In order to realize the fast and accurate positioning and identification of obstacles in the working environment by lawn mowing robot with limited computing resources,an obstacle detection method of mowing robot based on improved YOLOv5 sdeep learning model with filter pruning is proposed.Firstly,the YOLOv5 model uses a layered residual structure to represent multi-scale features with finer granularity,and the network receptive fields are added.In addition,SE module is added to the tail of the residual block to recalibrate the feature map.Secondly,the filter pruning is performed for the improved algorithm.Finally,the relevant data sets were established for common obstacles in the working environment of lawn mowing robot,and the improved YOLOv5 safter pruning was used as a deep learning model for detection.Experimental results show that the size of the improved YOLOv5 model is reduced by 18.8%,and the mAPis increased by 0.1%.After pruning the improved YOLOv5 model,the computational amount and the model size are reduced by 36.6%,33.3%,and 1.9ms,respectively,compared with the original model.After pruning,the mAPof the final model is 1.3%,9.5%,5.8% and 22.1% higher than that of YOLOv4,YOLOV4-tiny,YOLOv3 and YOLOV3-tiny,respectively.

针对割草机器人大面积作业时遍历路径规划覆盖率低、重复率高、普适性弱的问题,提出一种改进A*算法与DFS算法相结合的遍历路径规划算法.首先,根据已知环境全局信息,通过牛耕式分解法将目标区域划分成多个不含障碍物的子区域;然后,根据子区域的邻接关系构建无向图,使用DFS算法规划子区域的遍历顺序;最后,采用改进A*算法进行跨区域路径转移并且往复式遍历各子区域的内部.仿真试验结果表明:该遍历算法的覆盖率达到100％,遍历重复率为0,改进A*算法所规划的跨区域转移路径长度和转向次数比A*算法分别减少3.26％和62.5％.所提出的遍历算法具有覆盖率高、重复率低、普适性强的特点,改进A*算法通过路径平滑性优化和添加防碰撞安全间距对A*算法进行改进,使之规划的路径更平滑、更安全,路径长度更短.该研究结果旨在为割草机器人遍历路径规划提供理论参考.

针对单线激光雷达无法感知形状不规则的花丛问题,提出一种基于单线激光雷达的3D-SLAM方法,解决单线激光雷达不能实现多平面感知的问题.设计一个自动升降激光雷达高度装置,该装置主要由丝杆滑台、步进电机、雷达架、单线激光雷达等组成,通过丝杆滑台滑块的水平进给,控制激光雷达竖直运动.割草机器人在工作时,通过激光SLAM(同步建图与定位)技术检测障碍物信息,ROS(机器人操作系统)系统根据不规则障碍物的高度做出相应对策.通过对不同状态的建图效果进行量化和对比分析,试验结果表明:改进后与改进前相比,相对误差率降低1.04％;漏检率降低为0;避障率提高93.33％.本研究为割草机器人的准确定位与避障提供理论依据.

针对近年来零转弯半径(ZTR)割草机在横向坡道上频发的侧翻安全事故,基于准静态动力学理论,建立了一种坡道工况下能预测分析ZTR割草机失稳的参数化力学模型.根据割草机实际工作状态,加入了驾驶员因素以及不同规格割具在悬挂、牵引状态下对整车侧翻稳定性的影响.利用Matlab求解了理论侧翻预测方程,分析了不同工况下割草机横向载荷转移率与其侧翻敏感参数之间的关系,并利用ADAMS对割草机进行了多组仿真实验,进一步验证了参数化模型的准确性.通常,割草机底部配备悬挂割具可降低整车质心高度从而增强坡道稳定性.但通过实验发现,割草机底部配备牵引式割具比配备悬挂式割具的抗侧翻性能更强:其中配备1.2 m和1.8 m规格悬挂式割具的临界侧翻角较裸车分别提升了7％和10％;而配备1.2 m和1.8 m规格牵引式割具的整车临界侧翻角较裸车分别提升了9％和21％.根据这一特性,建议在设计农用或园林车辆的工作器械时优先考虑底部中置牵引结构,以提高各类车辆在斜坡上工作的安全性.

新型冠状病毒肺炎的蔓延影响了高校的正常课堂教学,尤其是对于国际学生(留学生),因此文章基于微信群平台,采用"基于工程问题"的教学方法,以"复杂零件精度设计"为目标,开展了"互换性与测量技术基础"课程线上教学实践,突破了时间、空间及新型冠状病毒肺炎的限制,保障了此期间的教学质量和效果.

