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本專題三維框架結(jié)構(gòu)我共整理了9篇文章三維框架結(jié)構(gòu),，來自北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心,、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué),、中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心,、上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、上海交通大學(xué),、上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,、石河子大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位,。
文章包含農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合發(fā)展,、果蔬采摘機(jī)器手設(shè)計(jì)、自動(dòng)導(dǎo)航與測控技術(shù)的應(yīng)用,、天然橡膠割膠機(jī)器人,、白蘆筍采收機(jī)器人、畜禽舍防疫消毒機(jī)器人,、輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī),、中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系、油電混合果園自動(dòng)導(dǎo)航車控制器硬件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等內(nèi)容,。供大家閱讀、參考,。
專題--農(nóng)業(yè)機(jī)器人與智能裝備
Topic--Agricultural Robot and Intelligent Equipment
[1]陳學(xué)庚, 溫浩軍, 張偉榮, 潘佛雛, 趙巖. 農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合發(fā)展現(xiàn)狀與方向[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 1-16.
CHEN Xuegeng, WEN Haojun, ZHANG Weirong, PAN Fochu, ZHAO Yan. Advances and progress of agricultural machinery and sensing technology fusion[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 1-16.
摘要： 為理清國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合發(fā)展現(xiàn)狀三維框架結(jié)構(gòu),，找到重點(diǎn)發(fā)展方向，借此大力推進(jìn)中國農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展,，本文首先分析了國外農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合發(fā)展的現(xiàn)狀,，總結(jié)了其發(fā)展的五大特點(diǎn)。之后指出中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展雖然成效顯著，但仍存在農(nóng)機(jī)信息化融合的區(qū)域及結(jié)構(gòu)發(fā)展不平衡,、企業(yè)和農(nóng)民對農(nóng)業(yè)機(jī)械信息化的認(rèn)可度還不高,、基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研究薄弱、農(nóng)機(jī)作業(yè)信息系統(tǒng)管理水平不高且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問題,。最后提出了中國農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合發(fā)展的方向,，包括促進(jìn)智能感知技術(shù)發(fā)展與導(dǎo)航技術(shù)研究、推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備智能化,、構(gòu)建農(nóng)機(jī)智慧作業(yè)系統(tǒng),、推進(jìn)農(nóng)機(jī)自主作業(yè)技術(shù)研究與無人農(nóng)場建設(shè)、加強(qiáng)農(nóng)機(jī)信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定與復(fù)合型人才培養(yǎng)等,。農(nóng)業(yè)機(jī)械與信息技術(shù)融合是中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然趨勢,，利用信息技術(shù)促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，能夠最大化發(fā)揮信息技術(shù)的引導(dǎo)效應(yīng),，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，對于推進(jìn)中國農(nóng)業(yè)機(jī)械高質(zhì)高效發(fā)展具有重要意義,。
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[2]吳劍橋, 范圣哲, 貢亮, 苑進(jìn), 周強(qiáng), 劉成良. 果蔬采摘機(jī)器手系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 17-40.
WU Jianqiao, FAN Shengzhe, GONG Liang, YUAN Jin, ZHOU Qiang, LIU Chengliang. Research status and development direction of design and control technology of fruit and vegetable picking robot system[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 17-40.
摘要： 鮮食果蔬收獲是難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié),，高效低損采摘也是農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域中的難題,，導(dǎo)致目前市場化的自動(dòng)化果蔬采摘裝備生產(chǎn)應(yīng)用幾乎空白,。針對鮮食果蔬采摘需求,，為改善人工采摘費(fèi)時(shí)費(fèi)力,、效率低下,、自動(dòng)化程度低的問題，近30年來,，國內(nèi)外學(xué)者設(shè)計(jì)了一系列自動(dòng)化采摘設(shè)備,，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,。在研發(fā)鮮食果蔬采摘設(shè)備時(shí),，首先要確定采收對象和采收場景,，針對作物的生長位置,、形狀和重量、場景的復(fù)雜程度,、所需自動(dòng)化程度,，通過復(fù)雜度預(yù)估、力學(xué)特性分析、姿態(tài)建模等方式,，明確農(nóng)業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)需求,。其次，作為整個(gè)采摘?jiǎng)幼鞯暮诵膱?zhí)行者,，采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)尤為重要,。本文對采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類，總結(jié)了末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)流程與方法,，闡述了常見的末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方式,、切割方案,，并對果實(shí)收集機(jī)構(gòu)進(jìn)行了概括,。再次，本文概述了采摘機(jī)器人的總體控制方案,、識(shí)別定位方法,、避障方法及自適應(yīng)控制方案、品質(zhì)分類方法以及人機(jī)交互,、多機(jī)協(xié)作方案,。為了總體評(píng)價(jià)采摘機(jī)器人的性能，本文還提出了平均采摘效率,、長期采摘效率,、采收質(zhì)量、損傷率和漏采率指標(biāo),。最后,，本文對自動(dòng)化采摘機(jī)械的總體發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，指明了采摘機(jī)器手系統(tǒng)將向著采摘目標(biāo)場景通用化,、結(jié)構(gòu)形式多樣化,、全自動(dòng)化、智能化,、集群化方向發(fā)展的趨勢,。
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[3]王春雷, 李洪文, 何進(jìn), 王慶杰, 盧彩云, 陳立平. 自動(dòng)導(dǎo)航與測控技術(shù)在保護(hù)性耕作中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 41-55.
