日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状,该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本,采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴;设计地面移位换行装置,用以承载清洗主机沿温室长度方向移动;为实现自动换行清洗,设计棚顶移位换行装置,调整棚顶吊绳安装高度,避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术,保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性,以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室,按外形尺寸5:1加工清洗样机,并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明,清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内,左右偏移量在±7 mm以内(换行操作时各偏移量无累积);地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右;毛刷材料选型与关键参数设计合理,可对薄膜表面灰尘进行有效清洗,洗净率为95.4%,清洗效果明显。该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时,有效解决了团队前期研发清洗机质量大、易伤膜、自动化水平低等问题,为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。

连栋温室分段变距喷雾机器人设计与试验

针对国内连栋温室缺乏植保喷雾机、机械走直定位与换轨转向精度低等问题,设计了一种连栋温室分段变距喷雾机器人,在实现无人化喷药的同时提高作业精度。为满足连栋温室机械作业路轨结合、精准切换的要求,提出一种通用型移动底盘,并确定其关键设计参数;为减少底盘上下轨时的偏移量,设计轨上矫正装置,通过分析计算及试验验证,确定其安装余量为4 mm;针对底盘对轨误差大的问题,提出一种二维码融合陀螺仪及光电传感器双向垂直寻迹的路面关键点定位与转向控制方法。设计分段变距喷雾装置,提出一种丝杆滑台驱动的喷杆变距方案,分析校验其驱动参数以满足工作要求;基于滚针轴承设计喷杆辅助防抖装置,减小因喷杆剧烈抖动带来的滑台与喷杆损伤。开发底盘运动及分段变距喷雾控制系统,实现喷雾机器人在连栋温室内的全程自动化作业。最后,对样机进行底盘性能与喷雾效果试验。底盘作业时直线行走与对轨误差平均值分别为4.8、5.8 mm,满足控制精度要求;避障距离为34 cm,满足安全性要求;防抖装置的安装使喷杆行进方向的抖动量从-1°~1.3°降低到±0.4°内,喷头方向的抖动量从±0.5°降低到±0.3°内,防抖效果显著;分段变距喷雾作业后,盛果期番茄叶片正面雾滴沉积量为1.76μL/cm^(2),反面沉积量为0.2μL/cm^(2),雾滴体积中径在100~180μm之间,满足作业要求。

多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器设计与试验

针对勺链式大蒜播种机取种过程中常出现的漏种、重种问题,设计了一种多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器。取种勺在充种阶段获取多粒蒜种,经多重扰动清种,最终取种勺内仅余1粒蒜种。本文以金乡蒜种为研究对象,阐述了排种器的工作原理,确定了排种器的各项参数和多重扰动装置的最佳安装位置。通过DEM-MBD耦合仿真试验,分析了倾斜角、取种勺线速度对充种成功率的影响,以及凹槽形状对单粒取种率的影响。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以第2弧形突出部分坡度、倾斜角、取种勺线速度为试验因素,以单粒取种率和漏种率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验。利用Design-Expert 8.0.6数据分析软件,分析了各因素对单粒取种率与漏种率的影响,对试验因素进行优化,确定了多重扰动装置最佳结构参数。设计试验台对仿真结果进行验证,倾斜角、取种勺线速度分别为15°、0.07 m/s的条件下,通过调节多重扰动装置与取种勺凹槽顶端距离适配不同级别蒜种,当Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级蒜种距离分别为0、6.1、12.1 mm时,单粒取种成功率分别为92.2%、97.2%、95.6%,具有良好的取种性能。