基于深度学习的草坪树木检测是割草机器人智能化的前提和关键.目前缺乏公共的草坪树木数据集且现有的目标检测算法轻量化程度低,为解决在算力有限的割草机器人上实现草坪树木目标检测的难题,提出基于优化Tiny YOLOV4算法的草坪树木检测算法.首先,利用手机的拍照功能在草坪环境实地拍摄、制作两种草坪树木数据集;其次,在原Tiny YOLOV4算法基础之上,通过通道多尺度变换设计增强模块与轻量模块,结合多分辨率融合的方法,提出优化Tiny YOLOV4算法;通过训练优化后的算法模型实现割草机器人草坪树木的检测.试验结果表明:该优化Tiny YOLOV4算法对草坪环境下的树木特征检测的平均精度均值为80.59％,比Tiny YOLOV3和Tiny YOLOV4分别提高6.18％和0.61％.其中,树干的检测精度分别提高2.33％和0.22％,球状树木的检测精度分别提高10.04％和1.00％.模型大小为16.19 MB,轻量化程度分别提高51.10％和27.85％.

<span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary" class="abstract-text">针对我国汽车悬架控制系统智能化程度低,难以满足人们生产和生活的需求的问题,开发一种集合有CSO算法和PSO算法优点的混合算法:CSO-PSO算法。利用CSO-PSO算法进行三种不同路况下的半主动空气悬架的空气弹簧刚度优化,并将仿真结果与CSO,PSO算法分别进行比较。仿真结果表明,与CSO算法和PSO算法相比,CSO-PSO算法能够在保证安全性的前提下明显提高车辆乘坐舒适性。在三种仿真路况下,相对于被动悬架系统,CSO-PSO算法优化的半主动悬架系统的车身质心垂向加速度分别提高31.53%、35.14%、27.04%。</span>

<span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary" class="abstract-text">针对零转弯半径割草机在坡道上纵向作业时容易发生倾覆与翻滚造成驾驶员伤亡的问题,建立割草机质心位置随坡度角、油箱形状、油量及割草器高度变化的理论模型,并利用MATLAB编程模拟其质心的变化,采用正交试验方法对比分析坡度角、油箱形状、油量及割草器高度对割草机质心位置的影响程度,并用试验验证质心位置理论模型的有效性。研究结果表明,割草器高度对割草机整机质心的影响极为显著,质心在X方向与Z方向的位置分别前移和下降高达8.11%和7.36%;油量的影响次之,分别达到2.50%和1.19%;而坡度角和油箱形状的影响最弱。该研究结果为零转弯半径割草机的失稳提供预警,最终为零转弯半径割草机的安全设计提供理论依据。</span>

计算机视觉现已被广泛应用于诸多农业领域,有助于精准农业的发展,提高劳动生产效率.针对坐骑式零转弯半径(ZTR)割草机刀盘高度无级调节问题,利用双目立体视觉对草坪植株高度进行测量可推动其智能化发展.首先对地毯草灰度图像中的V分量进行图像增强、形态学处理、阈值分割等预处理提取出植株图像.本研究提出一种结合高通滤波与Foerstner的特征点检测算法,对提取后的植株图像进行特征点检测,该方法可有效去除伪角点,准确率在98％以上.利用双目标确定后的参数对左右2幅图像进行角点匹配,选取z轴方向数值最小的3 个点构造假想地面并最终计算植株均高.结果表明,该高度测量系统可识别测量不同草种,且总体相对误差为1.5％,有效地提高了测量精度且适用范围较广.

针对零转弯半径(ZTR)割草机割幅宽度固定、无法适应复杂的作业环境的问题,研发了一种可以自动变割幅的割草器,在1.2m割幅的WBZ12219K-S ZTR割草机的基础上,在主刀盘两侧分别增加一个副刀盘.副刀盘主要由割刀、连接板、伺服电动推杆及曲线槽等组成,通过伺服电动推杆的伸缩,控制副刀盘的旋转,以达到变割幅的目的.工作时,通过图像识别技术识别出前方障碍物信息,判断出障碍物间距,将该间距进行区分做出相应的对策,并经由串口通信协议传递给PLC,然后控制割幅的变化,可以实现1.2～1.8m无极自动变割幅.

