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2023年本科生创新创业训练项目机电学院选题名单

日期：2023-03-20

Overview

Sheet 1: 国创

2023年大学生创新创业训练计划选题汇总表
序号	学院	项目名称	项目类型	指导教师	项目简介
1	机械电气工程学院	基于工况模拟的摘锭指尖径向跳动与传动锥齿振动特性测试装置设计	国创	夏博	摘锭是采棉机采摘头的核心部件，也是采棉机消耗最多的易损件，其状态直接影响采棉机的收获质量和经济性。采棉机摘锭与含油轴套间隙配合，作为旋转运动部件其径向必然存在一定跳动。随着工作磨损和载荷作用会使摘锭指尖径向跳动变化，也会带来摘锭传动齿的振动，摘锭最终将会出现“摇头摆尾”的运动状态，进而加速摘锭杆和传动锥齿的磨损，是严重影响采棉机摘锭采摘性能的常见问题之一。摘锭指尖径向跳动与传动齿振动特性影响因素很多，其与摘锭总成相关零部件制造工艺、摘锭总成装配工艺和质量、润滑性能或负载特性有着密切的关系。如何有效获取摘锭指尖径向跳动与传动齿振动特性也是评价摘锭工作寿命与质量的重要参数之一。有利于为采棉机摘锭更换维护期的装配质量抽查提供依据，也有利于为摘锭杆与传动锥齿磨损状态估计研究、摘锭工作寿命评价研究提供数据基础。根据采摘中棉花、棉杆、沙质等工况，设计不同工况和不同工作时长下对摘锭指尖径向跳动与传动齿振动特性测试装置，实现相关数据的采集，设计一款基于工况模拟的摘锭指尖径向跳动与传动锥齿振动特性测试装置，搭建相关机构实现测试功能。对推动采棉机摘锭国产化质量的提高具有很强的现实意义。
2	机械电气工程学院	自走式果园厩肥深施机的设计	国创	蒙贺伟、戚江涛	果园施肥直接关系到林果的产量和质量，针对新疆果园种植模式，设计一种集开沟装置、自导流覆土装置、联合排肥装置、履带底盘及动力系统等于一体的自走式果园厩肥深施机。工作时，由开沟装置开出肥沟，联合排肥装置将厩肥施加到所开沟中，同时，由自导流覆土装置将开沟刀盘所切削土壤导流至厩肥上方，完成果园厩肥深施作业。实现了果园开沟、施肥和覆土等一体化作业，整机操作灵活、田间转弯半径小，最终达到提高果园厩肥施加作业效率，增加农民收入的目的。
3	机械电气工程学院	棉花收购品质一体化智能检测系统	国创	张若宇、段宏伟	面对棉花目前棉花收购过程中人工检测速度慢、精度低、效率低、单个样品检测时间需30-40min，严重影响籽棉收购效率，造成棉花收购过程排队时间长等系列问题。突破棉花含杂率、回潮率、颜色级、衣分率、马克隆值和长度快速检测技术瓶颈，实现棉花收购过程中籽棉品质的快速一体化检测，可为籽棉的公平化交售提供技术支撑，提高籽棉收购效率，推动我国棉花品质提升。
