鲜食玉米收获机高净度清选智能测产装置研究

为改善国内小区鲜食玉米育种测产机械装备缺乏、小区鲜食玉米种子清选和测产过程完全依靠人工的现状,设计一种小区鲜食玉米种子高净度清选智能测产装置。该装置采用双层网筛、风力清选、智能测产流程完成高净度清选及测产作业,实现种子高净度清选和智能测产的作业要求。以上筛夹角、下筛夹角和螺旋分离装置入口风速为试验因素,以作业时千克籽粒含杂率为试验指标进行正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型,并进行试验验证。结果表明:上筛夹角为14.0°,下筛夹角为4.0°,螺旋清选装置入口风速为27.0 m/s时为最佳作业组合,此参数组合下,鲜食玉米籽粒千克籽粒含杂率为1.2%,籽粒残留清理合格率为99.69%,测产平均误差为0.412%,籽粒含水率测量平均误差为3.57%,玉米种子千粒质量测量平均误差为0.276%。为小区鲜食玉米种子的高净度清选以及智能测产提供研究基础。

苹果机械化采收发展历程、模式及其技术现状

经过近千年的进化发展,苹果伴随着品种及树形的改良,经历从自然熟落到人工采摘,从辅助工具、辅助收获平台、振动捡拾到智能机器人采收的发展历程及相应的不同的机械化作业模式。介绍苹果机械化采收的发展历程及技术现状、不同收获模式下所使用的机具设备以及不同收获模式所应用的场景与条件,为我国苹果主产区因地制宜地选择适合当地苹果收获作业模式提供借鉴。如人工或机器人采摘适用于苹果鲜售市场,非选择性振动捡拾收获方式适用于苹果的二次加工领域;而为提高机器人的作业效率,需要对苹果树的树形进行结构简化改良,需要考虑农机与栽培农艺的结合。

大白菜机械化收获技术研究现状与发展趋势

随着现代农业技术的发展,大白菜机械化收获技术在我国越来越引起重视。目前,我国大白菜收获作业仍以人工为主,机械化收获水平较低。为了使大白菜收获跟上时代的步伐,满足大白菜的生产需要,结合国内外大白菜机械化收获技术,重点分析了大白菜机械化收获中拔取、切根、输送提升及转运收集等关键技术;然后,总结现有收获机及其关键部件所存在的问题;最后,针对我国现阶段的研究情况,对我国大白菜机械化收获方面的研究提出几点建议,旨在为我国大白菜机械化收获技术装备的研发与应用提供参考依据。

植物工厂内LED光调控在果树栽培中应用的研究进展

相比露天栽培和大田生产,植物工厂具有不受气候条件影响、自动化程度高、空间单位面积利用率高、可周年不间断连续生产等突出优点。该文重点阐述和分析了植物工厂内发光二级管(LED)光调控在果树栽培中的应用,从光质、光周期、光照度三个角度出发,总结LED光调控对果树生长发育与生理生化的影响,并提出存在的问题,展望了未来的发展趋势。

基于梯度点阵结构的浆果变刚度柔性夹持机构设计

【目的】根据浆果在采摘、分拣等环节中的夹持性能需求,在机器人末端使用高刚度驱动连接和低刚度无损夹持的夹持机构,有效推进农业机器人在浆果生产领域的推广。【方法】针对典型浆果-小番茄的夹持工况,引入多层级拓扑优化理论,提出基于梯度点阵结构的变刚度柔性夹持机构设计方法,构建变刚度柔性夹持机构的优化设计模型,实现由单一材料构建的刚度梯度分布的一体化柔性夹持机构设计。【结果】采用Polyjet增材制造技术,加工获得柔性质量约45 g的夹持机构样件。对茂名‘千禧’小番茄的夹持试验发现,夹持机构样件输入端的驱动载荷为11.00~14.56 N时,小番茄的压缩率为0.90%~1.91%,机械损伤度为0。【结论】优化设计的变刚度柔性夹持机构可有效且几乎零损伤地夹持外表层较为脆弱的浆果,为浆果自动化采摘、分拣等环节中夹持装备的设计提供了可行的设计方法。

4MZ-4自走箱式采棉机风送歧管流体分析及结构优化

针对最新研制的4MZ-4自走箱式采棉机,为分析其风送系统流动特性,并使风量在四个输送管路中分配均匀,利用Hypermesh、Fluent软件对四行机离心风机及一分四歧管进行了流体域建模及数值分析,分析得到离心风机出口流量数据,以风机出口流量作为歧管入口边界条件计算歧管各出口流量及流量配比,并根据歧管内空气流动状态对歧管结构进行优化,优化后歧管的风量配比均匀性得到显著改善。