<span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary" class="abstract-text">为进一步研究坐骑式割草机翻滚保护装置（Roll-Over Protective Structures,简称为ROPS）的安全保护性能,以某坐骑式割草机为研究对象,分别建立坐骑式割草机失稳后无初速度沿15°斜坡自由翻滚的几何非线性有限元模型和多刚体有限元模型,得到坐骑式割草机侧翻过程中ROPS变形和驾驶员分别在两点式安全带和三点式安全带约束系统保护下的动态响应和损伤值。以上两种有限元结合仿真的结果表明:（1）两点式安全带驾驶员与三点式安全带驾驶员在侧翻过程中均未被坐骑式割草机甩出;两点式安全带驾驶员在15°坡侧翻过程中相较于其他部位,颈部受到的伤害更大;三点式安全带由于肩带的作用,驾驶员的颈部受到很好地保护。（2）验证了ISO21299标准要求的坐骑式割草机侧翻后地面上的任何物体以及ROPS变形过程中的任何部位不侵入容身空间（Deformation Limiting Volume,简称为DLV）,不能作为驾驶员安全的唯一评价标准。</span>

针对半自动液控变割幅坐骑式割草机在工作时,操作人员不能准确目测前方树木的间距而无法确定当前割草机的割幅的情况,提出了1种基于HALCON软件及HSV[H表示色调(hue),S表示饱和度(saturation),V表示明度(value)]颜色空间的树木检测算法.利用HALCON算子将原RGB[R表示红色(red),G表示绿色(green),B表示蓝色(blue)]图像转换到HSV空间后,分析H和S分量的灰度直方图,对其进行对比度增强处理,并运用动态阈值法分别分割出大体目标区域并求出并集,再依次运用连通域处理、形态学操作、目标区域提取、矩形度过滤等后续处理,提取出树木的完整轮廓.最后运用MER(最小外接矩形)算法生成树木轮廓的最小外接矩形,为后续的树木间距测量等工作奠定基础.

为了深入研究加工工艺对连杆变形的影响,首先采用"生死单元"方法,基于不同工艺阶段连杆的几何形状建立相应的有限元模型.其次,针对不同工序顺序、回火温度、以及约束方式下的平行度和基本尺寸的影响进行分析,获得加工变形最小的加工工艺方案.最后,基于最优方案对连杆的残余应力与变形分布进行研究.结果表明:当加工工序为铣两平面、钻小头孔、锯开连杆、装配和车大头孔,回火温度为640℃,约束方式为小头孔时,平行度误差最小;回火温度对连杆的基本尺寸影响较大,而约束方式和工序顺序影响较小;加工完成后,连杆内部为拉应力,表面为压应力且最大变形出现在大头孔处.

<span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary" class="abstract-text">针对坐骑式割草机在恶劣工况下因振动引起的舒适性差与安全性低的问题,基于半车动力学简化模型,提出一种改进的模拟退火算法;通过MATLAB对车辆在被动座椅悬架和半主动座椅悬架两种条件下的数值计算表明:改进后的模拟退火算法精度与改进前的模拟退火算法精度一致,但两种条件下所需的计算时间均为改进前的37%。在此基础上,运用ADAMS和MATLAB进行联合仿真验证,改进后模拟退火算法优化下的LQR控制器对半主动座椅悬架的性能有较大的改善:座椅悬架的垂直加速度降低67.24%,悬架动行程减少14.90%。</span>

<span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary" class="abstract-text">PID控制器是应用最为广泛的控制器,可用于车辆半主动空气悬架的控制,但是,传统的PID控制器参数整定方法需要丰富的工程经验和大量试验。因此,本文提出运用粒子群算法对PID控制器参数进行整定从而提高PID控制器设计效率。首先,建立1/2车辆半主动空气悬架系统数学模型,并在Simulink环境下搭建带有PID控制器的仿真模型。然后,进行粒子群算法优化PID控制器的仿真试验。仿真结果显示,与被动悬架系统相比,在B、C两种路面条件下,基于粒子群算法的PID控制器使车身质心垂向加速度均方根值分别下降25.5%和33.13%,提高车辆的乘坐舒适性。本文对用于半主动空气悬架系统的PID控制器的进一步发展具有一定积极意义。</span>