4	机械电气工程学院	光伏-生物质零碳能源循环综合利用系统	国创	鲁敏	为响应国家的碳中和碳达峰政策，促进节能减排，助力美丽乡村建设，我们构建一套光伏+生物质零碳能源循环综合利用系统。首先，该系统针对某具体农场或乡村为研究对象，对其地理位置，光照条件，生物质能存储量，用电规模等进行研究，利用已有的该地区光伏发电量及生物质能存储量等调研数据，计算出合适的光伏发电生物质能发电最优配比。并考虑气候对光伏发电的影响和节气对生物质发电的影响，构建出二者时间空间上互补的综合循环系统。其次，利用MATLAB/Simulink 搭建包含光伏和生物质发电模块控制系统，根据调研的数据完善参数设置，进行配比调节，并对其进行仿真分析，根据模拟出的发电量对整个系统进行效益评估并在运行中进行改良，优化效果。最后制作出简易的光伏+生物质能源循环综合利用系统模型，对仿真结果进行验证，将理论通过实践检验，从而能够为新疆美丽乡村建设，能源转型，节能减排提供切实的参考意义和实施价值。
5	机械电气工程学院	穿戴式沙棘剪枝振果一体化采收器	国创	雷金、秦新燕	穿戴式沙棘剪枝振果一体化采收器将剪枝和振果集于一身，能够完全负责对沙棘的采摘以及养护修枝作用。该装置包括执行器，激振器，伸缩器，减震器，穿戴外骨骼手臂，背包电源，控制系统，助力系统。
6	机械电气工程学院	智能搜救机器人	国创	李栓明	智能搜救机器人是以人工智能技术为基础而形成的人工智能产品，其具有独特的自身发展优势，能够在危险环境下完成救援任务，提高了危险环境下的救援效果，减少了人员伤亡。合理利用救援机器人救援提高了救援水平，推动着技术发展与社会进步。地震、火灾、矿难等灾难发生后，在废墟中寻找幸存者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。因此第一时间发现幸存者并将实时位置等信息上报是救援中的首要任务。但是由于灾难现场情况复杂，救援人员自身安全得不到保证，废墟中形成的狭小空间使救援人员甚至救援犬也无法进入。至此，为了解决救援过程中“发现与定位难”的问题，同时满足救援现场特定环境的要求，我们决定研究一个智能搜救机器人，旨在第一时间发现幸存者并将实时信息上报，以便于救援人员及时对幸存者展开救援。
7	机械电气工程学院	采棉机驾驶室人机工程试验台设计研究	国创	魏子凯、张梦芸	驾驶室作为采棉机控制中心，是驾驶员在行驶过程及采摘作业时的工作地点。随着各类电子技术装备以及人工智能的迅速发展，驾驶室内的显示装置与控制装置日益增加，对驾驶员作业时人机配合要求越来越高。目前还没有一个检测功能全面、调试简单的采棉机驾驶室人机工程试验平台。本项目为采棉机驾驶员构建安全、健康、舒适、高效的操作环境，对提高采棉机设备的安全可靠性和生产效率都具有重要意义。