WANG Chunlei, LI Hongwen, HE Jin, WANG Qingjie, LU Caiyun, CHEN Liping. State-of-the-art and prospect of automatic navigation and measurement techniques application in conservation tillage[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 41-55.
摘要： 實(shí)現(xiàn)智能化是提升保護(hù)性耕作機(jī)具作業(yè)質(zhì)量和效率的重要途徑，自動(dòng)導(dǎo)航與測控技術(shù)作為智能化技術(shù)的重要組成部分,，近年來在保護(hù)性耕作中的應(yīng)用發(fā)展迅速,。本文首先從接觸式、機(jī)器視覺式和GNSS式三種免少耕播種自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)入手,，闡述了自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)在保護(hù)性耕作中的應(yīng)用現(xiàn)狀,；然后對作業(yè)參數(shù)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括地表秸稈覆蓋率的快速檢測技術(shù),、免少耕播種機(jī)播種參數(shù)監(jiān)測技術(shù)及保護(hù)性耕作機(jī)具作業(yè)面積監(jiān)測技術(shù),；之后闡述了保護(hù)性耕作機(jī)具作業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,，主要介紹了免少耕播種機(jī)漏播補(bǔ)償控制技術(shù)和作業(yè)深度控制技術(shù)。最后在總結(jié)自動(dòng)導(dǎo)航與測控技術(shù)在保護(hù)性耕作中現(xiàn)有應(yīng)用的基礎(chǔ)上,，展望了未來保護(hù)性耕作機(jī)具自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù),、作業(yè)參數(shù)監(jiān)測技術(shù)和保護(hù)性耕作機(jī)具作業(yè)控制技術(shù)三者的研究方向。
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[4]周航, 張順路, 翟毅豪, 王松, 張春龍, 張俊雄, 李偉. 天然橡膠割膠機(jī)器人視覺伺服控制方法與割膠試驗(yàn)[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 56-64.
ZHOU Hang, ZHANG Shunlu, ZHAI Yihao, WANG Song, ZHANG Chunlong, ZHANG Junxiong, LI Wei. Vision servo control method and tapping experiment of natural rubber tapping robot[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 56-64.
摘要： 自動(dòng)化割膠不僅可以把膠工從繁重的體力勞動(dòng)和惡劣的工作環(huán)境中解放出來,，還能降低對膠工的技術(shù)依賴,，極大地提高生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下作業(yè)信息自主獲取及割膠位置伺服控制是割膠機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù),。針對工作環(huán)境復(fù)雜多變、作業(yè)信息疊加交互,、目標(biāo)背景特征相近、亞毫米級(jí)作業(yè)精度要求等技術(shù)難點(diǎn),，本研究以人工橡膠林中橡膠樹為割膠對象研發(fā)割膠機(jī)器人,，通過建立割膠軌跡的空間數(shù)學(xué)模型，規(guī)劃機(jī)器人快速接近和遠(yuǎn)離操作空間的**路徑,；采用雙目立體視覺技術(shù)獲取樹干和割線結(jié)構(gòu)參數(shù),，融合機(jī)器人**學(xué)、機(jī)器視覺技術(shù)和多傳感器反饋控制技術(shù)研制了割膠機(jī)器人模塊化樣機(jī),。割膠機(jī)器人主要由軌道式機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái),、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂,、雙目立體視覺系統(tǒng)和末端執(zhí)行器等組成。在海南天然橡膠林進(jìn)行的割膠試驗(yàn)結(jié)果表明,，在割膠機(jī)器人切割1 mm厚的橡膠樹皮時(shí),，耗皮量誤差約為0.28 mm,，切割深度誤差約為0.49 mm。該研究可為 探索 天然橡膠樹的自動(dòng)化割膠作業(yè)提供技術(shù)參考,。
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[5]李揚(yáng), 張萍, 苑進(jìn), 劉雪美. 白蘆筍采收機(jī)器人視覺定位與采收路徑優(yōu)化方法[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 65-78.
LI Yang, ZHANG Ping, YUAN Jin, LIU Xuemei. Visual positioning and harvesting path optimization of white asparagus harvesting robot[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 65-78.