基于外形特征的潍县萝卜筛选系统研制与试验

针对目前潍县萝卜表面缺陷筛选主要依靠人工,存在工作强度大、分拣效率低等问题,设计了一种基于外形特征的潍县萝卜筛选系统,并搭建了试验台架。实地采集了潍县萝卜表面缺陷数据照片,构建数据集,通过调节亮度与对比度、旋转、缩放、高斯模糊及添加椒盐噪声等方法对数据集进行了扩充,以防止过拟合;对数据进行标注,分为根部多头、弯曲、损伤和虫眼4种类型;选用模型体积小、检测速度快的YOLOv5s网络对潍县萝卜表面缺陷数据集进行训练,并生成识别模型。结果表明,其识别准确率90.25%、精确率93.77%、召回率90.83%和mAP@0.5为91.21%。模拟实际作业环境,设计并制作了试验样机,采用传送带带动萝卜移动,上位机通过双摄像头对萝卜的表面信息进行采集并进行处理,下位机控制同步带滑台带动推板完成对萝卜的分拣。在输送平台传送带速度分别为0.16、0.30和0.38m/s时进行筛选试验,结果表明,筛选总体准确率分别为97.5%、92.0%和82.5%。该研究可为潍县萝卜筛选装置的研发提供设计参考。

新工科背景下电工电子类实践教学体系探索与实践

为了满足新时代高校人才培养工作的新形势新要求,山东农业大学电工电子实验教学中心以“虚实结合、相互补充、能实不虚、层次递进”的实践教学体系和模式为指导,以实践育人为宗旨,以提高科学素养和创新实践能力为目标,通过优化人才培养方案、改革实践教学模式、完善考评体系、强化实践师资队伍建设等方式,构建了面向学生创新实践能力培养的电工电子类实践教学体系。实践表明,该体系突出了学生在学习和实践中的主体地位,在基础工程、综合实践和创新研究等方面的能力得到全方位提升。

基于LSTM-AT的温室空气温度预测模型构建

构建精确的温室空气温度预测模型是采用模型预测控制等控制算法实现温室空气温度精准控制的前提条件。长短记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)以处理时间序列数据方面的优势而广泛应用于温室空气温度预测,然而其面对长时间序列数据存在由于数据遗忘而导致温室空气温度预测精度降低的问题。为解决以上问题,该研究将LSTM模型与注意力机制(attention mechanism,AT)结合构建LSTM-AT模型,根据LSTM模型隐藏层输出状态重要性程度为隐藏层输出分配权重,以提高温室空气温度长时间预测精度。该研究在不同预测时长(12、24和48 h)和不同天气状况两种情况下将LSTM-AT模型与递归神经网络、门控循环单元、双向长短记忆网络、LSTM模型进行对比。结果表明,LSTM-AT模型空气温度预测值与测量值变化趋势较为一致,模型计算值与空气温度测量值的决定系数最小为0.95,均方根误差最大为1.34℃,平均绝对误差最大为10.51%;LSTM-AT模型、LSTM模型、门控循环单元、递归神经网络、双向长短记忆网络5种模型温室空气温度预测均方根误差平均值分别为0.89、1.42、1.89、2.10、1.51℃,平均绝对百分比误差平均值分别为4.26%、8.96%、13.57%、17.70%、10.67%。由此可知,相较于其他4种模型,该研究提出的LSTM-AT模型具有更高的预测精度,能够精确预测温室空气温度。

基于阈值识别的温室黄瓜整体自动落蔓装置研究

针对长季节黄瓜作物人工落蔓强度大、成本高和效率低等问题,设计一种基于冠层高度阈值识别的温室黄瓜整体自动落蔓装置。为保证黄瓜冠层特征提取的正确率,对8:00、12:00和18:00实时采集的黄瓜冠层图像进行预处理,基于Otsu算法获得平滑黄瓜冠层二值图像。采用霍夫变换算法识别黄瓜冠层顶端绳束,并利用统计学方法归纳出感兴趣区域中HSV色彩空间绿色部分各分量取值范围,研究感兴趣区域中绿色像素点占总像素点的比值变化规律。为防止黄瓜卷须缠绕秧蔓冠层顶端水平绳束,以黄瓜植株高度184~185 cm为落蔓控制目标,确定感兴趣区域绿色像素占比的平均值0.162~0.182为整体落蔓装置的落蔓阈值范围。结果表明,植株高度184~185 cm和高于185 cm落蔓次数占总试验次数比例分别为90%和10%。高于185 cm落蔓组中,最高植株距离顶端绳束(195 cm)的距离为9.2 cm,无黄瓜卷须缠绕黄瓜秧蔓冠层顶端水平绳束现象,采用感兴趣区域绿色像素点占比确定黄瓜落蔓阈值方法,能够满足黄瓜生产实际要求。