Sheet 2: SRP

2023年大学生创新创业训练计划选题汇总表
序号	学院	项目名称	项目类型	指导教师	项目简介
1	机械电气工程学院	果树仿形修剪装置设计	srp	马本学	根据国内外目前对果树修剪装置的研究现状，结合我区实际，以桃树修剪为例，了解相关园艺要求，熟悉果树修剪装置的作业环境和过程，借鉴已有修剪装置结构，创新设计修剪装置整体结构，其中包括修剪机构、仿形机构、传动装置等；通过虚拟仿真进一步分析果树修剪装置的关键部件，对修剪机构进行运动仿真，获取作业参数，应用三维建模软件建立装配模型并验证期合理性。
2	机械电气工程学院	一种牧场剩料收集车的设计	srp	彭慧杰	随着畜牧行业的现代化、集约化、规模化的发展，牲畜存栏量不断增加，畜牧业的装备急需向智能化的方向发展。当前，牧场的剩料收集问题是畜牧业发展过程中的一大难题，畜牧养殖场中的牛、羊等饲喂后的麦秆、玉米穗轴、棉杆等剩料不回收和清理将会造成巨大浪费。收集的剩料还可以用来沤肥、垫畜圈等，实现资源最大化利用。目前，大多数牛、羊场，每日饲喂三次，每次剩料都用人工清理，费时费力，人力消耗巨大，成本高，同时规模化的牛羊场中饲槽形状不一，这对剩料的收集与回收造成了巨大困难。结合现有牧场饲槽形状、工作环境，项目组拟设计一种牧场剩料收集车，主要由行走装置、集条装置、滚刷、横向收集装置、升运装置装置、集料箱等组成，在清理剩料时，可根据饲槽形状自动进行调整，自动收集剩料并转运，更加方便地实现剩料处理，从而节本增效，提高农民的经济效益。
3	机械电气工程学院	基于单片机及FPGA的光学特性自动测量装置	srp	张梦芸、强丽媛	一款可以自动测量农产品的光学特性的装置
4	机械电气工程学院	基于声信号的鸭嘴式机械精量穴播器故障特征提取方法研究	srp	张惠、李西洋	综合应用结合空气动力学、机械设计、现代信号处理、传感器技术及电子技术等学科知识，对声信号数据中携带的穴播器结构信息和运转状态信息进行深入研究，优化改进机电学院现有的DSP-8多功能排种器试验台，并针对穴播器运转噪声强、声源多样且复杂等特点，分析穴播器运转时声信号的产生机理、组成及频谱特性，探究一种新的方法能有效提取强噪声背景下目标信号。
5	机械电气工程学院	基于计算机视觉的智能实验室管理系统	srp	邓红涛	本课题针对实验室管理过程中电子设备繁杂、不同实验交叉使用，管理困难，设备相似的较高、存放和借用容易混淆等问题，设计开发一套基于计算机视觉的智能实验室管理系统，将深度学习识别算法与实验室管理相结合，对实验室常用电子器件种类进行自动识别和功能介绍，使电子器件的使用和归还、统计管理更加便利，用户还可以通过系统远程查询、预约借用电子设备，提高了实验管理效率。
6	机械电气工程学院	棉花加工质量在线监测系统	srp	李玉林、王宝凤	一种应用于棉花加工环节中同时对棉花含杂率和回潮率的快速检测系统。
7	机械电气工程学院	棉秆自适应起拔装置设计	srp	葛建兵、李景彬	提出一种齿盘与链条相结合自适应棉杆起拔装置，实现棉秆的整株起拔
8	机械电气工程学院	沙地油莎豆收获挖掘装置的设计	srp	戚江涛	油莎豆是集粮、油、饲为一体的莎草科多年生草本植物，在油莎豆机械化收获挖掘过程中，存在作业功耗大等问题，为此，设计一种集旋耕挖掘装置、振动挖掘装置、限深装置以及传动系统等为一体的沙地油莎豆收获挖掘装置，实现油莎豆机械化挖掘的低功耗、高效率。在作业过程中，采用旋耕刀和振动铲两者相结合的方式进行对油莎豆的收获挖掘作业，其中，旋耕刀对油莎豆、根、沙土混合物进行切削、打散、抛送，振动铲对正被切削的混合物整体喂入，振动铲末端设有分离筛体结构，对混合物中的沙土进行分离，限深装置对挖掘深度进行控制，保持机具作业深度稳定性。