摘要： 依據(jù)筍芽出土狀態(tài)的選擇性收獲是目前白蘆筍公認(rèn)的最佳收獲方式,。針對采收過程中機(jī)器視覺識(shí)別筍尖存在筍尖與壟面紋理和顏色相近等識(shí)別難題,，本研究提出了一種變尺度感興趣區(qū)域（ROI）檢測方法，融合圖像色域變換,、直方圖均值化,、形態(tài)學(xué)和紋理濾波等技術(shù),，研究了筍尖識(shí)別與精準(zhǔn)定位方法,；在定位多筍尖坐標(biāo)基礎(chǔ)上,，提出了多筍芽的采收路徑優(yōu)化方法,，解決了因采收路徑不合理導(dǎo)致的采收效率低的問題,。首先，通過機(jī)器人視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集采收區(qū)域圖像并進(jìn)行RGB三通道高斯濾波,，采用HSV色域變換并進(jìn)行直方圖均值化處理,。在此基礎(chǔ)上，對筍尖,、土壤進(jìn)行特征聚類分析,，根據(jù)筍芽抽發(fā)程度研究變尺度ROI檢測方法,，對采集圖像中筍尖的形態(tài)學(xué)以及筍尖和土壤的紋理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，設(shè)定筍尖的似圓度閾值,，并參考紋理特征參數(shù)，判定筍尖位置,，計(jì)算其幾何中心，獲得筍尖輪廓中心坐標(biāo),。其次,，為實(shí)現(xiàn)白蘆筍的高效采收,，根據(jù)多目標(biāo)點(diǎn)與集箱點(diǎn)的位置分布，本研究設(shè)計(jì)了一種基于多叉樹遍歷的采收路徑優(yōu)化算法,，以獲得多個(gè)目標(biāo)筍尖的最優(yōu)采收路徑,。最后，搭建采收機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)開展了筍尖定位與采收驗(yàn)證性試驗(yàn),。結(jié)果表明,，視覺系統(tǒng)對白蘆筍的識(shí)別率可達(dá)98.04%,，筍尖輪廓中心坐標(biāo)的定位最大誤差X方向?yàn)?.879 mm,，Y方向?yàn)?.882 mm，采收筍的個(gè)數(shù)在不同情況下,，采用路徑優(yōu)化后的末端執(zhí)行器**距離平均可節(jié)省43.89%，末端執(zhí)行器定位成功率達(dá)到100%,，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的白蘆筍采收率達(dá)到88.13%,，驗(yàn)證了采用視覺定位的白蘆筍采收機(jī)器人選擇性采收的可行性。
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[6]馮青春, 王秀, 邱權(quán), 張春鳳, 李斌, 徐瑞峰, 陳立平. 畜禽舍防疫消毒機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 79-88.
FENG Qingchun, WANG Xiu, QIU Quan, ZHANG Chunfeng, LI Bin, XU Ruifeng, CHEN Liping. Design and test of disinfection robot for livestock and poultry house[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 79-88.
摘要： 針對畜禽養(yǎng)殖防疫消毒勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差的問題,，設(shè)計(jì)了防疫消毒機(jī)器人系統(tǒng),，以實(shí)現(xiàn)畜禽舍防疫消毒噴霧的智能化作業(yè)。機(jī)器人系統(tǒng)由移動(dòng)承載平臺(tái),、防疫噴霧部件,、環(huán)境監(jiān)測傳感器以及控制器等4部分構(gòu)成，支持全自動(dòng)運(yùn)行和遙控操作2種工作模式,。針對畜禽舍內(nèi)弱光、低應(yīng)激的工況條件,，提出了“磁標(biāo)-射頻識(shí)別”組合的導(dǎo)航路徑探測方法,，實(shí)現(xiàn)在畜禽舍內(nèi)養(yǎng)殖籠架間的自主移動(dòng)。設(shè)計(jì)了風(fēng)助式藥液噴嘴,，可同步實(shí)現(xiàn)消毒藥液的霧化和擴(kuò)散,。通過對噴嘴內(nèi)腔風(fēng)場進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)仿真，對噴嘴氣體導(dǎo)流和藥液霧化部件結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),，確定了錐形導(dǎo)流墊塊和霧化柵板的傾角分別為75 和90 ,。最后,，在禽舍內(nèi)對機(jī)器人導(dǎo)航和噴霧性能進(jìn)行了現(xiàn)場測試。試驗(yàn)結(jié)果表明,，機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)可滿足0.1~0.5 m/s速度范圍的自動(dòng)巡線導(dǎo)航，其實(shí)際軌跡相對磁釘標(biāo)記的最大偏移量為50.8 mm,；風(fēng)助式噴嘴可適用于200~400 mL/min流量的藥液噴灑,，形成的霧滴直徑（DV.9）為51.82~137.23 μm，霧滴沉積密度為116~149 個(gè)/cm2,。本畜禽舍防疫消毒機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖舍內(nèi)消毒和免疫藥液的智能化噴霧作業(yè),。
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[7]丁幼春, 王緒坪, 彭靖葉, 夏中州. 輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 89-102.
DING Youchun, WANG Xuping, PENG Jingye, XIA Zhongzhou. Visual navigation system for wheel-type grain combine harvester[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 89-102.
