虚拟现实技术在智能插秧机中的应用

为进一步提升我国智能插秧机的作业效率与插植准确度,基于虚拟现实技术理念针对其结构设计及作业控制展开研究。在充分理解智能插秧机的结构组成与作业要求实现的基础上,运用VR控制理念,建立VR可视化设计模型平台,融入北斗定位及VR矩阵元素等核心技术,形成完整的智能插秧机作业系统,并展开有效性的插秧作业试验。试验结果表明:将虚拟现实技术应用于智能插秧机,实现了插秧作业性能的整体提升,在VR可视化的监测与调偏功能运用下,控制准确率相对提高了8.83%,合格率相对提高了6.76%,秧苗利用率亦得到明显提升,对于插秧装备的无人化和智能化及多范围、多地区推广起到了积极作用,可为类似农机装备的优化创新提供很好的思路与方向。

面向对象技术的智能插秧机控制系统设计研究

以插秧机智能控制系统为研究对象,基于面向控制对象技术设计一种无人驾驶插秧机智能控制系统,并在水泥路面和水田两种不同环境中对插秧机进行性能试验测试。试验结果表明:在水泥路面上插秧机行进过程最大横向偏差小于50mm,最大航向偏差小于2°;在水田内插秧机行进过程最大横向偏差小于60mm,最大航向偏差小于3°,表明智能控制系统在使用过程中具有较高的可靠性和稳定性。

数学建模应用的水稻插秧机控制系统优化分析

以水稻插秧机仿形机构作业升降和保持过程为研究对象,采用力反馈和位移反馈相互切换的控制方式构建作业过程控制系统,并利用数学建模的方式搭建仿形机构作业过程控制模型,在MatLab/Simulink环境中建立控制系统模型。采用模糊PID算法对控制系统仿真模型进行优化,仿真结果表明:模糊PID控制算法能够显著提升插秧机控制系统在不同控制阶段的工作性能。

基于计算机图像分析处理的插秧机优化研究

以进一步提升插秧机的作业效率及智能化应用为目标,选取其可视化处理与执行组件为研究对象,基于计算机图像分析与处理技术展开优化研究。通过分析插秧机的结构组成及作业特征,搭建计算机图像特征处理模型,经内部特征计算匹配,设计了完整、有效的插秧图像分析处理流程。展开计算机图像分析与处理优化下的整机作业试验,结果表明:与传统机械特征分析相比,图像识别准确率得到较大提升,插秧均匀率可提升至94.39%,插秧效率相对提升8.30%,满足了插秧机智能化作业需求,具有较好的推广应用价值。

基于数值分析算法的智能插秧机作业优化研究

为进一步提升我国智能插秧机的综合作业效率,基于数值分析算法理念展开核心控制与机构的优化研究。从整机的主体结构组成入手,结合插秧作业的功能实现,建立核心算法的插秧设计架构,并进行硬件功能分配及计算动作指令下的控制布置。整机作业试验表明:数值分析算法下的智能插秧机各组件及模块作业执行良好,优化效果显著;在满足深度合格率与插秧合格率的基础上,整机秧苗漏插率可降低至4.01%,秧苗直立度提升至90.52%,综合作业效率相对提升至95.15%,是数值算法精准性与科学性的最佳体现;整机得到合理配置,对于智能插秧装备的深度优化具有参考价值。

基于计算机网络控制的插秧机自动路径规划研究

首先,对插秧机导航控制原理进行了分析,建立了插秧机行驶模型;然后,通过确定矩形地块边界、直线和转弯路径规划实现了基于计算机网络控制的插秧机自动路径规划系统。系统采用Ω式转弯式覆盖方法,可以较大程度提高作业覆盖率。试验结果表明:插秧机在进行直线行驶的路径和仿真路径一致,只有在转弯时才会出现较小偏差,证明控制系统能够满足实际应用需求。

基于数学偏微分算法的水稻插秧机控制系统优化

为进一步提升我国水稻插秧机的综合作业效率,以数学偏微分应用思维为改善切入点,针对整机控制系统展开优化研究。以充分分析插秧机各功能实现为基点,搭建数学偏微分模型,进行系统控制优化与整机部件改进,设计出全新的功能提升型水稻插秧机,实施插秧作业。试验结果表明:经数学偏微分算法及控制思维导入,水稻插秧机的整机核心作业参数得到显著提升,秧深精度与系统稳定度均可保持在93.00%以上,插秧合格率相对提升了8.58%,秧苗损失率可降低至0.45%,整机作业效率可达91.12%,符合水稻插秧机的设计标准及预期优化目标,具有较强的应用推广价值。

水稻插秧机调平装置电气控制系统设计

为了保证秧苗入土深度一致,提升秧苗成活率,对水稻插秧机的调平装置及电气控制系统进行了设计。水稻插秧机的主要组成包括机架、电气控制系统、调平装置、秧箱、取秧和插秧部件、动力系统及传动系统。为了提升调平装置的性能,对液压装置的参数包括最大功率和作业效率进行了设计,并对横向自适应调平装置的电气控制系统进行了设计。为了验证水稻插秧机调平装置的性能,对插秧机进行了液压装置仿真试验和调平装置性能试验。试验结果表明:液压装置的参数可以满足设计要求,调平装置可以满足插秧机的作业要求。