9	机械电气工程学院	自动实时测定田间土壤饱和含水量装置	srp	聂晶	本项目研制一种自动实时测定田间土壤饱和含水量装置，设计开发一种栽培槽，将室外土壤复制到栽培槽内，所设计的栽培槽安装在4个称重传感器上，排水槽放置在栽培槽下方，通过一个分辨率为0.03 mm (3 g)的称重传感器进行量化。该装置主要由TDR水分测定仪、管氏土壤墒情监测站、土壤温湿度水分变送器、离子型传感器、滤波器、渗透膜和隔板等部分组成。将装置置于地下50厘米左右的位置，即农作物根下部，每间隔一天的时间对采集的数据进行收集。通过试验过程可获得栽培罐重(kg)和排水罐重(g) 数据，当土壤达到其田间持水量时，能够保持全部水分，停止排水，通过实时量化排水，能够检测到栽培槽中土壤的饱和含水量以及达到时的精确时刻。
10	机械电气工程学院	密植枣园枝条粉碎收集装置的设计	srp	丁龙朋、陈江春	枣树是我国富有特色的大宗果树和极具国际竞争优势的果树。2020年新疆红枣种植总面积 41.3万公顷、产量381.2万吨，占全国枣总产量近50%，是全国优质枣生产基地。修剪是枣树生长及提高枣果质量重要措施，据统计，每年密植枣园的残枝修剪量为每公顷5-7吨，全疆枣园残枝200万吨。目前修剪后枝条主要处理方式堆放地头路旁和焚烧，严重制约红枣产业可持续发展。枣树枝条粉碎后采用热压成型技术压缩，树枝中丰富的木质素被软化，可以制作固体燃料；枣枝粉碎后制作成有机肥，经过高温灭菌，可以作为食用菌培养基原料；枣枝经过生物质气化处理可以用来集中供气和气化发电。枣树枝条资源化利用的前提是回收，如何低成本、高效率从枣园收集枣树枝条是迫切需要解决问题。本课题针对新疆枣园枝条修剪量大、处理困难、配套装备短缺、资源利用化低等问题，设计一种集捡拾、粉碎、收集和翻转卸料为一体的枣树枝条粉碎收集装置，为枣树枝条资源化利用提供装备基础，推动南疆红枣产业可持续健康发展，带动农户增收致富，助力实现新疆工作总目标和全面推进乡村振兴。
11	机械电气工程学院	多足蜘蛛型机器人的设计	srp	董万城、郑一江	随着社会的发展和科学技术水平的提高，人们对能在各种特殊环境下工作的特种机器人的需求不断增强。当前对于移动式机器人多采用轮式或履带式移动平台，无法满足在复杂地形路面上的行走要求，因此，设计一种能够在各种复杂路面上平稳移动的机器人成为亟待解决问题。在寻找解决问题的方法的过程中发现，自然界中蜘蛛因其独特的爬行机理可以多种场合进行爬行。因此，本项目受此启发，研究、设计一种多足蜘蛛型机器人，能在大多数条件下，尽可能的保持机体不翻倒，同时还能以较快的速度行动。
12	机械电气工程学院	精量播种器穴盘空穴检测装置	srp	李宏伟	本项目的主要目的是通过对我国现有的棉花精量排种器进行研究，针对漏种现象，找到一种智能检测方法，尽可能的造出测试模型，对取排种速度、反馈速度、响应时间等进行测试为精量播种全程播种监测控制技术打下基础。
13	机械电气工程学院	采棉机籽棉回潮率速测系统	srp	胡蓉、曾兆权	采棉机籽棉回潮率速测系统以采收环节的籽棉为研究对象，打破国外采棉机回潮率传感器关键技术垄断，弥补国内车载式回潮率精确检测技术空白，综合运用电子电路、数学建模等知识，突破电路系统农业应用关键卡点，研发具有完全自主知识产权的采棉机籽棉回潮率速测传感器，针对采收环节，实现对机采籽棉回潮率的实时快速检测，规范棉花采收作业，解决采收环节籽棉回潮率信息缺失问题，助力采棉机装备国产化研究，推动我国棉花大数据的建立和棉花产业高质量发展。
14	机械电气工程学院	病患下肢康复训练装置	SRP	魏敏	研发一种医疗用新型病患下肢康复训练装置，有利于患者进行更好的康复训练，达到更好的训练康复效果，有效解决患者使用过程中的使用不便、训练强度不足和因难以移动而出现的心理抵触情绪的问题。