摘要： 為提高聯(lián)合收獲機(jī)收獲質(zhì)量與效率，構(gòu)建了輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)視覺導(dǎo)航控制系統(tǒng),，結(jié)合OpenCV設(shè)計(jì)了谷物收獲邊界直線檢測算法識(shí)別水稻田間已收獲區(qū)域與未收獲區(qū)域邊界,，經(jīng)預(yù)處理,、二次邊緣分割和直線檢測等得到聯(lián)合收獲機(jī)視覺導(dǎo)航作業(yè)前視目標(biāo)路徑，并根據(jù)前視路徑相對位置信息進(jìn)行田間動(dòng)態(tài)標(biāo)定獲得聯(lián)合收獲機(jī)滿幅收獲作業(yè)狀態(tài),；提出了一種基于前視點(diǎn)的直線路徑跟蹤控制方法,，通過預(yù)糾偏控制實(shí)現(xiàn)維持滿割幅的同時(shí)防止作物漏割,，以相對位置偏差值和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向后輪轉(zhuǎn)角作為視覺導(dǎo)航控制器的輸入，并根據(jù)糾偏策略對應(yīng)輸出轉(zhuǎn)向輪控制電壓大小,。稻田試驗(yàn)結(jié)果表明，該導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輪式聯(lián)合收獲機(jī)田間相對位置姿態(tài)的可靠采集及目標(biāo)直線路徑跟蹤控制的穩(wěn)定執(zhí)行，在田間照度符合人眼正常工作的情況下,，收獲邊界識(shí)別算法檢測準(zhǔn)確率不低于96.28%,，單幀檢測時(shí)間50 ms以內(nèi),；以不產(chǎn)生漏割為前提的視覺導(dǎo)航平均割幅率為94.16%,，隨作業(yè)行數(shù)增多,，割幅一致性呈提高趨勢,。本研究可為聯(lián)合收獲機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航滿割幅作業(yè)提供技術(shù)支撐。
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[8]胡小鹿, 梁學(xué)修, 張俊寧, 梅岸君, 呂程序. 中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系框架構(gòu)建與研制建議[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 116-123.
HU Xiaolu, LIANG Xuexiu, ZHANG Junning, MEI Anjun, LYU Chengxu. Construction of standard system framework for intelligent agricultural machinery in China[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 116-123.
摘要： 針對中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)化工作中缺乏系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)的問題,，本研究構(gòu)建了中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系框架。首先從標(biāo)準(zhǔn)體系,、具體標(biāo)準(zhǔn),、國際化水平等方面分析了中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及存在問題；依托智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系框架構(gòu)建的目標(biāo)及原則,，總結(jié)了級(jí)別,、約束力、通用性,、性質(zhì),、對象、標(biāo)準(zhǔn)類別,、參考模型,、行業(yè)分類、產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)等構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)體系框架的維度,。之后利用級(jí)別,、類別、產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)構(gòu)建了中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)體系三維框架結(jié)構(gòu),，并將其二維分解為基礎(chǔ)層,、共性通用層和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)印Ｗ詈筇岢隽酥袊悄苻r(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)研究與編制的建議,。本研究可為中國智能農(nóng)機(jī)裝備標(biāo)準(zhǔn)的制修訂,、實(shí)施與服務(wù)提供系統(tǒng)性指導(dǎo)，引領(lǐng)中國智能農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,。
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[9]吳應(yīng)新, 吳劍橋, 楊雨航, 李沐桐, 甘玲, 貢亮, 劉成良. 油電混合果園自動(dòng)導(dǎo)航車控制器硬件在環(huán)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2020, 2(4): 149-164.
WU Yingxin, WU Jianqiao, YANG Yuhang, LI Mutong, GAN Ling, GONG Liang, LIU Chengliang. Design and application of hardware-in-the-loop simulation platform for AGV controller in hybrid orchard[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(4): 149-164.
