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Visual navigation in orchard based on multiple images at different shooting angles
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作者 ma zenghong YUE Jiawen +3 位作者 YIN Cheng ZHAO Runmao CHANDA Mulongoti DU Xiaoqiang 《智能化农业装备学报(中英文)》 2024年第4期51-65,共15页
The orchards usually have rough terrain,dense tree canopy and weeds.It is hard to use GNSS for autonomous navigation in orchard due to signal occlusion,multipath effect,and radio frequency interference.To achieve auto... The orchards usually have rough terrain,dense tree canopy and weeds.It is hard to use GNSS for autonomous navigation in orchard due to signal occlusion,multipath effect,and radio frequency interference.To achieve autonomous navigation in orchard,a visual navigation method based on multiple images at different shooting angles is proposed in this paper.A dynamic image capturing device is designed for camera installation and multiple images can be shot at different angles.Firstly,the obtained orchard images are classified into sky and soil detection stage.Each image is transformed to HSV space and initially segmented into sky,canopy and soil regions by median filtering and morphological processing.Secondly,the sky and soil regions are extracted by the maximum connected region algorithm,and the region edges are detected and filtered by the Canny operator.Thirdly,the navigation line in the current frame is extracted by fitting the region coordinate points.Then the dynamic weighted filtering algorithm is used to extract the navigation line for the soil and sky detection stage,respectively,and the navigation line for the sky detection stage is mirrored to the soil region.Finally,the Kalman filter algorithm is used to fuse and extract the final navigation path.The test results on 200 images show that the accuracy of visual navigation path fitting is 95.5%,and single frame image processing costs 60 ms,which meets the real-time and robustness requirements of navigation.The visual navigation experiments in Camellia oleifera orchard show that when the driving speed is 0.6 m/s,the maximum tracking offset of visual navigation in weed-free and weedy environments is 0.14 m and 0.24 m,respectively,and the RMSE is 30 mm and 55 mm,respectively. 展开更多
关键词 ORCHARD visual navigation multiple shooting angles region segmentation Kalman filter
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农业装备行驶滑动辨识与控制研究现状与展望
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作者 杜小强 洪方伟 +2 位作者 马锃宏 李月婵 赵立军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-20,共20页
农业环境中农业装备时常发生行驶滑动现象且具有明显不确定性,滑动现象使行驶机构处于不可控状态,从而影响作业精度,严重阻碍了种植、中耕管理和收获等需要精准作业环节的农业装备信息化及智能化发展。本文从滑动原理、滑动辨识及行驶... 农业环境中农业装备时常发生行驶滑动现象且具有明显不确定性,滑动现象使行驶机构处于不可控状态,从而影响作业精度,严重阻碍了种植、中耕管理和收获等需要精准作业环节的农业装备信息化及智能化发展。本文从滑动原理、滑动辨识及行驶滑动控制方面,分别对滑动力学特性、滑动辨识方法和考虑滑动的路径跟踪控制的国内外研究现状进行综述。滑动原理方面,着重阐述了针对不同行驶机构的结构特点和行驶地面环境建立的多种行驶机构与地面的系统模型。滑动辨识方面,分别对基于数学模型和基于数据驱动两类方法进行分析,揭示各方法优势与局限性。行驶滑动控制方面,重点归纳了应用于农业装备的路径跟踪控制方法,指出了目前行驶滑动控制研究方法局限性。最后,指出行驶滑动辨识研究对于农业装备自动化发展具有重要意义,未来农业装备行驶滑动研究可以从滑动力学理论模型、滑动实时辨识方法、行驶滑动控制方法等方面开展深入研究。 展开更多