文洛型温室棚顶清洗机的研制与试验

针对国内文洛型温室棚顶清洗机械缺乏,人工清洗费时费力的问题,该研究设计了一种棚顶电动清洗机与配套换行作业平台,以实现对文洛型温室的自动清洗。为保证清洗机四轮行走的一致性,设计一种单电机两级减速同步驱动装置;针对电缆与水管收放过程中易发生堆积的问题,设计均匀卷线装置,对收放线过程进行分析,明确卷线半径与线速度的对应关系,优化卷线控制流程,满足了线缆、水管收放与清洗机往返同步的要求;为保证清洗辊刷对棚顶进行均匀可靠清洗,对刷毛与棚顶的接触过程进行了优化分析。样机性能测试表明,清洗最高行进速度为0.265 m/s,停机余量为28.4 mm;辅助换行平均时间为22.84 s,平台与屋顶对轨平均误差为1.6 mm。以薄膜透光率为指标,对清洗机的清洗效果进行试验,结果表明,在行进速度为0.25 m/s、辊刷转速120 r/min、水泵流量34 L/min的情况下,透光率为68%的薄膜经过清洗可提高到86%,清洗效果明显。该清洗机可以满足文洛型温室棚顶的清洗作业要求,对改善室内温光环境,提高果实产量与品质具有重要意义。

智慧农业技术在蔬菜大棚设计中的应用探析

智慧农业技术在蔬菜大棚设计中应用广泛,涵盖环境监测、环境控制、智慧管理等方面。温湿度、光照、二氧化碳等环境因子的监测采用先进传感技术与数据分析方法,实现精准感知。在此基础上,通过优化控制策略与算法,协同调控温湿度、光照、二氧化碳等,满足蔬菜生长需求。此外,物联网架构下的智慧蔬菜大棚管理系统集成了感知、网络、应用等层面,硬件设备与软件平台的有机结合,实现了蔬菜生产全流程的智能化管理。智慧农业技术在蔬菜大棚中的应用,可显著提升蔬菜产量和品质、节约资源,具有良好的经济效益和发展前景。

电网侧大规模电化学储能系统应用及测试技术探讨——评《电网侧大规模电化学储能系统应用及测试技术》

立足新能源时代场景,电网系统的运行管理及供需关系出现了重大变化,一方面是风电、水电、光伏等电力生产方式的效能大幅提升,成为传统火电的重要补充部分,而随着新能源型发电规模的不断提高,必然导致电力生产结构衍变出更为复杂的形态,进一步造成电力系统调峰能力瓶颈。另一方面,在新能源技术的加持下,用电终端的类型、数量、场景等一再丰富(如纯电汽车),考虑到季节差异、气候差异。