打响新中国插秧机械化的“第一枪”

水稻,不仅仅是中国人历史餐桌上的主粮,更是中华文明的根基和演变过程的鲜活体现。而关于水稻的栽培,也与华夏民族有着不解之缘。从原始农业“面朝黄土背朝天,弯腰曲背几千年”的栽培方式到近代以来栽培机械化的日益演进,我国第一台人力夹式水稻插秧机——广西-65型水稻插秧机的发明功不可没。

基于Kriging模型的高速水稻插秧机移箱机构滑块可靠性分析

【目的】高速水稻插秧机移箱机构中的滑块在受到较大轴向冲击载荷时容易破坏断裂,为保证移箱机构的可靠性,对其进行可靠性分析,供滑块的结构设计优化参考。【方法】首先通过ANSYS Workbench进行热-结构耦合分析获得滑块所受最大应力值,然后采用Kriging模型结合MonteCarlo模拟的可靠性分析方法,考虑材料密度、工作温度和工作载荷的影响,计算了滑块的可靠度和灵敏度。【结果与结论】在许用应力值为523.21 MPa时,滑块的可靠度为0.9987,其中工作载荷对滑块所受应力值的影响概率最大,其次为工作温度和材料密度,分析结果可为滑块的结构设计提供参考。

基于路径跟踪技术的插秧机智能控制系统设计

以插秧机作业过程轨迹和行走路径为研究对象,建立插秧机作业过程运动学模型,并利用滑模控制理论和神经网络相结合的控制策略设计了一种插秧机智能控制系统。仿真结果表明:所选用的控制策略能够有效抑制插秧机作业过程中的横向偏差和航向偏差。田间试验结果表明:插秧机作业过程中的横向偏差均值为0.03 m,航向偏差均值为1.5°,智能控制系统满足农艺条件中的插秧直线度要求。

基于视觉补充的水稻插秧机多传感器组合定位研究

为改善基于GNSS/INS组合定位的水稻插秧机在遇到遮挡、电磁干扰、传感器失效等情况时的导航效果,在原有GNSS/INS组合定位的基础上,提出一种视觉导航系统(vision navigation system,VNS)补充的水稻插秧机多传感器组合定位方法。首先设计改进的Otsu法和改进的Hough变换算法用于视觉定位信息提取,并构建插秧机和相机坐标系关系方程以求解位姿值;然后采用具有容错功能的联邦卡尔曼滤波算法将VNS输出的定位信息和GNSS、INS输出的定位信息进行融合;最后分别在水泥地和水田进行试验。结果显示,空旷水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位和GNSS/INS组合定位精度相近,而在遮挡水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位解算出的位置误差和航向误差的平均值分别为1.77 cm和0.99°,相较于GNSS/INS组合定位方法分别提高46.8%和61.5%;水田试验中,经过视觉补充后导航系统的横向偏差和航向偏差平均值分别降低45.7%和67.9%,横向偏差平均值为1.97cm,航向偏差平均值为0.49°。试验结果表明,基于视觉补充的多传感器组合定位方法能有效降低导航系统的定位误差和跟踪偏差,满足插秧机自动驾驶作业的要求。

数学建模在水稻插秧机作业优化中的应用

为了降低插秧机的作业故障次数、提升插秧效率和插秧质量,对数学建模在水稻插秧机作业优化中的应用进行了研究。为了有效提升作业效率和作业质量,分插机构的传动部件改进为非圆齿轮行星系,并针对传动装置建立数学模型并分析。为了验证水稻插秧机的结构是否合理,对其进行了仿真试验,结果表明:水稻插秧机的结构合理,可将其应用于实际生产。

基于干扰观测器的插秧机路径跟踪滑模控制

针对插秧机作业时,因农田环境复杂及空间差异性,在未知外部干扰下车辆容易发生滑移,从而影响路径跟踪效果、跟踪收敛时间长等问题,提出了一种基于干扰观测器的插秧机路径跟踪滑模控制方法。首先,建立了包含滑移的扩展运动学模型,在此基础上引入横向和航向的复合干扰,设计非线性干扰观测器对干扰精准观测,降低滑模控制的抖振。为了避免奇异现象和提高收敛速度,提出采用快速非奇异终端滑模面和变指数幂次趋近律设计的控制器削弱干扰。在MatLab软件平台上建立了无干扰模型对比仿真,相比于快速幂次趋近律,选择的变指数幂次趋近律快速性更好,相比于快速终端滑模,设计的快速非奇异终端滑模动态性能更好。仿真结果表明:非线性干扰观测器能精确观测复合干扰;与无干扰观测器的滑模控制器相比,所设计的控制器能快速有效收敛、削弱干扰、降低抖振。在速度0.8 m/s的实际水田作业试验中,整体直线路径跟踪的横向平均绝对偏差为2.50 cm,均方根为2.90 cm,偏差总体数值较小,有效提高了控制系统稳定性和快速性,满足路径跟踪精度要求。