关键词 农业装备 行驶滑动 路径跟踪控制 滑动辨识
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基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法
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作者 马锃宏 谭励 +2 位作者 曾伟 贺磊盈 杜小强 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期223-232,共10页
针对传统农业机器人抓取过程中视觉识别番茄果实尺寸和姿态存在枝叶遮挡的问题,提出了一种基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法。在果实抓取过程中通过视触觉传感器得到果实外轮廓接触局部点云信息,然后通过相机参数标定以及各手指... 针对传统农业机器人抓取过程中视觉识别番茄果实尺寸和姿态存在枝叶遮挡的问题,提出了一种基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法。在果实抓取过程中通过视触觉传感器得到果实外轮廓接触局部点云信息,然后通过相机参数标定以及各手指关节变换矩阵,将不同传感器坐标系下的点云信息变换到同一基坐标系下,进而通过点云改进PCA算法和ICP算法解析抓取果实的尺寸和姿态信息。为了评估所提出解析方法的性能,在实验室环境下进行了番茄尺寸和姿态检测试验。通过游标卡尺测量和深度相机扫描分别获得番茄果实尺寸和姿态的真实值,并与本文方法解析结果进行对比。检测试验结果表明,本文方法获得的番茄横向尺寸和纵向尺寸平均相对误差分别为8.66%和11.08%,番茄果轴与视场投影面的水平夹角和垂直偏转角平均相对误差分别为10.03%和14.02%。本文方法解析的番茄果实尺寸与姿态信息,可应用于番茄果实抓取过程中的姿态调控,从而提高番茄果实抓取采摘的可靠性。 展开更多
关键词 番茄采摘 视触觉传感器 尺寸与姿态解析 PCL点云库 改进PCA算法 ICP算法
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咬合式柑橘采摘末端执行器优化设计与试验
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作者 马锃宏 余煌 +1 位作者 谭励 杜小强 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期106-115,125,共11页
针对柑橘自动化采摘末端执行器剪切果柄难度大的问题,设计了一种采用球形闭合进行咬合剪切果柄的柑橘采摘末端执行器。对柑橘果柄进行剪切力学特性研究,通过对果柄直径、剪切速度、果柄斜角、树叶阻挡数、刀片间隙5个因素进行剪切试验,... 针对柑橘自动化采摘末端执行器剪切果柄难度大的问题,设计了一种采用球形闭合进行咬合剪切果柄的柑橘采摘末端执行器。对柑橘果柄进行剪切力学特性研究,通过对果柄直径、剪切速度、果柄斜角、树叶阻挡数、刀片间隙5个因素进行剪切试验,基于最小二乘法多项式拟合建立响应面进行影响因素分析;对末端执行器进行几何建模,并以控制刀片间隙为主要约束条件,以增大拢果定位容差为优化目标建立参数优化模型,优化后拢果定位容差由9.2%~48.8%提升到26.0%~71.7%;对关键部件进行了有限元仿真,仿真得到球壳变形对刀片间隙的影响结果。最后设计柑橘采摘末端执行器样机,在柑橘果园进行实地采摘剪切性能测试,直径小于等于4 mm的果柄采摘断柄成功率达95%,满足柑橘采摘要求。 展开更多
关键词 柑橘 采摘 末端执行器 咬合式 剪切
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三自由度苹果采摘机械臂动力学分析与轻量化设计 被引量:12
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作者 赵雄 曹功豪 +3 位作者 张鹏飞 马锃宏 赵立军 陈建能 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期88-98,共11页
针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题,本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂。首先,针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析。机械臂采用平行四边形结构,通过后置动力源减小... 针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题,本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂。首先,针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析。机械臂采用平行四边形结构,通过后置动力源减小整机转动惯量,且臂展长,工作空间大,运动时树枝干扰小,更适用于苹果采摘。其次,采用牛顿-欧拉方程建立动力学模型,完成机械臂苹果采摘仿真,通过动力学模型的理论数据,以减轻机械臂自身质量为优化目标,对臂及其关键部件应力及应变进行分析,计算不同轻量化方案下的应力、应变,从而选取最优的轻量化方案。通过对比轻量化前后机械臂仿真数据,骨棒型轻量化方案驱动力矩峰值分别降低21 N·m和15 N·m,均降低约20%,整机质量下降1.8 kg,降低32.1%,且轻量化后机械臂保持良好工作能力。根据优化结果,搭建了三自由度苹果采摘机械臂物理样机,通过试验得到大、小臂最大驱动力矩为92、63 N·m,基本符合仿真结果,验证了动力学模型的正确性。 展开更多
关键词 苹果 采摘 三自由度机械臂 轻量化设计 动力学模型
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跨式油茶果收获机履带底盘行走液压系统设计与试验 被引量:5
