基于改进YOLOv5的田间复杂环境障碍物检测

为实现田间复杂环境下农业机器人自主导航作业过程中障碍物快速检测,提出一种基于改进YOLOv5的田间复杂环境下障碍物检测方法。建立包含农业机械、人、羊三类目标障碍物共计6766张图片的农田障碍物数据集;通过k-means聚类算法生成最佳先验锚框尺寸;引入CBAM卷积块注意力模块,抑制目标障碍物周围复杂环境的干扰,增强目标显著度;增加一个检测头,跨层级连接主干特征,增强多尺度特征表达能力,缓解标注对象尺度方差带来的负面影响;使用Ghost卷积替换Neck层中普通卷积,减少模型参数,降低模型复杂度。改进后的模型比YOLOv5s基准模型检测精度提高2.3%,召回率提高3.1%,精确率提高1.9%,参数量降低7%左右,为无人农业机械自主作业过程中导航避障的研究提供技术参考。

基于深度学习的玉米籽粒破损在线检测技术

玉米籽粒破损是制约中国玉米籽粒直收技术推广应用的瓶颈问题,如何快速准确地获取玉米收获过程中籽粒损伤情况是玉米智能化收获的关键。为了解决这一问题,该研究提出一种基于深度学习的玉米籽粒破损检测装置及方法,该方法采用籽粒单层化装置不断获取高质量玉米籽粒集图像数据,并通过深度学习分割、分类两阶段模型实现破损玉米籽粒检测。图像分割阶段通过深度学习经典实例分割模型(Mask R-CNN)完成区域内玉米籽粒单体分割;而图像分类则由该研究基于残差模块提出的新型网络模型(BCK-CNN)实现。为了评价BCK-CNN分类模型的有效性,将其和其他典型深度学习分类模型进行对比测试,并利用可视化的技术评估了不同模型对玉米籽粒的分类性能。结果表明:BCK-CNN模型对完整、破损玉米籽粒的分类准确性分别达到96.5%、94.2%。另外,选取平均相对误差为评价指标,通过模拟试验对比验证了该检测方法对破损玉米籽粒的检测性能。结果表明:相较于人工计算籽粒破损率,该研究提出的破损玉米籽粒检测方法计算得到的平均相对误差仅4.02%;且将其部署在移动工控机上对单周期玉米籽粒集图像检测时间可以控制在1.2 s内,研究结果为玉米收获过程中破损籽粒高效精准检测提供参考。

机械式漏播检测与补种装置设计与试验

针对玉米播种作业过程中常出现的漏播问题,采用冗余设计方法,研究一种机械式漏播检测与补种装置。通过跨越式探种杆对主排种窝眼轮充种情况进行持续检测,并带动锁杆完成对补种装置锁定与解锁,实现漏播补种。设计一种新型探种杆结构,采用双压头结构的探种杆,提高漏播检测精度;优化检测装置结构参数,实现对补种装置的快速锁定与解锁;通过对补种装置进行运动分析,确定补种装置结构参数及同步补种条件,提高播种质量。结合理论分析,选取作业速度、探种角度和补种复位弹簧最大作用力为试验因素,以漏播指数与合格指数为性能指标进行单因素试验与正交试验。确定较优的参数组合:作业速度0.9 m/s,探种角度45°,复位弹簧最大作用力12 N。在该条件下漏播指数为3.4%,合格指数为94.5%,满足精量播种作业要求。

立式玉米脱粒装置设计与试验

为减小脱粒机械整机尺寸,提高机械通用性,采用立式脱粒方式,设计一种锥形外筒与轴流脱粒滚筒相配合的立式脱粒装置,在控制脱粒装置尺寸的同时保证脱粒质量。阐明立式脱粒装置的结构与工作原理,分析脱粒过程中脱粒元件的受力情况,设计一种弓齿式脱粒元件。通过EDEM软件对果穗与弓齿接触时的受力进行仿真分析,确定最佳弓齿直径为10 mm。以滚筒转速、脱粒间隙和弓齿弯曲半径为试验因素,以籽粒破碎率为试验指标进行试验并进行单因素方差分析。结果表明:籽粒破碎率随滚筒转速增加而增加,随脱粒间隙增加而减小,随弓齿弯曲半径增大而减小,其中滚筒转速与脱粒间隙对立式脱粒装置籽粒破碎率影响较为显著。最终选出立式脱粒装置最优的滚筒转速为300 r/min,脱粒间隙为80 mm,弓齿弯曲半径为20 mm,此时籽粒破碎率为4.67%,符合国家标准要求。该研究为开展新型玉米脱粒装置提供新的思路。

基于虚拟现实的青贮玉米饲料化模拟系统仿真

针对青贮玉米饲料化工艺流程中设备种类较多,从业人员的培训受农时、场地及设备结构制约的问题,利用虚拟现实(VR)技术和三维建模仿真技术开发了青贮玉米饲料化全程数字化模拟系统。采用Maya软件建立设备三维模型并生成动画,展示主要设备的工作过程和工作原理;通过Unreal Engine 4软件进行农场和养殖场等场景搭建并应用C++进行交互式开发,应用模型间蓝图通信、动画骨骼绑定及LOD等技术,搭建了整个模拟系统。通过该模拟系统能够观看整个青贮玉米饲料化的生产全过程,熟悉设备结构及工作过程,同时可对关键零部件进行虚拟装配和农机装备的虚拟驾驶,使用户获得沉浸式和交互性体验。该模拟系统能够以较低的成本对从业人员进行培训,拓展了VR技术的应用领域。

玉米籽粒直收机板齿式脱粒装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求,解决现有玉米系列直收过程中易出现籽粒损伤和未脱率高的问题,结合黄淮海地区玉米收获特点,设计了脱粒齿板与脱粒凹板螺旋分布的板齿式脱粒滚筒,以及结合圆管栅格脱粒凹板的板齿式纵轴流脱粒装置。对关键部件进行理论分析,确定了影响脱粒性能的主要因素。通过4YZ-6型玉米籽粒直收机进行单因素试验,得到脱粒性能较好时滚筒转速、脱粒间隙、板齿长度的变化范围。以滚筒转速、脱粒间隙、板齿长度为试验因素进行正交试验,确定了较优的参数组合:滚筒转速为350 r/min,脱粒间隙为53 mm、板齿长度为100 mm。在该条件下,玉米果穗的籽粒破碎率为2.73%,未脱净率为0.41%,符合国家相关标准。