维持性血液透析患者跌倒影响因素的Meta分析

目的研究采用Meta分析方法,系统评价维持性血液透析患者发生跌倒的影响因素,为医务人员早期识别易发生跌倒的高危患者,降低维持性血液透析患者跌倒的发生率提供参考依据。方法系统检索PubMed、Embase、CINAHL、Web of Science、中国知网、万方医学网、维普和中国生物医学数据库中维持性血液透析患者跌倒影响因素的相关文章,检索时间设定为自建库起至2022年8月。由2名研究者按照标准独立对文献进行筛选、资料提取及质量评价,文献质量评价使用JBI文献质量评价工具,使用Stata 17软件对研究结果进行Meta分析,采用Q检验与I^(2)统计量检验各研究间的异质性,采用Begg’s分析评估各原始文献的发表偏倚。结果本次Meta分析共纳入19篇研究,其中队列研究14篇,横断面研究5篇,共包括5599例患者。Meta分析结果显示,高龄、糖尿病、高血压、低血红蛋白、透析中低血压和衰弱是维持型血液透析患者发生跌倒的独立影响因素(P<0.05),其中年龄大、合并糖尿病、合并高血压、血红蛋白指数偏低、透析中低血压、伴衰弱的患者更易发生跌倒。结论高龄、合并糖尿病、高血压、低血红蛋白的患者,发生透析中低血压以及衰弱的患者更容易发生跌倒。临床应根据这些因素采取针对性的预防措施,降低此类患者发生跌倒的概率。建议在临床实践过程中,医护人员结合临床的实际情境,遵循个性化原则对患者采取相应的预防措施。

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。

河南返乡农民工就业创业的影响因素与对策

返乡农民工促进了人才回归、技术回乡和资本回流,在农村种养业、制造业、服务业等领域发挥着不可替代的作用,日益成为推进乡村振兴的新兴力量。针对河南返乡农民工就业创业中面临的实际问题,需要系统谋划、综合施策,从资金、政策、服务、环境、人才等5个方面持续发力,为返乡农民工高质量就业创业架桥铺路。

工程优化设计方法课程案例库建设探索与实践

为了提高机械工程专业学位研究生的培养质量,培养创新应用型的高素质人才,开展了工程优化设计方法课程教学改革。阐述了案例库建设的意义,主要从案例库建设内容、实施办法和实施效果等方面对该案例库教学进行了分析,将大量枯燥乏味的理论性知识变成内容丰富的工程实践案例。近3年的案例库教学实践表明,该方法不仅改善了课堂教学效果、促进校企深度合作,而且提高了教师的教学能力。

关于粮食产销区省际横向利益补偿机制的思考

目前,我国粮食产销区的利益分配存在失衡问题,导致区域间的经济社会发展差距不断扩大。探索建立省际间的横向利益补偿机制,以补充现行的中央财政纵向补偿机制。通过梳理粮食产销区省际横向补偿机制的发展历程,可以明确其在保障国家粮食安全、缩小区域差距和完善主产区补偿机制等方面的战略重要性。基于这些认识,建议重新划分粮食产销区,并开始试点补偿工作,以构建利益共享的产销区共同体。还应探索多种补偿模式,充分利用粮食资源优势,培育主产区“造血”能力。

基于视觉辅助的大蒜幼苗破膜机的研制与试验

针对人工破膜效率低、劳动强度大的问题,文章研制了一种基于视觉辅助的大蒜幼苗破膜机。通过不同链条与作业速度下的田间试验,结果表明:采用8 mm不锈钢短环链条和2.5 m/s的前进速度,蒜芽破膜率、损伤率是最优的。与人工破膜相比,机器破膜率提高10.5%,蒜芽损伤率基本相同;机器破膜最大作业效率为5.4 hm2/h,约为人工的2.5倍。该机工作效率高、破膜效果好,可为大蒜破膜技术及装备的研发提供参考。

基于SSA-LSTM的日光温室环境预测模型研究

构建日光温室环境预测模型,准确预测温室环境变化有助于精准调控作物生长环境,促进果蔬生长。而温室小气候环境数据多参数并存、耦合关系复杂,且具有时序性和非线性,难以建立准确的预测模型。针对以上问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)温室环境预测模型,实现了温室环境数据的精准预测。实验结果表明,采用SSA自动进行参数选优的方式,解决了LSTM模型参数手动选择的难题,大幅缩短模型训练时间,且最优的网络参数能够发挥模型的最佳性能。对日光温室内空气温湿度、土壤温湿度、CO_(2)浓度和光照强度6种环境参数进行预测,SSA-LSTM平均拟合指数高达97.6%,相比BP、门控循环单元(GRU)、LSTM,其预测拟合指数分别提升8.1、4.1、4.3个百分点,预测精度明显提升。