穗茎兼收鲜食玉米收获机割台自适应仿形系统研制

为解决穗茎兼收鲜食玉米收获机割台仿形存在的问题,基于超声测距原理,研制了一种穗茎兼收鲜食玉米收获机的割台自适应仿形系统。该系统中,超声波测距传感器安装在割台分禾器前端,用于实时检测割台分禾器与地面高度差,将高度差信号传输至玉米收获机的中心控制终端,由控制终端发出相应调整指令,控制割台调整液压系统进行割台高度调整,实现玉米收获机在作业过程中的割台自适应仿形。以1台4行190kW穗茎兼收鲜食玉米收获机为样机,搭载所研制的割台自适应仿形系统,开展仿形系统验证试验,玉米收获机作业行走平均速度4km/h,割台转速400r/min,安装2个超声波测距传感器,割茬高度控制在90~110mm范围内,在累计作业8h的验证试验中,割台调整平稳,割台无触地现象,试验结果验证了割台自适应仿形系统的有效性。

国内外设施蔬菜机械化发展现状分析及对策

随着我国设施蔬菜产业的不断发展以及人们对设施蔬菜的需求日益增加,实现机械化、智能化作业生产成为了设施蔬菜产业现代化进程中的必要环节。虽然我国设施蔬菜面积、产量以及产值不断扩大,但与欧美等设施农业发达国家仍有很大的差距。为提高设施我国设施产业机械化水平,研制可靠的机械作业装备,综述分析美国、日本、荷兰等国家现代化设施蔬菜作业机械的研究现状和发展动态,总结归纳我国设施蔬菜作业机械的类型以及优缺点,指出我国设施蔬菜生产过程中存在机械化、自动化程度不高、机具适应性差、农业机器人应用相对落后等问题。结合我国国情提出要加强研发智能化、信息化设施农业装备,推进新材料及农业机器人新技术的应用等提升设施蔬菜机械化水平的对策,为我国设施蔬菜机械化的发展指明方向和提供参考。

田间作业条件下摘锭耐磨性能及棉花采净率的试验研究

为了探究田间作业条件下摘锭的耐磨性能与棉花采净率,该研究将未钝化摘锭和钝化摘锭安装到采棉机不同采摘头上,在作业面积达到0、150、300、450、600hm^(2)时,获取2种摘锭样本并进行切割制样,分析钩齿磨损形貌,提取钩齿磨损面积及镀层厚度,同时测定2种摘锭的采净率。结果表明:未钝化摘锭的钩齿前齿尖易折断,钝化摘锭的钩齿镀层剥落晚于未钝化摘锭。在相同作业面积下,钝化摘锭的钩齿磨损面积更小,在测试位置的镀层厚度更高;当作业面积达到600 hm^(2)时,未钝化摘锭的钩齿平均磨损面积达到2.9×10^(5)μm^(2),约为钝化摘锭的2.6倍;未钝化摘锭1号、2号钩齿及钝化摘锭1号钩齿测试位置镀层剥落,钝化摘锭具有更加优异的耐磨性能。对照2种全新摘锭的采净率,钝化摘锭的采净率比未钝化摘锭低0.2个百分点;当作业面积达到约200 hm^(2)时,2种摘锭的采净率相差不大;当作业面积超过200hm^(2)时,钝化摘锭的采净率大于未钝化摘锭;当作业面积为450hm^(2)时,未钝化摘锭和钝化摘锭采净率均达到最大值,分别约为96.4%和96.7%;当作业面积为600 hm^(2)时,钝化摘锭的采净比未钝化摘锭高0.5个百分点,钝化摘锭具有更加优异的采摘性能。该研究成果对于采棉机摘锭钩齿的结构优化与修形具有重要意义。

蔬菜采摘机器人及其关键技术研究进展

蔬菜采摘机器人对蔬菜生产机械化、自动化、智能化具有重要意义。对国内外蔬菜采摘机器人研究现状、关键技术进行总结、分析,包括优化末端执行器提升采摘效率,优化图像处理算法和深度学习模型提高识别精度。并对蔬菜采摘机器人的夹持式、吸持式和仿生式三类末端执行器的特点及适合场景进行分析。分析蔬菜采摘机器人视觉系统的组成结构,对比三种识别方法:传统的图像处理方法基于颜色、纹理特征等;机器学习方法如K-means聚类算法和支持向量机SVM算法等;深度学习方法如YOLO、Faster RCNN和SSD网络等。根据不同蔬菜的生长环境及自身特性,归纳出适应的识别方法,并对比识别效果。最后,指出蔬菜采摘机器人在作业对象、作业环境、自身硬件、生产成本方面存在的问题;并在蔬菜种植模式、软件系统、硬件系统以及利用区域特性方面作出展望。