摘要： 果園由于面積范圍廣,、地形復(fù)雜、壕溝多、雜草叢生,、土壤濕度較高且土質(zhì)較為疏松,，對自動(dòng)導(dǎo)航小車（AGV）的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng),，以及能源動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求,。混合動(dòng)力AGV小車可以滿足果園中長距離移動(dòng)的需求,。為 探索 合適的混合動(dòng)力AGV控制系統(tǒng)算法以及能量管理策略,，同時(shí)減少設(shè)計(jì)過程中由于果園地形復(fù)雜導(dǎo)致的控制器設(shè)計(jì)驗(yàn)證迭代、需求多樣化問題帶來的人力,、物力,，以及時(shí)間成本，本研究針對果園面積廣的特點(diǎn),，選擇串聯(lián)式油電混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行AGV動(dòng)力能源系統(tǒng)模型的搭建,。另外，針對果園AGV需要適應(yīng)地形范圍廣的特點(diǎn),，采用履帶車模型結(jié)構(gòu),，利用硬件在環(huán)仿真技術(shù)，以樹莓派作為控制系統(tǒng)搭載控制算法實(shí)物,，利用Matlab和RecurDyn軟件建立包含能源動(dòng)力系統(tǒng),、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、履帶車行駛部分模型以及路面模型的系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真模型,，最終實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)式混合動(dòng)力AGV控制器硬件在環(huán)仿真功能,。基于串級(jí)比例積分微分（PID）以及模糊控制器控制算法的仿真驗(yàn)證表明,，模糊控制器控制算法能夠減少參數(shù)調(diào)節(jié)帶來的時(shí)間成本,，在轉(zhuǎn)向角度小時(shí)響應(yīng)速度加快了50%，在轉(zhuǎn)向角度大時(shí)串級(jí)PID控制器產(chǎn)生了10%的超調(diào),，而模糊控制器無超調(diào),，轉(zhuǎn)向更加平穩(wěn)。結(jié)果表明硬件在環(huán)仿真平臺(tái)能夠有效地應(yīng)用于果園AGV控制器的開發(fā),，避免了控制實(shí)物試驗(yàn),，在降低成本的同時(shí)可以加快果園自動(dòng)導(dǎo)航小車的開發(fā)過程。
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如何用matlab求三維框架結(jié)構(gòu)
如何用matlab求運(yùn)貨車三維框架結(jié)構(gòu)的受力分析？
求解方法有,，方法①結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的知識(shí),，利用拆桿法對各支桿進(jìn)行受力分析，然后求出運(yùn)貨車上各支桿的應(yīng)力和撓度,；方法②使用有限元法求解，有限元方法是結(jié)構(gòu)分析的一種計(jì)算方法,，由于該方法以矩陣計(jì)算方法為基礎(chǔ),，用matlab來處理計(jì)算是最合適的一種軟件。
用有限元法求解思路如下：
第一步：按單元剖分原則,，把運(yùn)貨車框架結(jié)構(gòu)分解成若干個(gè)梁單元,。
第二步：對各單元進(jìn)行分析，列出各單元的剛陣【K】i,對于有角度關(guān)系的需要進(jìn)行單元坐標(biāo)變換,。
第三步：單元綜合,。把各單元組合起來，形成原結(jié)構(gòu)的整體,，求出結(jié)構(gòu)的總剛陣【K】=Σ【K】i,，總外力列陣【F】,總位移列陣【q】。
第四步：利用邊界條件（如固定支點(diǎn),，其變形量為零）,，減縮方程組（劃去變形量為零所在的行和列）。
第五步：由【q】=【K】^(-1)【F】方程,，求解各單元的各單元的,。
第六步：由【F】=【K】【q】方程，求解各單元的支反力,。
第七步：由材料力學(xué)的應(yīng)力公式,，求解各單元的應(yīng)力。
根據(jù)上述步驟,，編寫matlab運(yùn)行程序,，是可以得到其各單元的各單元的,、支反力和應(yīng)力。
由于題主沒有提供具體的單元尺寸和材料特性（E,，G）,所以無法給出計(jì)算結(jié)果,。
建筑設(shè)計(jì)飄積原理是什么
迪拜美國大學(xué)研究、創(chuàng)新和設(shè)計(jì)中心主任喬治·卡查米（Georges Kachaamy）教授提出的“上升的綠洲”（Rising Oases）項(xiàng)目描繪三維框架結(jié)構(gòu)了一個(gè)可能的未來三維框架結(jié)構(gòu),，城市里有平臺(tái),，人們可以把自己從日常的束縛中解放出來。建筑師關(guān)于城市街道上空無約束空間的設(shè)想可能看起來有些牽強(qiáng),，但當(dāng)人們意識(shí)到這些可能性時(shí),，就會(huì)真正地相信，這些可能性并不遙遠(yuǎn),。
