管道技术和观察者模式的应用实现,解决了海量数据实时处理和存储的问题。这两项技术不仅可以应用于本系统,对其他大型应用系统也具有很高的应用价值,并具有良好的发展前景。
无创在体鼻黏膜纤毛显微内窥镜成像系统设计
这是一篇关于鼻黏膜纤毛,硬性内窥镜,视向角,高分辨率,一体化设计的论文, 主要内容为鼻黏膜运动纤毛广泛分布于人体呼吸道黏膜表面,通过规律地朝特定方向摆动,实现清除黏膜表面黏液和病原微粒的防御功能,此功能的正常运行对于维持呼吸道及人体健康具有重要意义。当纤毛出现功能障碍会引发一系列病理表现,严重影响患者健康和生活质量,传统的纤毛运动评估方法存在有创性且无法如实反映在体实际运动状态。为了实现从前鼻孔进镜对鼻黏膜表面进行直接显微成像,从而进行无创性观察和测量在体鼻纤毛运动,设计了两种带有30°视向角的硬性显微内窥镜。首先,了解纤毛观察、内窥镜的研究现状,硬性内窥镜与显微镜系统组成及成像原理,根据所需要观察的鼻黏膜纤毛外形尺寸与内窥镜光学结构的特点,对系统参数进行确定。提出设计一款变焦硬性显微内窥镜光学系统设计,采用变焦适配器与目镜系统一体化设计方法等效为显微物镜系统。分别对物镜系统,中继系统,等效显微物镜系统进行单独设计,保证每部分成像质量均能达到衍射极限,再依次进行衔接优化,得到最终符合像质与公差要求的变焦硬性显微内窥镜。后来为了能够有效降低加工成本,提出对变焦硬性显微内窥镜结构进行修改,去除变焦适配器部分,改为定焦硬性显微内窥镜。在原物镜系统的基础上更换视向棱镜、削减镜片数量,使用现有样板中继系统替代原中继系统,在原目镜系统基础上改变焦距再次进行优化。物镜系统与中继系统一体化优化设计,进行像质评价与公差分析后与目镜系统衔接得到最终光学结构。最后,对所得定焦硬性显微内窥镜系统进行机械结构设计。本文所设计的变焦硬性显微内窥镜系统物方数值孔径为0.15,分辨率为272lp/mm,工作距离3.00mm,视向角30°,物面高度0.40mm,系统总长205.62mm,物方光学口径4.65mm,放大倍率6×～10×。所设计的定焦硬性显微内窥镜系统在原变焦系统参数的基础上改变其系统总长为170.33mm,物方光学口径为2.8mm。对其进行机械结构设计后所得系统总长为168.34mm,物方机械口径为6.0mm。此鼻黏膜纤毛显微内窥镜结合硬性内窥镜与显微镜优势,具有细口径,高分辨率,成放大像等特点,将可以避免取材造成的纤毛功能损害和受试者痛苦,极大地提高纤毛相关疾病的临床诊断能力,成为助益纤毛领域科研和临床工作的重要突破。
一体化电能实时信息采集和管理分析系统的设计与实现
这是一篇关于一体化设计,需求侧,电能信息采集,管理,数据分析的论文, 主要内容为我国的电力需求侧管理技术研究与应用始于20世纪90年代左右,面对电力供不应求的状况,许多供电公司先后开展了负荷控制系统建设、变电站远抄系统、低压客户集中抄表等系统,为提高客户现场管理的实时化程度,开展电网损耗分析、有序用电、负荷预测等电力需求侧管理工作提供了有效的技术支持。 在特定历史条件下,这些现场管理系统的建设与广泛应用,为缓解电力供求紧张状况、实现有序用电、保证电网安全、确保重要负荷用电方面发挥了重大作用。但是,但随着电力供求关系的变化,电力体制改革的不断深化,竞争格局不断调整,这些各个历史时期分散建设的、以负荷控制为主的现场管理系统,在管理理念、整体集成、技术体系、系统功能、可扩展性、可维护性、可靠性等各方面都越来越难以满足需求,无法满足集团公司快速响应市场变化的需要,在一定程度上阻碍了营销管理服务水平向更高层次提高的步伐。 本文适时提出了建立覆盖各级电力公司集电能量信息采集、监控、负荷控制、电能量信息分析、决策于一体的一体化电能实时信息采集和管理分析系统,全面规范系统功能、技术架构和通讯规约,构建起一个信息高度共享、运转通畅、科学规范的实时数据采集与监控平台。 首先,本文在讨论一体化电能实时信息采集和管理分析系统项目背景和对其开发设计所面对问题的基础上,对系统的业务功能、数据应用等方面的需求进行了识别和分析,梳理出了系统的数据流程。在上述工作的基础上,识别并提出了系统的关键问题。 概要设计部分在需求分析的基础上,对系统的设计目标和原则进行了阐述,对系统从技术架构、功能架构和网络架构进行设计。 详细设计部分,基于概要设计完成的架构设计,对系统进行详细设计。其中着重介绍了作者参与的设计和开发的前置采集服务的详细设计,包括前置通信模块设计和规约解析设计。同时针对需求分析提出的关键问题给出了问题的解决方案。 然后介绍了系统的实现情况,主要介绍了作者参与实现的前置采集服务的实现内容。文章对前置采集服务的前置通信模块、数据处理模块和规约解析模块的实现过程和实现内容进行了详细的说明,并对其中关键技术实现和关键的业务流程进行了阐述。本章节也对应用功能的实现进行了介绍。 之后介绍了系统的测试情况,包括业务系统的功能测试和前置机系统的测试。 最后,对论文进行了总结,并指出了当前系统仍存在的不足。 本人作为主要设计人员参与了一体化电能实时信息采集和管理分析系统的分析、设计与代码实现工作,具体工作包括:参与系统总体设计、负责数据采集的需求分析、负责数据采集管理、前置采集服务的设计工作,参与前置采集服务的代码实现。 本人对系统整体有良好的把握,并对自己所负责技术有较为深刻的见解。本文论述整个系统的实现,并重点论述本人所参与的数据采集管理和前置采集服务系统需求分析、系统设计及代码实现工作。其中,前置采集服务中的通道代理设计和规约适配器设计是本人的创新性工作,解决了多种通道、多种通讯规约的终端设备的统一化接入问题。通过管道技术和观察者模式的应用实现,解决了海量数据实时处理和存储的问题。这两项技术不仅可以应用于本系统,对其他大型应用系统也具有很高的应用价值,并具有良好的发展前景。
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