基于机器视觉的旱地移栽横向精准供苗系统研究

针对目前全自动旱地移栽机因钵苗播种或生长偏离盘穴横截面中心而无法精准供苗导致取苗过程中伤苗、漏苗的问题,提出了一种基于机器视觉识别控制的横向精准供苗系统。系统实时提取苗盘横截面图像,使用OpenCV经图像预处理后利用GrabCut算法进行图像分割以获取钵苗茎秆图像;将分割后的图像进行轮廓检测,建立钵苗茎秆轮廓的外接矩形,获取秧苗茎秆相对图像中心取苗点偏移的矢量距离;经过Jetson nano处理器信息整合处理,利用STM32单片机产生PWM信号,动态调控直线滑台内步进电机转速和转动角度来移动秧箱,使每株秧苗被横向供给至预定取苗点,从而实现精准取苗。同时,对供苗系统进行了整体设计,完成了三维建模,并搭建精准供苗试验台进行试验。试验结果表明:在不同的移箱速度下,系统平均精准供苗合格率达93.1%,满足移栽生产作业的要求,可显著提高取苗质量。

胡萝卜联合收获机高效减阻松土铲设计与试验

针对胡萝卜联合收获机作业时松土铲普遍存在作业阻力大、漏拔率高等问题,设计了一种高效减阻松土铲。以狗獾爪趾为仿生原型设计了仿生减阻铲尖,并分析了其减阻机理,建立了铲翼与土壤间的力学接触模型,确定了影响松土铲作业质量的铲翼结构参数。基于EDEM离散元仿真技术,建立了部件土壤作物多元仿真模型,通过单因素试验与正交旋转组合试验,确定了铲翼结构参数取值范围及其对指标的影响规律。建立了试验因素与指标间的多目标优化数学模型,运用Design-Expert 8.0.6软件确定了松土铲的最优参数组合,通过田间性能试验验证了高效减阻松土铲的作业性能。结果表明:影响胡萝卜联合收获机松土铲作业质量的主要结构参数为铲翼开角α和铲翼倾角β,当铲翼开角α和铲翼倾角β分别为120.27°和47.37°时,松土铲作业性能最优,最优组合下前进阻力与胡萝卜拔取力分别为1908.76 N和55.37 N。经田间性能试验验证,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,与凿式松土铲相比,高效减阻松土铲前进阻力降低了5.79%,胡萝卜拔取力降低了20.68%,漏拔率降低了3.8个百分点,满足胡萝卜收获农艺要求。

割前摘脱收获机立式离心分离复脱清选装置优化

针对水稻割前摘脱脱出物草谷比低和处理量大的特点,为提高谷物脱出物的处理能力,设计了一种可循环喂入的立式离心分离复脱清选装置并对其进行了响应面优化试验。以喂入速度和螺旋输送器转速为影响因素,以分离率、复脱率和破碎率为试验指标,通过二次正交旋转中心组合试验得到了其性能指标和工作参数的响应曲面模型。利用Design-Expert软件分析各参数对性能指标的交互作用可知,输送器转速对分离率、复脱率和破碎率的影响较大,而喂入速度则较小。通过多目标优化,得到最佳工作参数:输送器转速541.4 r/min、喂入量1.226 kg/s;在该参数组合下的期望结果:分离率为90.4%、复脱率为66.1%、破碎率为0.77%;在该参数组合下的验证性试验结果:分离率为89.4%、复脱率为65.2%、破碎率为0.83%。结果表明立式离心分离复脱清选装置处理效率高,谷物损伤小,能够适应对割前摘脱脱出物的处理要求。

胡萝卜联合收获机智能监控系统设计与试验

针对目前国内胡萝卜联合收获过程中智能化水平低、无法对机具作业情况进行监测等问题,设计了一种可搭载在胡萝卜联合收获机上的智能监控系统。智能监控系统主要包括胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块、胡萝卜堵塞监测模块、胡萝卜果实计数模块、人机交互模块及位置信息模块等。监控系统以STM32F103单片机为主控制器,信息采用CAN总线传输,应用多种传感器融合技术,实现胡萝卜联合收获作业信息采集与调控。胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块基于模糊PID控制算法,通过传感器收集机具作业速度、夹持输送带带速及夹持输送装置倾角,采用脉宽调制控制电磁阀开度调节夹持输送带带速,实现胡萝卜收获过程中机具自适应调节作业状态。运用Matlab软件进行胡萝卜联合收获自适应带速调节模型对比试验,仿真试验结果表明,该模型鲁棒性好,超调量低;田间试验表明,各模块监测精度均大于等于96%,自适应带速调节模块误差小于等于0.1 m/s,带速响应时间小于等于0.8 s,调整时间小于等于1.6 s。该智能监控系统满足机具田间作业要求,实现了对胡萝卜联合收获作业的实时监测与夹持输送带带速自动控制。

全自动滑道式旱地钵苗移栽机构设计与试验

针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题,设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构,该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能,使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析,建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件,优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数,根据此参数对移栽机构进行整体设计,完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析,验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验,通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验,结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%,满足钵苗移栽要求。

旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。

The technology and mechanism of removal of plastic mulch and land preparation

In this article,the characteristic of the field plastic mulch, the craft for mechanization removal and land preparation of plastic mulch and the mechanism frequently used in the removal and land preparation of plastic mulch were introduced, which offered references for the design of removal mechanism and land preparation of plastic mulch and structural optimization combination of working components.