“上升的綠洲”
飄浮建筑的潛在好處是多種多樣的,。超越空間限制可以實(shí)現(xiàn)更有效的規(guī)劃，減少建設(shè)所需的土地,，減少對可以保留或擴(kuò)大的綠地的壓力,。飄浮建筑還可以增強(qiáng)對地震和洪水等自然災(zāi)害的抵御能力。在繁忙的城市中,，漂浮建筑是解決空間限制的潛在方案,，也是增強(qiáng)抵御自然災(zāi)害能力的一種手段。
飄浮建筑可以提供可持續(xù)的解決方案
近年來人們對飄浮建筑的興趣和創(chuàng)新不斷增長,。目前的飄浮系統(tǒng)利用的是磁懸浮,，適用于無摩擦的高速列車——通過兩塊相反的磁鐵來提升物體。磁懸浮電梯的發(fā)展是另一個(gè)令人鼓舞的跡象,，而且一個(gè)問題也得到了解決,。這是訪問飄浮架構(gòu)的方法之一，也可能是未來對于飄浮建筑創(chuàng)建的一個(gè)有效思考途經(jīng)或切入點(diǎn),。
營造飄浮的效果
飄浮建筑現(xiàn)階段來看,，的確是一個(gè)需要不斷探索的構(gòu)想，但它希望創(chuàng)造更多空間的理念是可以運(yùn)用在設(shè)計(jì)中的,。三維框架結(jié)構(gòu)我們現(xiàn)在所能達(dá)到的技術(shù)支持,，可能是盡可能地減少主題與地面間的支撐，運(yùn)用最少的材料和能耗在主體和地面間增加可能空間,，以一種視覺效果來實(shí)現(xiàn)建筑的飄浮,。
下面這個(gè)方案靈感來源于芬蘭典型的地形，那里的一個(gè)空洞是由埋藏的冰川融化形成的,。該方案旨在創(chuàng)建一個(gè)包含靈活的組織系統(tǒng)的大膽的博物館,。博物館以民族浪漫主義建筑為特色，是對工業(yè)化和機(jī)械生產(chǎn)的回應(yīng),。設(shè)計(jì)體現(xiàn)了對象飄浮在景觀中的精神,。
下部建筑在功能上與上部建筑相互連接,，在視覺上相互分離。設(shè)計(jì)還將大部分功能置于地下,，允許保留現(xiàn)有的地上公園,，同時(shí)通過反射性的建筑語言建立上下結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。
半透明的立面賦予體量短暫的云狀外觀,。通過提升體量作為一個(gè)懸浮體,，一個(gè)看似下沉的房間被創(chuàng)建，將方案分為兩個(gè)個(gè)層次,。上層成為了整個(gè)建筑的“形象”表達(dá),。下層是一個(gè)公園，利用地面與下沉的大堂形成物理聯(lián)系,。靈活的展覽空間布局可以很容易地連接或分離,，允許多種安排。
實(shí)際上,，地理是不斷變化的,，我們生活在變化之中，而不是靜態(tài)的環(huán)境中,。建筑需要融入變化的動(dòng)力,，而不是把它們視為生活和進(jìn)步的障礙。建筑如何與氣候變化相聯(lián)系是至關(guān)重要的,，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到潛在的災(zāi)難。在未來,，城市棲息地很有可能會(huì)上升和飄浮,。
例如面對未來海平面上升，漂浮的預(yù)制生活單元將由桅桿系在現(xiàn)有社區(qū)受威脅的海岸線內(nèi),，作為維持居住的一種手段,。拴著的模塊可以逐漸上升，同時(shí)仍然保持在基地附近,。居民使用的桅桿作為一個(gè)調(diào)諧儀器,，以調(diào)整緊張，以平衡振蕩和避免**,。在惡劣天氣時(shí)期,，多個(gè)單元可能會(huì)連接在一起，以獲得更好的穩(wěn)定性,，從而產(chǎn)生一種新的社區(qū)和睦鄰習(xí)慣,。
未來的飄浮建筑
在我們的作品集制作過程中，未來建筑是一個(gè)能夠表達(dá)發(fā)散性設(shè)計(jì)思維的選題,，而飄浮建筑的設(shè)計(jì)方法十分新穎也充滿挑戰(zhàn),。通過了解了飄浮建筑設(shè)計(jì)的目的和對于城市未來發(fā)展的優(yōu)勢,，以及打造飄浮效果的可能方式，解下來就讓我們從幾個(gè)具體的學(xué)術(shù)案例,，看看飄浮建筑是如何體現(xiàn)在作品集中的,。
光公園摩天樓
世界主要城市人口的迅速增長導(dǎo)致了貧窮的發(fā)展和嚴(yán)重的城市設(shè)計(jì)問題，包括缺乏基礎(chǔ)設(shè)施,、住房和娛樂場所,。在北京，這個(gè)歷史中心的大部分已經(jīng)被拆除,。在這個(gè)擁擠的城市,，為居民提供稀缺的綠色和娛樂空間的一個(gè)方法是建造一座飄浮在地面上的摩天大樓，將新的開發(fā)項(xiàng)目帶到空中,。
光公園之所以能飄在空中,，要?dú)w功于它頂部的一個(gè)蘑菇狀的氦氣球。公園,、**場,、綠色房屋、餐廳和其他用途的綱領(lǐng)性平臺(tái)通過加固鋼索從結(jié)構(gòu)頂部懸掛;平臺(tái)圍繞球罐向不同方向旋轉(zhuǎn)以平衡其重量,。這些樓板也是錯(cuò)開的,，以最大限度地暴露在每一層的陽光下。半透明的太陽能板覆蓋在容器的頂部,，為下面的使用提供動(dòng)力,，而集水器也位于頂部，直接向過濾器沉淀,，將干凈的水輸送到整個(gè)結(jié)構(gòu)中,。
旅游用螺旋摩天大樓