15	机械电气工程学院	基于高光谱技术的棉田土壤氮素检测及算法研究	srp	胡雪	土壤氮素含量是农田氮营养与安全管理和决策的关键依据，对于农业生态系统乃至人类健康都具有重要意义。土壤中能为植物提供氮营养的化合物成分多达170余种，大致可分类为三类，分别是硝态氮(NO3-N)、铵态氮(NH4-N)和酰胺态氮。传统检测方法以化学分析法为主，成本高、周期长，检测结果滞后等问题。近红外高光谱成像(Near-infrared hyperspectral imaging，NIR-HSI)分析技术以其无损、高效且对含氮成分敏感等优点，为土壤氮含量的快速检测及后续的测土配方施肥技术提供了新的方法。为提高土壤氮素含量快速检测模型的精度和普适性，以新疆棉田壤土、沙质土、盐碱土等不同类型土壤以及硝酸钠(属于NO3-N)、碳酸氢铵(属于NH4-N)和尿素(urea-N)等三种不同类型氮肥为检测对象，基于NIR-HSI技术，结合数据预处理方法、机器学习建模方法和特征波长选择算法等数据挖掘方法对采集的光谱数据进行了建模，实现了不同土壤中不同类型氮素的高精度定量检测，为未来大尺度下土壤氮素快速无损检测装备的研发和测土配方施肥装备研发，提供了理论基础和技术指导。针对新疆棉田土壤氮素检测精度低、滞后性明显的问题，通过对新疆棉田土壤样本化学性质分析和光谱分析，构建基于NIR-HIS的土壤全谱机器学习模型，探索土壤氮素的近红外光谱特征波长，构建基于特征波长的新疆土壤氮素检测机器学习模型；基于新疆棉田中壤土、沙质土、盐碱土等不同土壤类型，探究不同土壤类型氮素检测的模型迁移方法，获得不同土壤中不同类型氮素的高精度定量检测模型，为后续土壤快速无损检测装备、测土配方施肥装备的研发提供理论基础。预期目标如下： 1、建立新疆棉田土壤氮素预测模型1套；2、设计土壤高光谱检测试验台图纸1套；3、发表新疆棉田土壤氮素预测论文1篇；4、申请新疆棉田土壤氮素预测模型专利1项。
16	机械电气工程学院	甜菜叶缨收获机的设计	srp	李树峰、温宝琴	甜菜是新疆冷凉地区重要的经济作物，甜菜叶缨是优质的饲草料，可作为农业废弃物被充分利用，但是目前缺乏甜菜叶缨收获装备。本课题针对新疆甜菜种植现状，设计甜菜叶缨收获机，为新疆甜菜产业的转型升级、提质增效、高质量可持续发展奠定基础。
17	机械电气工程学院	基于人体姿态估计和目标检测的课堂行为识别方法研究	srp	张锐敏	当前，随着人工智能技术的发展，融合教学分析理论与人工智能技术的智能化教学分析方法逐渐成为研究热点。基于当前教学设备设施现状，结合传统教学分析方法与人工智能技术，借助人体姿态估计、目标检测等技术对教室内老师和学生进行定位跟踪、识别并理解教学行为，实现以人体动作行为识别方法为基础的课堂教学行为识别。本项目根据现实学习情况构建课堂行为数据集，研究判断学习者学习行为的算法模型，通过记录规定时间范围内学生头部姿态来检测上课注意力情况，最后根据头部姿势检测结果进行相应的预警与提示，并对学习者的学习数据进行分析与可视化。
18	机械电气工程学院	基于图像分析技术的光伏电站运维监测系统设计	srp	晁雪薇	结合国家“双碳”目标的推进及兵团“十四五”期间光伏产业发展规划，本课题将结合图像分析技术与智能运维等，设计一个基于图像分析技术的光伏电站运维监测系统，能够对采集的红外图像等图像数据进行分析，实现光伏电站设备热斑、隐裂和遮挡等相关故障识别并报警，不仅在规模较大的戈壁和山地地区有较好优势，在分布式光伏发电领域亦有较好应用前景。本课题的成果不仅对创建能源节约型，环境友好型社会有着较大的意义，且具有较大的应用推广价值，市场前景广阔。
19	机械电气工程学院	光伏阵列故障状态感知与无线监测装置设计	srp	赵咪	光伏电站性能的优劣取决于光伏阵列的工作状态，其运行特性直接影响光伏电站的发电效率，然而目前光伏组件故障实时检测与监测系统仍然存在故障检测效率低且监测不及时现象，难以满足运行可靠性。因此，本项目拟结合单片机、PC和无线传输模块研发一个光伏阵列故障状态感知与无线监测装置，实现光伏组件运行状态实时检测及数据处理、故障信息无线通信、故障状态检测及预警等功能，助力光伏阵列智能运维技术发展。
20	机械电气工程学院	大型光伏电站多源异构数据融合技术研究	SRP	蔡新红	本项目针对光伏电站大数据多来源，多模态等特点，通过采用多源异构数据汇聚技术，构建一套多源异构数据融合模型，实现数据的深度融合和利用，提升光伏电站的运维水平。