蒙古韭收割机设计与试验

针对蒙古韭收获作业人工成本高,没有专业收割机械等问题,设计自动有序蒙古韭收割机,一次性完成收割、有序输送及装箱作业,提高收获作业效率和蒙古韭的新鲜度。在分析蒙古韭收割机总体结构的基础上阐述整机的工作原理,对切割装置、扶持装置、输送装置等关键部件进行设计校核后完成样机试制。以有效收割率和割茬整齐率作为评价指标进行田间收割试验,试验表明,当机器前进速度为3 km/h,有效收割率和割茬整齐率达到最高值,分别为98.4%、96.2%,当割茬高度为2.5 cm时,有效收割率和割茬整齐率为98.3%、95.9%,该蒙古韭收割机满足蒙古韭收割作业要求。

基于深度强化学习的柑橘采摘机械臂路径规划方法

[目的]为解决非结构化环境下采用深度强化学习进行采摘机械臂路径规划时存在的效率低、采摘路径规划成功率不佳的问题,提出了一种非结构化环境下基于深度强化学习(Deep reinforcement learning, DRL)和人工势场的柑橘采摘机械臂的路径规划方法。[方法]首先,通过强化学习方法进行采摘路径规划问题求解,设计了结合人工势场的强化学习方法;其次,引入长短期记忆(Longshort term memory,LSTM)结构对2种DRL算法的Actor网络和Critic网络进行改进;最后,在3种不同的非结构化柑橘果树环境训练DRL算法对采摘机械臂进行路径规划。[结果]仿真对比试验表明:结合人工势场的强化学习方法有效提高了采摘机械臂路径规划的成功率;引入LSTM结构的方法可使深度确定性策略梯度(Deep deterministic policy gradient,DDPG)算法的收敛速度提升57.25%,路径规划成功率提升23.00%;使软行为评判(Soft actor critic,SAC)算法的收敛速度提升53.73%,路径规划成功率提升9.00%;与传统算法RRT-connect(Rapidly exploring random trees connect)对比,引入LSTM结构的SAC算法使规划路径长度缩短了16.20%,路径规划成功率提升了9.67%。[结论]所提出的路径规划方法在路径规划长度、路径规划成功率方面存在一定优势,可为解决采摘机器人在非结构化环境下的路径规划问题提供参考。

基于较高收割机生产率的东北地区适宜水田规格阈值分析

农业规模化机械化是东北地区农业产业发展的必然趋势,规模化水田布局除了考虑灌溉效率问题,还需要协同农机作业性能等目标来满足当前农业生产的需求。本文将田间试验与数值模拟相结合,田间试验测量了庆安国家灌溉试验重点站内22块水田的收割机生产率,数值模拟选取了收割机机型、田块面积、田块长宽比共计210组方案,利用收割机生产率模型开展数值模拟,分析了水田不同形状、面积和长宽比对收割机生产率的影响,探究了基于较高收割机生产率前提下东北地区适宜水田规格阈值。研究结果表明,具有较大面积、较大长宽比的矩形水田规格有较高的收割机生产率,适宜东北地区水田长度和宽度的阈值分别为[160 m,200 m]和[40 m,200 m],该结果可为水田优化布局提供技术参考。

油菜脱出物双向切流喂入式旋风分离清选装置的设计与试验

为满足小型油菜联合收获机清选要求,创新设计了一种油菜脱出物双向切入式旋风分离清选装置。对其圆筒筛、双向输送绞龙、双向切入式旋风分离筒、吸杂风机等关键部件进行了结构设计和参数确定,试制了样机并实施了室内台架试验。选取对清选性能影响较大的喂入量、抛料板转速、吸杂风机转速为因素,籽粒清洁率与损失率为评价指标开展单因素试验,以探明喂入量、抛料板转速和吸杂风机转速的较优范围;在此基础上开展了正交试验以寻求喂入量、抛料板转速、吸杂风机转速的优化参数组合。单因素试验结果表明,在喂入量不超过0.07 kg·s^(-1)、抛料板转速为600~800 r·min^(-1)、吸杂风机转速为1600~1800 r·min^(-1)时,籽粒清洁率≥94%,清选损失率≤8%。正交试验结果表明,影响清选性能的主次因素依次为:吸杂风机转速、喂入量、抛料板转速,优化参数组合为喂入量0.06 kg·s^(-1)、抛料板转速700 r·min^(-1)、吸杂风机转速1800 r·min^(-1),对应的籽粒清洁率为97.1%,损失率为4.8%,远超国家标准要求,清选性能较好。研究结果为小型油菜联合收获机清选装置设计和运用提供了理论参考依据。