旅游是一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，它使人們在世界各地遇到新的經(jīng)歷,。它為全球經(jīng)濟(jì)作出了重大貢獻(xiàn),，為當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)率帶來了好處，同時(shí)也為文化交流提供了機(jī)會(huì),。然而,，眾多人在季節(jié)性決定的時(shí)間段內(nèi)流動(dòng)，造成了對住房的巨大需求,。這種需求在城市和環(huán)境層面上都存在問題,。對于大多數(shù)旅游目的地來說，需求在一年中的某些時(shí)候會(huì)激增,。傳統(tǒng)的模式是建造酒店等接待設(shè)施來滿足這種需求,。但旺季之外，為了減少維護(hù)和資源成本,，它們通常會(huì)被關(guān)閉,。不幸的是,，對于重新改造為旅游目的地的定居點(diǎn)來說，其影響是重大和有害的,。
該方案的重點(diǎn)是找到更好的旅游住宿設(shè)計(jì)方案,，首先調(diào)查了旅游對卡帕多西亞的影響，卡帕多西亞是土耳其著名的旅游目的地,，以其獨(dú)特的地質(zhì)和文化歷史而聞名,。該方案提出了一種靈活的、可定制的,、臨時(shí)的住宿形式,。摩天大樓由獨(dú)立的單元組成，由氦氣球支撐,，可以根據(jù)一般需求和游客的具體需求進(jìn)行調(diào)整,。當(dāng)游客在一個(gè)特定地點(diǎn)的旺季繼續(xù)到達(dá)時(shí)，更多的單元可以堆疊在一起形成一個(gè)集群,。
為了使擬議的摩天大樓得到最佳的調(diào)整,，最合理和最適宜的結(jié)構(gòu)是螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋形的形式最大化了幾何形狀的潛在靈活性,。當(dāng)作為一個(gè)螺旋裝配時(shí),，單元能夠支持表面上的連續(xù)性。螺旋形摩天大樓的大小和形狀也將作為一個(gè)視覺指標(biāo),。一旦旺季結(jié)束,，需求下降，這些集群就會(huì)遷移到另一個(gè)旺季即將來臨的地區(qū),。因此,，擬議中的摩天大樓能夠尊重特定地區(qū)的旅游周期，而不會(huì)在旅游季節(jié)結(jié)束時(shí)破壞當(dāng)?shù)丨h(huán)境,。由于沒有留下永久性的定居點(diǎn)，擬議中的摩天大樓可以在全年的遷移過程中不斷地被重復(fù)使用,、調(diào)整和重新適應(yīng),。該設(shè)計(jì)為游客住宿提供了一個(gè)可持續(xù)的解決方案。
空中的垂直監(jiān)獄
一些研究表明,，刑滿釋放的犯罪率非常高,，罪犯的監(jiān)禁只是暫時(shí)的解決辦法，因?yàn)樗麄儧]有機(jī)會(huì)在一個(gè)理想的社區(qū)康復(fù),。這個(gè)項(xiàng)目探討了在天空中創(chuàng)建一個(gè)垂直監(jiān)獄的可能性,，囚犯將在一個(gè)社區(qū)工作和生活，為下面的主辦城市做出貢獻(xiàn),。監(jiān)獄里有農(nóng)田,、工廠和可循環(huán)利用的工廠,，罪犯可以利用這些工廠回饋社會(huì)。他們將“自由地”生活,，直到服刑期滿并準(zhǔn)備重返社區(qū),。垂直監(jiān)獄有自己的運(yùn)輸系統(tǒng)，由不同的“隔”組成,，供官員,、囚犯、消防員和其他工人使用,。
飄浮的PH值調(diào)節(jié)器
歐洲自1750年以來爆發(fā)的工業(yè)革命,，不可避免地帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。最明顯的后果是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢物所造成的酸沉積,。由于大量使用化石燃料,，加之交通繁忙，SO2和NOX將大氣的PH值控制在5.6以下,。這些酸性物質(zhì)逐漸沉淀到地表,，對植物、建筑和人類造成了極大的危害,。該項(xiàng)目旨在以溫和的方式管理酸沉降,，最終將污染物轉(zhuǎn)化為重慶地區(qū)可利用的資源。
該項(xiàng)目將建在200-300米高的酸性污染物聚集的地方,。在建筑頂部充滿氫氣的氣囊提供了浮力,。附著在氣囊上的多孔膜可以吸附酸霧等酸性物質(zhì)，將其收集到核心凈化器中,，與固氮微生物通過生物作用產(chǎn)生的堿性物質(zhì)進(jìn)行中和,，并儲(chǔ)存在凈化器中心。通過中和,，酸性污染物可以轉(zhuǎn)化成含有銨鹽的中性液體,，被附著在觸手管上的植物吸收為綠色營養(yǎng)物質(zhì)。剩余的液體將作為再生水的來源被輸送到終端罐,。該項(xiàng)目將成為一個(gè)綠色的城市地標(biāo),，隨著空氣清潔的時(shí)間，城市將見證他們的生活質(zhì)量的提高,。
烏托邦式的天空城市