21	机械电气工程学院	面向智慧农场的棉花智能水肥控制技术研究	srp	赵家伟	近年来国家强调大力发展精准农业及智慧农业，2023年中央一号文也提出，要加快建设农业强国。新疆及兵团作为农业规模化、机械化发展的代表，未来必然会发展并推广智慧农场，因此研究面向智慧农场的棉花智能水肥控制技术，具有十分重要的意义。虽然当前兵团棉花膜下滴灌水肥一体化在节水、节肥、增产等方面取得了显著成效，但仍存在（1）灌溉水利用率低，农业用水的有效利用率仅为43%左右，远低于欧洲等发达国家70%～80%的水平；（2）肥料利用率低，70%～80%的肥料处于过量施肥或不充分施肥范围内；（3）滴灌滴头、管路易堵塞；（4）水肥施灌依据人工经验，灌溉施肥效果难以保证等问题。因此本课题针对新疆棉花膜下滴灌水肥一体化过程中，灌溉水利用率低、肥料利用率低、滴灌滴头与管路易堵塞及水、肥施灌依据人工经验施灌效果难以保证的现状，开展面向智慧农场的棉花智能水肥控制技术研究，来实现与智慧大脑进行数据交互，对棉花生长过程中的施肥、灌溉用量进行指导，对施灌过程进行智能控制，实现水分和养分的综合协调和一体化管理等，课题的研究有利于棉花生产中施灌领域的自动化、智能化发展，有利于新疆智慧农场关键技术与装备的研发应用，也有利于新疆及兵团智慧农场的发展，符合新疆及兵团精准农业发展的政策和战略需求。
22	机械电气工程学院	多功能减重悬支架	srp	刘娜	1）研发一种医疗用新型多功能减重悬支架，增强装置的稳定性，扩宽适用范围，减少变形风险，降低对患者身体二次损伤的几率。
23	机械电气工程学院	基于物联网远程分布式实验室环境检测系统的设计	srp	郭天圣	为了解决实验室环境远程检测的问题，设计一套室内环境参数检测终端，数据处理，大家一台数据处理服务器，实现实验室环境参数基于web页面的远程监视。
24	机械电气工程学院	一种道路警示牌自动翻转装置的设计	SRP	朱荣光	本课题拟用系统分析，功能设计和组合创新等方法设计出一种道路警示牌装置，可以有效改变弹力过大翻转机构难复位的问题并且对翻转装置整体进行设计降低生产成本，对改善我国道路交通安全问题具有重大意义。
25	机械电气工程学院	A企业精品果初加工生产线平面布置设计优化	srp	周雪	我国是世界最大柚类主产国和消费国，柚类产业总产值超过千亿元，已经成为我国南方地区农业农村经济发展的重要支柱产业之一。目前我国柚子产业的品牌化、产业化发展速度极快。我国大部分蜜柚初加工企业都是从单品种小批量订单做起的，其运作环节主要是收购、清洗、简易包装或不包装，最后售卖，部分蜜柚初加工企业缺乏科学的管理，存在管理松散、工作效率低等问题，导致了蜜柚的质量得不到保证。为此，蜜柚初加工企业要想提高企业竞争力，需重视生产线平衡和平面布置设计两个环节，以求高质量、高效率、低成本完成生产任务，增加企业效益。本项目将结合基础工业工程、设施规划与物流分析及Flexsim仿真等专业理论知识，对A企业精品果初加工生产线平衡优化和平面布局改善两个方面进行研究，为企业经营者提升产品质量、提高生产效率、降低生产成本提供一定的理论参考。
26	机械电气工程学院	抛射匀料式籽棉残膜静电分离机	srp	王虎挺、张惠	由于棉花中异纤的存在会严重影响成纱质量，也会影响棉纺企业经济效益，削弱我国棉纺产品在国际市场上的竞争力，制约我国棉花产业的发展。因此需要更高效且成本低的异性纤维清理机械装备，本项目根据静电吸附技术分离异纤时存在着自动化程度低，以及单位时间处理棉花量少等问题，设计了机采籽棉残膜静电分离的开松抛射、匀棉分料结构，使籽棉残膜充分达到静电分离的条件，并且将机械喂料和静电分离进行技术集成，设计出抛射匀料式籽棉残膜静电分离机，来解决棉花加工行业异纤清除难的问题，进而生产适用于棉花加工厂条件下籽棉异纤清理环节的工程机械。

教学科研

2023年本科生创新创业训练项目机电学院选题名单

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Sheet 1: 国创

Sheet 2: SRP

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