基于三维扫描及逆向工程的插秧机浮板结构优化及偏差检测应用

为有效缩短农机产品的设计研发生产周期、减少产品开发技术费用、提升偏差检测精度,该文将逆向三维建模技术应用到农业领域。基于三维激光扫描和逆向工程技术,在分析定位和扫描原理的基础上,使用结构光三维扫描仪对插秧机浮板进行激光扫描,获取插秧机浮板的结构点云数据。通过点云处理软件Geomagic Wrap和逆向工程软件Geomagic Design X对插秧机浮板进行逆向建模,并将逆向建模的插秧机浮板实体和三维扫描设备采集的原始点云数据进行最佳拟合状态下的体偏差检测,校核逆向建模的精度和尺寸偏差离散性。通过3D和2D的偏差检测云图显示,插秧机浮板逆向建模的平均偏差为-0.1304~0.0486 mm,标准偏差为0.1469 mm。尺寸偏差大部分处于-0.1~0.1 mm之间,逆向建模精度符合要求。同时对插秧机浮板进行逆向结构优化设计,使优化后的插秧机浮板结构强度更加稳定,吹塑成型及开模制造工艺更加科学合理,适应更多工作环境需求。为实现农业机械零件逆向优化设计建模和快速精确偏差检测提供了理论和实践参考。

手扶式水稻插秧机检查及调整方法、常见故障与排除

介绍手扶式水稻插秧机检查及调整方法、常见故障及排除,目的是快速了解和掌握机械在使用中调整及排除方法,并能及时解决作业中所出现的各种故障,加快提高作业效率并降低劳动强度。

基于物联网技术的智能农机装备研发创新策略研究——以插秧机为例

以水稻插秧机为例,结合物联网技术,探索智能农机装备的研发创新策略。在对物联网技术在农业领域的应用现状和优势进行综述的基础上,分析了农机装备智能化研究存在的问题以及插秧机智能化改造的先进技术与成果。从智能化需求分析、技术要求与设计原则、物联网技术在智能插秧机中的应用、硬件设计与优化、软件开发与优化等方面,阐述了智能插秧机的设计与开发。最后,提出智能插秧机研发创新策略,并展望智能农机装备研发的未来发展方向。

基于刚柔流耦合的水稻覆膜插秧机破膜装置设计

针对现有水稻覆膜插秧机无破膜装置或破膜装置结构不合理导致伤根率高等问题,设计了一种水稻覆膜插秧机破膜装置,以有限元方法建立了破膜插秧作业的刚柔流耦合模型。分析了各试验因素对评价指标的影响,并进行了多目标优化;获得了破膜装置最优结构和工作参数组合,并通过台架试验进行验证。研究可为水稻覆膜插秧机破膜装置结构优化和水田覆膜复杂作业环境下的可视化互作分析提供理论依据和技术支持。

自动导航插秧机执行机构通用性研究

农机自动导航技术的推广与应用对提升农机作业效率和作业质量,实现农业数字化、精准化和智能化具有重要意义。但是,大部分农机自动导航设备只适用于特定型号的农机设备,限制了农机自动导航技术的推广和普及。提高农机自动导航系统的通用性,扩大应用范围,对促进农业现代化具有重要意义。基于现有的自动导航插秧机试验平台开展执行机构通用性研究,优化自动导航电控方向盘装配方案,提出一种基于U型夹具的装配方案并进行静力学仿真验证。仿真结果表明,此方案通用性优,在同样的夹紧力条件下转向柱表面应力远低于屈服极限且变形趋势不明显,对比原方案能更好地保护插秧机转向柱。

基于CAN总线的智能插秧机通信系统应用研究

中国制造2025计划将智能农业装备列为关注发展领域,智能农业装备的热点研究问题就是设备的自动化。为此,针对已有插秧机作业过程中缺乏时效性评价系统、检测技术精度有待提高、通信方式不易扩展等一系列问题,提出了基于CAN总线的智能插秧机通信系统应用研究。通过GPS接收器检测现场情况及插秧机工作实况,通过CAN总线分布方式优化上位机和下位机之间的通讯及指令传输,基于ISO11783标准制订了智能化总线通信协议,并通过软件系统进行人机交互,实现插秧机位置实时监控、插秧机作业面积实时统计等功能。在此,分别进行了作业农田面积统计试验、直线道路路径跟踪试验及水稻农田作业试验。结果表明:基于CAN总线的智能插秧机通信系统能够保障数据实时传输,能实现插秧机精准远程操作,且安全自主完成路径跟踪、速度变换、转向及插秧作业等一系列作业,满足目前插秧作业的各种需求,具有实用性。