互惠烏托邦城市項(xiàng)目是一個(gè)可再生能源的天空城市,。它形成了一個(gè)云狀結(jié)構(gòu)，直插云霄,，高達(dá)1100米,，與紐約市平行。這個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)是探索了利用潛在技術(shù)實(shí)現(xiàn)可再生能源系統(tǒng)的新途徑。建筑方案通過一個(gè)夢來探索三維框架結(jié)構(gòu)：自由和逃避的幻想,。我們所感知的世界充滿了沖突和悖論,，真正的目的往往隱藏在對話的背后，我們都被困在對話的無盡話語中,。逃避的對象可以是多種多樣的,，通常與不滿和期望聯(lián)系在一起。人們愿意成為看不見的統(tǒng)一的一部分,，或者試圖逃離這個(gè)陷阱,，但卻落入了其他陷阱。它探索了一個(gè)夢想的場景空間,，并允許人們生活在云端,。
一個(gè)夢幻般的城市，漂浮在布魯克林的天空中,。一個(gè)云一樣的城市,，在這個(gè)消費(fèi)主義和資本主義主導(dǎo)的城市里。該基地位于布魯克林和皇后區(qū)的交界處,。最初的想法是找到一種建筑形式,，它可能意味著一些自由和可移動(dòng)的東西，它必須有某種幾何形狀或潛在的象征意義,，讓城市變得美麗,，看起來像一個(gè)夢想之地。它也挑戰(zhàn)了建筑定義的邊界,，主要外觀是由一個(gè)三維框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成,，負(fù)責(zé)所有的電力傳輸和服務(wù)器空間。利用現(xiàn)有的技術(shù),，這座流動(dòng)的城市每年能夠生產(chǎn)3600萬兆瓦,，相當(dāng)于4座核電站的容量。烏托邦式的天空城市不是一個(gè)城市規(guī)劃項(xiàng)目,，而是一種思考的方式,，一種想象的方式，一種看待事物和生活的方式,。
棲居在天空
“棲居在天空”的目標(biāo)是激發(fā)游客對自然的深刻印象,，并尊重和愛戴自然，從而創(chuàng)造出一種可持續(xù)發(fā)展的意識(shí),。一旦找到一種可以切割大自然關(guān)節(jié)的精確工具，就能了解大自然,。建筑不應(yīng)該總是竊取自然和綠色區(qū)域的位置,。一個(gè)大的公共綠地將有助于提高伊斯坦布爾市民和游客的生活質(zhì)量。自然保留在基地上，成為人們的公共區(qū)域,，建筑飄浮在空中,。一種新的感覺將在兩種意義上發(fā)展，一種是人們在下面觀看上空的建筑,，另一種是人們在建筑里能夠從另一個(gè)角度觀看城市,。
在項(xiàng)目中，景觀也足夠獨(dú)特,。這種建筑從來不會(huì)讓人有被封閉在建筑里的感覺,，相反，它喚起的是自由的感覺,。透明的網(wǎng)格覆蓋了中心,，使任何東西都不會(huì)被隱藏，以應(yīng)對任何天氣變化,。技術(shù)在所呈現(xiàn)的任何形態(tài)發(fā)展中都是清晰的,。被稱之為“云”的材料和組成將是該提案面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式的簡介
霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式的出現(xiàn),，為解決大型復(fù)雜系統(tǒng)的規(guī)劃,、組織、管理問題提供了一種統(tǒng)一的思想方法,，因而在世界各國得到了廣泛應(yīng)用,。霍爾三維結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)工程整個(gè)活動(dòng)過程分為前后緊密銜接的七個(gè)階段和七個(gè)步驟,，同時(shí)還考慮了為完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識(shí)和技能,。這樣，就形成了由時(shí)間維,、邏輯維和知識(shí)維所組成的三維空間結(jié)構(gòu),。其中，時(shí)間維表示系統(tǒng)工程活動(dòng)從開始到結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過程,，分為規(guī)劃,、擬定方案、研制,、生產(chǎn),、安裝、運(yùn)行,、更新七個(gè)時(shí)間階段,。邏輯維是指時(shí)間維的每一個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序，包括明確問題,、確定目標(biāo),、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)分析。優(yōu)化,、決策,、實(shí)施七個(gè)邏輯步驟。知識(shí)維列舉需要運(yùn)用包括工程,、醫(yī)學(xué),、建筑、商業(yè),、法律,、管理、社會(huì)科學(xué),、藝術(shù),、等各種知識(shí)和技能。三維結(jié)構(gòu)體系形象地描述了系統(tǒng)工程研究的框架,，對其中任一階段和每一個(gè)步驟,，又可進(jìn)一步展開，形成了分層次的樹狀體系,。下面將邏輯維的7個(gè)步驟逐項(xiàng)展開討論,，可以看出，這些內(nèi)容幾乎覆蓋了系統(tǒng)工程理論方法的各個(gè)方面,。
如詞條附圖所示,，霍爾三維結(jié)構(gòu)是由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維組成的立體空間結(jié)構(gòu),。
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