基于云平台的设施水肥一体化控制系统设计与实现

传统设施园艺生产过程中水资源的管理方式粗放,灌溉施肥方式落后、水肥资源浪费严重,不合理的施肥方式会造成土壤中残留肥料,对环境造成污染。为提高设施作物的水肥利用效率和作物产量,本研究围绕设施精准灌溉施肥技术研究基于云平台的设施水肥一体化控制系统。采用模块化的思想,设计了以STM32为控制终端的智能水肥一体化控制系统,实时采集水肥参数,利用灌溉施肥控制算法,实行闭环反馈控制,保证水肥溶液配制的精确性;采用触摸屏组态技术,设计了人机交互系统,拥有手动、定时定量、配肥等多种操作模式;利用物联网技术,设计了水肥一体化远程监控EMCP云平台,实现了云平台间的实时通信,满足了设施作业的网络化管理和智能化控制要求。

日光温室藤蔓类作物整体落蔓装置设计

针对长季节黄瓜和番茄温室藤蔓类作物人工落蔓强度大、成本高等问题,设计一种温室藤蔓类作物整体落蔓装置。基于作物整体落蔓装置结构及工作原理,构建落蔓装置系统模型。结合整体落蔓装置系统模型和工作特点,提出基于配重平衡作物秧蔓负载的整体落蔓运行方法。当整体落蔓装置电机驱动转速分别为286 r/min、143 r/min和95 r/min时,分析了配重平衡负载工况下黄瓜秧蔓下降过程系统工作性能。结果表明,随着电机驱动转速的降低,电机的运行速度出现了轻微波动现象,但整体运行效果较好。随着黄瓜秧蔓的不断降落,秧蔓侧负载量不断减小,秧蔓重量逐渐小于配重量,各工况电机输出转矩均逐渐增大。电机驱动转速286 r/min工况下,对比分析了整体落蔓装置驱动秧蔓下降和秧蔓提升的工作性能。结果表明,采用配重平衡黄瓜秧蔓负载方法,秧蔓下降和提升过程,电机输出扭矩变化趋势基本相同,电机输出平均功率分别为7.92 W和5.54 W。采用S形布点方法,测试分析了试验温室黄瓜植株生长量分布特性。结果表明,生长量最大植株和生长量最小植株每天生长量仅相差0.35 cm,整体落蔓装置具有较好适用性。

一种机械臂像素级抓取检测方法的研究

目的针对在平面抓取的场景下,机械臂如何感知目标物体的位置信息并完成抓取作业,提出了一种兼顾检测速度和精度的抓取检测网络。方法根据抓取检测任务中输入与输出尺寸大小相同的特点,采用语义分割思想设计了抓取检测网络;输入为随机裁剪后的深度图片,输出为同尺寸的抓取置信度、抓取角度和抓取宽度特征图;为了提高平面抓取任务的效率,在综合考虑检测网络速度和精度的情况下,对网络结构进行了改进,除了在网络结构中加入了注意力机制外,还使用U-net和Deeplabv3算法替换了网络的主体结构;通过对比实验认为加入注意力机制的检测网络在检测速度和检测精度上平衡得较好,能够实现抓取任务,将抓取位姿传输给ROS系统,通过一系列的坐标变换和运动规划进行了抓取作业。结果添加注意力机制后,检测网络的推理时间仍为毫秒级,最大抓取置信度提高了7.2%;采用U-net和Deeplabv3的网络检测速度较慢,U-net网络的抓取置信度Q_(max)提高了18.8%,Deeplabv3网络的准确率Acc提高了12.8%;由于抓取检测网络应同时考虑检测速度和精度,因此加入注意力机制的检测网络性能较优。结论实验结果表明:添加注意力机制后的抓取网络在检测速度与精度上兼顾的比较理想,能够成功抓取场景中的目标物体,此方法具有一定的实际应用价值。