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作者 杜小强 宁晨 +3 位作者 杨振华 马锃宏 贺磊盈 韩鑫涛 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期139-147,共9页
跨式油茶果收获机在丘陵山地作业时需要较大的牵引力,且要求行走平稳。本文基于机液联合仿真技术对跨式油茶果收获机底盘行走液压系统进行设计,以达到动力匹配及行走性能较优的目的。在RecurDyn软件中建立了跨式收获机履带底盘虚拟样机... 跨式油茶果收获机在丘陵山地作业时需要较大的牵引力,且要求行走平稳。本文基于机液联合仿真技术对跨式油茶果收获机底盘行走液压系统进行设计,以达到动力匹配及行走性能较优的目的。在RecurDyn软件中建立了跨式收获机履带底盘虚拟样机模型,采用谐波叠加法构建了B级路面谱,仿真分析了跨式履带底盘直线行驶和差速转向的动力学特性。通过AMESim与RecurDyn软件对收获机行走系统进行机液联合仿真,研究底盘在直线行驶与差速转向工况时行走马达液压特性。研制了全液压驱动的跨式油茶果收获机,进行了地面直线行驶与差速转向测试,结果表明:底盘直线行驶偏移率为1.7%;直线行驶时,行走马达流量稳定在23 L/min,压力稳定在1.5 MPa;差速转向时,行走马达流量稳定在22 L/min,压力在2~12 MPa范围内波动,验证了跨式履带底盘行走液压系统的稳定性。 展开更多
关键词 油茶果收获机 跨式履带底盘 液压系统 联合仿真
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基于空间注意力和可变形卷积的无人机田间障碍物检测 被引量:5
7
作者 杜小强 李卓林 +2 位作者 马锃宏 杨振华 王大帅 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期275-283,共9页
为了解决植保无人机作业时,传统田间障碍物识别方法依赖人工提取特征,计算耗时较长,难以实现在非结构化田间环境下实时作业识别的问题,提出一种优化的Mask R-CNN模型的非结构化农田障碍物实例分割方法。以ResNet-50残差网络为基础,将空... 为了解决植保无人机作业时,传统田间障碍物识别方法依赖人工提取特征,计算耗时较长,难以实现在非结构化田间环境下实时作业识别的问题,提出一种优化的Mask R-CNN模型的非结构化农田障碍物实例分割方法。以ResNet-50残差网络为基础,将空间注意力(Spatial attention,SA)引入残差结构,聚焦跟踪目标的显著性表观特征并主动抑制噪声等无用特征的影响;引入可变形卷积(Deformable convolution,DCN),通过加入偏移量,增大感受野,提高模型的鲁棒性。构建包含农田典型障碍物的数据集,通过对比试验研究在ResNet残差网络结构中的不同阶段中加入空间注意力和可变形卷积时的模型性能差异。结果表明,与Mask R-CNN原型网络相比,在ResNet的阶段2、阶段3、阶段5加入空间注意力和可变形卷积后,改进Mask R-CNN的边界框(Bbox)和掩膜(Mask)的平均精度均值(mAP)分别从64.5%、56.9%提高到71.3%、62.3%。本文提出的改进Mask R-CNN可以很好地实现农田障碍物检测,可为植保无人机在非结构化农田环境下安全高效工作提供技术支撑。 展开更多
关键词 田间障碍物 Mask R-CNN 空间注意力 可变形卷积
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以应用型人才为导向的物理实验教学改革与实践 被引量:5
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作者 陆小翠 马增红 杨广武 《物理通报》 CAS 2023年第6期27-30,共4页
首先通过大学物理实验课程现状调查与分析,发现物理实验教学中存在的4个真实问题.其次,按照应用型人才培养要求,以学生为中心重构物理实验教学内容架构,采用多元化教学方法锻炼学生科学认知能力,以创新实验室为平台激发学生科技创新的兴... 首先通过大学物理实验课程现状调查与分析,发现物理实验教学中存在的4个真实问题.其次,按照应用型人才培养要求,以学生为中心重构物理实验教学内容架构,采用多元化教学方法锻炼学生科学认知能力,以创新实验室为平台激发学生科技创新的兴趣,以演示仪器为载体促进实验教学效果. 展开更多
关键词 大学物理实验 应用型人才 教学改革 演示仪器
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温室叶菜种苗双排移植手稀植部件设计与时序优化试验 被引量:3
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作者 马锃宏 饶益成 +3 位作者 童俊华 李恺 徐敏雅 武传宇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期60-69,共10页
水培叶菜培育过程中需要将穴盘中的种苗稀植到栽培槽内,传统人工作业劳动强度大、效率低,为此设计了一种温室叶菜双排移植手变间距稀植移栽部件,可实现穴盘内双排自动取苗和栽培槽变间距植苗作业。设计了一种具有二次夹紧功能的取苗移植... 水培叶菜培育过程中需要将穴盘中的种苗稀植到栽培槽内,传统人工作业劳动强度大、效率低,为此设计了一种温室叶菜双排移植手变间距稀植移栽部件,可实现穴盘内双排自动取苗和栽培槽变间距植苗作业。设计了一种具有二次夹紧功能的取苗移植手,并进行刚柔耦合仿真试验分析,确定最佳取苗深度为48 mm。根据稀植移栽作业工况分析,拟定双排移植手3种稀植取苗策略,优选双排(第1排和第7排)间隔取苗纵向位移最小的运动策略。开展稀植移栽动作时序优化分析,优选交叠动作时序时间点,并进一步开展12种作业时序优化移栽对比试验,试验结果表明移动和横向变间距展开、纵向变间距分离和下降时序并行时动作组合为最优,移栽平均效率为4836株/h,移栽成功率为95.8%。 展开更多
关键词 温室 水培叶菜 移植手 移植部件 时序优化
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自走式履带底盘遥控系统设计与试验 被引量:10
10
作者 马锃宏 王蓬勃 +1 位作者 耿长兴 刘艳艳 《中国农机化学报》 北大核心 2018年第3期42-45,共4页
为实现农业生产中人机分离,避免或减轻人身伤害,针对自走式履带底盘设计了遥控操纵系统。采用PLC为核心控制器,基于气路设计了柔性末端执行机构,操纵左右履带连接或脱离动力源,从而实现控制底盘行走、停止和左右转向。通过对遥控传输信... 为实现农业生产中人机分离,避免或减轻人身伤害,针对自走式履带底盘设计了遥控操纵系统。采用PLC为核心控制器,基于气路设计了柔性末端执行机构,操纵左右履带连接或脱离动力源,从而实现控制底盘行走、停止和左右转向。通过对遥控传输信号的优化设计,提高了遥控操纵的可靠性和安全性。遥控操纵行走试验结果表明,在空旷环境下底盘遥控可靠距离平均大于40m,满足底盘农业生产要求。 展开更多
