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申请/专利权人：中国农业大学

摘要：本发明涉及仿河狸门齿尖的茎秆异形切碎刀刀刃设计及优化方法，包括以下步骤：将河狸下门齿齿尖图像进行边界形态特征提取；对图像进行频谱分析，并提取轮廓外缘，存储数据；重构图像并进行消噪处理，存储边界数据；采用退火遗传算法构建NURBS曲面，对曲面进行逼近型值点序列拟合和提取；对曲面进行优化；生成刀刃曲面，并进行微调；对各曲面进行再次优化。本发明的多重刀刃产生多个接触面，茎秆物料与刀的邻近接触面同时被多组刀刃切割，经滑切或剪切破碎成均匀切段，增大了切碎区域面积，产生更多的滑切裂纹，减小了切削阻力，同时带有一定程度的自磨锐能力，刀具耐磨性高，可一次性切断植株茎秆，提高了茎秆粉碎、收获的机械化作业效率。

主权项：1.一种仿河狸门齿尖的茎秆异形切碎刀刀刃设计及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用Matlab将河狸下门齿齿尖图像进行边界形态特征提取，存储为位图文件；S2、对图像进行频谱分析，并提取轮廓外缘，存储数据；S3、重构图像并进行消噪处理，存储边界数据；S4、采用退火遗传算法构建NURBS曲面，对曲面进行逼近型值点序列拟合和提取，得到若干个曲面的拟合值；S5、运用AGA_NUBRS对曲面进行优化；S6、利用solidedge曲面功能生成刀刃曲面，并进行微调；S7、对各曲面进行再次优化；所述S4中包括以下子步骤：S41、将S3中的边界数据依次导入AGA算法中进行种群进化；S42、设置退火遗传算法进化代数800，交叉概率0.8，变异概率0.25，初始温度80℃，降温系数0.9999；S43、设置进化曲线控制顶点个数和曲线多项式次数，构建NUBRS曲面；S44、保存为result文件，存储最优轮廓参考样本的数据坐标；S45、将存储的样本数据导入NURBS_surface程序中，初始化种群大小，输入个体数目以及容许误差；S46、设置测量点控制顶点的搜索范围，扩展为正方向区域；S47、输入NUBRS曲面上的对应点坐标跨度控制参数，调用工具箱中bspeval函数；S48、复原控制点坐标到笛卡尔坐标系中，输出NURBS曲线逼近型值点序列，调节各曲面边界曲线光滑度；S49、存储测量点的坐标，分别输出11个曲面拟合结果为txt文档；所述S5中还包括以下子步骤：S51、将S4中txt文档数据导入到AGA_NUBRS程序中，自动生成曲面；S52、输入三维空间的控制顶点矩阵；S53、输入与控制顶点相对应的权因子矩阵；S54、将控制顶点u、v、w调整在齐次坐标系下；S55、找出u，v对应的节点向量区间，计算与w值对应的各基函数的值；S56、找出对应的控制顶点矩阵，计算变换前的各点的坐标，计算得到最终的各点的三维坐标数值；S57、调整各曲面边界均匀的节点矢量n；S58、设置前沿曲面种群中每个个体的拥挤距离，设置进化曲面控制顶点个数和曲面的阶数；S59、更新txt文件，存储最优曲面轮廓参考样本的数据；所述S7中包括以下子步骤：S71、找出各曲面对应的主截线，依次标为V'→E'，U'→O'；S72、通过控制弧长R1～R10的大小控制各曲面主截线的弧长，进而控制仿生异形切碎刀刃的结构不连续性；S73、控制各主截线圆心O1～O10的位置，使仿生异形切碎刀刃各切削面间具有良好过渡状态，减少应力集中；S74、将主截线U'T'、S'R'、P'O'圆心O1、O3、O6调整于同一直线上，以保证最大滑切效果，减少切削阻力；S75、返回solidedge曲面选项中，利用蓝面功能对曲面进行最终调整；所述S6中，拟合点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V对应步骤S3中边界轮廓曲线标号a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u、v；拟合点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V各组成曲面ANJB、EF、EFGD、DGHC、CHIB、NOP、NPQM、MQRL、LRSK、KSTJ、TUVB；所述S7中，异形切碎刀切削面TUVB主截线U'T'圆弧段对应的弧度用R1表示，圆心用O1表示；异形切碎刀切削面KSTJ主截线T'S'圆弧段对应的弧度用R2表示，圆心用O2表示；异形切碎刀切削面LRSK主截线S'R'圆弧段对应的弧度用R3表示，圆心用O3表示；异形切碎刀切削面MQRL主截线R'Q'圆弧段对应的弧度用R4表示，圆心用O4表示；异形切碎刀切削面NPQM主截线Q'P'圆弧段对应的弧度用R5表示，圆心用O5表示；异形切碎刀切削面NOP主截线P'O'圆弧段对应的弧度用R6表示，圆心用O6表示；异形切碎刀切削面TUVB主截线V'B'圆弧段对应的弧度用R7表示，圆心用O7表示；异形切碎刀切削面CHIB主截线B'C'圆弧段对应的弧度用R8表示，圆心用O8表示；异形切碎刀切削面DGHC主截线C'D'圆弧段对应的弧度用R9表示，圆心用O9表示；异形切碎刀切削面EFGD主截线D'E'圆弧段对应的弧度用R10表示，圆心用O10表示；所述S72中弧度R1的最优值为0.1012rad；所述S72中弧度R2的最优值为0.1152rad；所述S72中弧度R3的最优值为0.2409rad；所述S72中弧度R4的最优值为0.1466rad；所述S72中弧度R5的最优值为0.0454rad；所述S72中弧度R6的最优值为0.0803rad；所述S72中弧度R7的最优值为0.1518rad；所述S72中弧度R8的最优值为0.0852rad；所述S72中弧度R9的最优值为0.0973rad；所述S72中弧度R10的最优值为0.0261rad。

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百度查询： 中国农业大学 一种仿河狸门齿尖的茎秆异形切碎刀刀刃设计及优化方法