为了提高零转弯半径割草机(Zero Turning Radius Mower)在斜坡作业时连续翻滚特性的预测精度,建立了基于偏航的6自由度ZTR割草机连续翻滚特性的预测模型,将偏航分为初始偏航和动态偏航进行研究,得到了割草机偏航和滑移过程中的力学平衡方程.对偏航和滑移过程进行了运动分解,得到了偏航和滑移的动力学方程,并通过MatLab软件求解该预测模型.为了验证模型的有效性,以某零转弯半径割草机为研究对象,针对割幅不同的割草器进行了连续翻滚实验验证.结果表明:相对误差最小仅为2.4％,基于偏航和滑移的零转弯半径割草机连续翻滚模型有效地预测了割草机的CRH(翻滚保护装置临界高度).此预测模型可以为不同割幅的ZTR割草机选取合适高度的翻滚保护装置,以避免连续翻滚.

由于割草机工作时存在振动大、噪声大的问题,以手推式变割幅割草机进行研究,采用表面振动测速法对割草机各部件的噪声源进行识别.在2000 r/min、100％负荷工况下,对变割幅割草机进行表面振动测试,获得了割草机工作时各部件的振动速度和振动速度1/3倍频程频谱分析;确定割草机工作时各部件的主要振动范围,并估计计算出割草机工作时各部件的声功率级,获得了割草机各主要噪声源的大小排列,确定出了主要噪声源,为降低割草机噪声提供了理论依据.

Aiming the case of drivers' injuries caused by zero turning radius mower's continuous rollover when it is working on the slope,currently,rollover protective Structure is commonly employed to reduce the drivers' injury.It not only should have sufficient rigidity to provide a deflection-limiting volume(DLV) for drivers,but also suitable strength to absorb the kinetic energy of collision by plastic deformation of the ROPS.Based on the ISO21299 standard,this paper established parametric prediction model about whether DLV on the ZTR mower is exposed or not after instability,conducted parametric program of prediction model by MATLAB software,and achieve forecast of ROPS maximum deformation in the case of DLV is not invaded of series mower according to the parametric program.In order to evaluate the accuracy of the prediction model and ROPS actual deformation after instability of ZTR mower,field lateral rollover tests were conducted in YANGZHOU Golf training field,ROPS actual deformation after instability of ZTR mower in field lateral rollover tests is only 0.132mm.This research showed that the yield strength of ROPS material is higher,and it should be further optimized.Meanwhile,prediction model in this paper provided reliable basis for safety design of ZTR mower and select of ROPS material.

In order to study the zero turning radius mower on the dynamic response of ROPS on ideal soil slopes and ensure the safety of the driver in the process of rollover.It presents a dynamic simulation modeling and theoretical analysis method for the ROPS of ZTR mower,a mower rollover simulation in soil slope of 30° was conducted.Combing with the multi-rigid-body dynamics and elastic body model of the finite element nonlinear analysis method,a dynamic simulation for the ROPS of mower was developed using the LS-DYNA software,the feasibility of modeling method and the rationality of the simulation structure is verified based on the latest ISO21299 (2009E) evaluation criteria The simulation results showed that the maximum impact force of ROPS is 22562.3 N during the rollover,the maximum deformation of ROPS is 43.49 mm,the value of the energy absorbing 824.7J.At the same time the driver will not be exposed to outside the clearance zoom (according to the new standard ISO21299,the maximum deformation of ROPS is 275mm when the drive is exposed to the clearance zoom).It ensures the safety of the driver.However,This research revealed that the ROPS material (Q235) of the proposed mower is over safety,and the combination between strength and rigidity needs to be further optimized.

To enable operation in different-size environments , a variable-swath deck for use in a zero turning radius (ZTR) mower was developed in this paper .A WBZ12219K-S ZTR mower with the fixed swath of 1.2 m was used as the original vehicle .Using a combination of a primary deck and a secondary deck , a variable-swath deck with swaths of 1 .5 , 1 .8 and 2 .3 m was realized .A double-layer blade shaft and a double-layer pulley were used to transmit power from the primary deck to the secondary deck .In addition , the rigidity and deformation of the main parts of the mower were determined using finite element analysis software .The stress diagram showed that the structure is reasonable and meets the relevant strength requirements .Finally , a prototype model with the different swath decks was manufactured , and a field test demonstrated the good performance of this variable-swath mower .