关键词 履带 底盘 气压 遥控
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组合式水稻钵苗育秧盘自动分装装置设计与试验
11
作者 马锃宏 孙泽强 +3 位作者 杜小强 李月婵 俞亚新 陈建能 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期33-42,69,共11页
现有水稻钵苗育秧播种流水线前端的秧盘分离供应尚未完全自动化,特别是软钵盘的分离。为减少劳动力,降低人工成本,本文采用硬托盘与常规育秧软钵盘组合配套,设计一套水稻钵苗育秧盘的自动分装流水线,包括分离软钵盘的指夹式真空吸盘机... 现有水稻钵苗育秧播种流水线前端的秧盘分离供应尚未完全自动化,特别是软钵盘的分离。为减少劳动力,降低人工成本,本文采用硬托盘与常规育秧软钵盘组合配套,设计一套水稻钵苗育秧盘的自动分装流水线,包括分离软钵盘的指夹式真空吸盘机构、分离硬托盘的滑块连杆机构及其组合而成的套盘机构,用于实现组合式育秧盘中软钵盘和硬托盘的逐个分离和套盘组装,以满足育秧播种流水线前端的秧盘全自动供应。设计一种柔性抓取的指夹式真空吸盘,吸管采用3D打印方式加工,并通过铰链对称安装,模拟人类手指的抓取动作。采用真空吸附的方式实现软钵盘的柔性抓取,不会对软钵盘表面造成损坏。利用ANSYS有限元分析软件对软钵盘受到真空吸盘吸附提升时的变形程度进行分析,确定8组真空吸盘的合理布局。利用ADAMS动力学仿真软件对分离硬托盘的滑块连杆机构进行运动学分析,确定最佳的升降高度以及连杆的开合角度。设计并搭建样机进行试验,试验结果表明:当分离套盘效率为600盘/h时,分离套盘成功率为93.25%,整机运行稳定,符合设计要求,满足一般水稻工厂化育秧播种流水线的工作要求。 展开更多
关键词 组合式育秧盘 分装流水线 水稻钵苗 分盘机构 套盘机构
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Great Skill Engenders Bravery and Skill Grows with Bravery——Character and Painting of Mr.Ren Changjiu
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作者 ma zenghong 《China Population Today》 2014年第3期43-45,共3页
In the contemporary artistic circle,it is not rare for a person at the age of knowing his destiny to start learning painting and be a professional.It is also not at all surprising that one close to 60 years old starts... In the contemporary artistic circle,it is not rare for a person at the age of knowing his destiny to start learning painting and be a professional.It is also not at all surprising that one close to 60 years old starts to study painting art in a professional art school.Yet,we will consider the idea and action too naive like The Arabian Nights or a fool's paradise,if one of our friends just starts learning painting for only three or four years,abandons his family and career,goes to Beijing alone to find 展开更多
关键词 绘画艺术 当代艺术 艺术学校 学习
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Crop positioning for robotic intra-row weeding based on machine vision 被引量:5
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作者 Li Nan Zhang Chunlong +5 位作者 Chen Ziwen ma zenghong Sun Zhe Yuan Ting Li Wei Zhang Junxiong 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE EI CAS 2015年第6期20-29,共10页
A machine-vision-based method of locating crops is described in this research.This method was used to provide real-time positional information of crop plants for a mechanical intra-row weeding robot.Within the normali... A machine-vision-based method of locating crops is described in this research.This method was used to provide real-time positional information of crop plants for a mechanical intra-row weeding robot.Within the normalized red,green,and blue chromatic coordinates(rgb),a modified excess green feature(g-r>T&g-b>T)was used to segment plant material from back ground in color images.The threshold T was automatically selected by the maximum variance(OTSU)algorithm to cope with variable natural light.Taking into account the geometry of the camera arrangement and the crop row spacing,the target regions covering the crop rows were defined based on a pinhole camera model.According to the statistical variation in the pixel histogram in each target region,locations of the crop plants were initially estimated.To obtain the accurate locations of crops,median filtering was conducted locally in the bounding boxes of the crops close to the bottom of the images.For the lateral guidance of the robot,a novel method of calculating lateral offset was proposed based on a simplified match between a template and the detected crops.Field experiments were conducted under three different illumination conditions.The results showed that the accurate identification rates on lettuce,cauliflower and maize were all above 95%.The positional error as within±15 mm,and the average processing time for a 640×480 image was 31 ms.The method was adequate to meet the technical requirement of the weeding robot,and laid a foundation for robotic weeding in commercial production system. 展开更多
关键词 robot TEMPLATE CROPS
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Simulation and analysis of polycrystalline silicon photovoltaic cells surface color differences based on transfer matrix method
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作者 CHEN Zijian ma zenghong +3 位作者 JIA Haoyuan ZHANG Lian SUN Yan WANG Shiyu 《Optoelectronics Letters》 EI 2021年第12期734-740,共7页
Following the previous work,in this paper,the antireflective films thicknesses,refractive indexes and reflectance spectra of different color categories of the polycrystalline silicon cells are tested and compared.It i... Following the previous work,in this paper,the antireflective films thicknesses,refractive indexes and reflectance spectra of different color categories of the polycrystalline silicon cells are tested and compared.It is found that the color difference of polycrystalline silicon cells is mainly caused by the antireflective film.Then the matrix transfer method is used to simulate the reflection spectra according to the actual tested parameters of the samples,and the effectiveness of the simulation is verified.Finally,according to the distribution of the spectral solar irradiance,the total solar absorption of the polycrystalline silicon cells with different antireflective film thicknesses is simulated.The optimal value of the antireflective film thickness of the polycrystalline silicon cell is calculated.This study has important guiding significance for photovoltaic(PV)enterprises to realize the optimal production of plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)process in production. 展开更多
关键词 POLYCRYSTALLINE MATRIX TRANSFER
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