丘陵山区小型收割机防撞装置设计与试验

针对丘陵山区地块小,零星分散,道路条件差,收割机频繁调头、转场,割台前端零部件易发生碰撞损坏,严重影响整机可靠性的问题,基于小型水稻收割机集成设计碰撞检测装置、行走机构动力切换装置、防撞控制箱。碰撞检测装置运用激光传感器检测反射板中心孔位置变化,达到检测碰撞目的,通过行走机构动力切换装置和防撞控制箱实现对行走动力切断与恢复的自动控制。最后对收割机防撞装置进行验证试验,结果表明:收割机Ⅰ档、Ⅱ档的防撞成功率分别为98.00%和98.67%,响应时间分别为0.020 s和0.015 s。验证理论分析及结构设计的合理性,可实现收割机碰撞保护。

成熟期棉田棉花行精准识别算法研究

为满足采棉机器人成熟期棉花的收获要求,提出一种成熟期棉花行中心线快速准确的检测方法。在自然环境下相机采集成熟期棉花图像,利用灰度变换、高斯滤波等方法对图像进行预处理,其次通过标记分水岭分割算法对图像进行分割,滤除图片中杂点,将棉花信息从背景信息中提取出来。最后通过像素坐标分割法检测棉花特征点并采用最小二乘法拟合棉花行中心线。实验结果表明,像素坐标分割算法在不同光照情况下、棉花种植稀疏与稠密情况下都能够准确的拟合出棉花行走向的中心线,速度快,准确率高,可以满足采棉机器人实时作业要求。

结球蔬菜收获机械研究现状与方向

结球蔬菜在蔬菜供应体系中占有极其重要的地位,其收获过程一直是影响结球蔬菜生产效益的重要因素。目前,我国对于结球蔬菜的机械化收获研究主要还是以理论研究为主,随着蔬菜产业整体的发展,结球蔬菜收获机械化的研究水平也将不断提高。为此,综述了国内外各种结球蔬菜收获机械的研究现状,并对结球蔬菜收获机械的关键装置工作原理进行了详细阐述,总结剖析了各关键装置在实际应用中的优势和不足;最后,提出了当前结球蔬菜收获机存在问题和研究方向,旨在为结球蔬菜收获机械的研发提供借鉴和参考。

抖动链齿杆式残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置设计与试验

针对土壤层残膜回收装备存在挖掘阻力大、功耗高、易壅土等问题,设计抖动链齿杆式残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置,其中旋耕挖掘机构降低挖掘阻力并解决壅土问题,抖动链齿输送机构提高残膜-土壤-秸秆输送效率。建立输送链表面物料颗粒的受力模型,分析前进速度与输送链转速之间的变化关系,计算抖动轮与输送链转速;测定土壤剖面残膜和秸秆的含量及分布并建立虚拟仿真土槽,模拟棉田土壤中残膜和秸秆含量及分布特点。在EDEM中构建残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置仿真模型并设置挖掘铲入土深度150 mm,在不同前进速度(0.75、1、1.25 m/s)、旋耕刀片转速(210、230、250 r/min)、输送链转速(65、85、105 r/min)组合条件下,模拟挖掘与输送残膜-土壤-秸秆过程中的壅土效果和颗粒速度变化特性;根据仿真试验结果可知,在挖掘与输送装置前进速度较高的条件下易发生壅土问题,土壤层残膜、土壤和秸秆颗粒运动速度小于5 m/s。田间试验结果与仿真试验结果基本相同,在不同的因素水平组合条件下,田间试验测量壅土高度范围为71~246 mm;田间试验表明,当壅土高度小于等于90 mm时不会发生挖掘阻力较大并停机的问题。文中设计的挖掘与输送装置和作业效果分析方法,为设计新型的残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置提供参考。

红枣收获机械研究综述

红枣在我国的种植面积较广,且在农业生产中占有很高的比重,但红枣的收获需人工捡拾,成本较高,采收条件差。因此,红枣采收机械化是影响红枣产业发展的关键问题。目前针对红枣收获装置研究较多,主要采收类型有梳齿刮刷式、摇振式、气力式等。相关设备大多处于试验阶段,少有大规模推广使用的机型。通过查阅相关文献,总结了国内外红枣机械化采收的研究现状,归纳了目前典型的几种采收装置优劣之处,对红枣采收机械化的发展做出展望,为未来红枣采收机具创新发展提供参考。

双动刀沙棘枝条切割参数分析与试验

为探明沙棘枝条最优切割参数,解决针对国内沙棘专用机械收获装备空缺问题,该研究设计了双动刀沙棘枝条切割试验台并开展沙棘枝条切割试验,确定了切割装置关键结构参数,基于LabVIEW开发了沙棘枝条切割特性测控系统和数据采集软件。通过单因素试验探究平均切割速度、刀具滑切角、刀刃高度和动刀组数对单位直径峰值力及单位面积切割功耗的影响;采用Box-Behnken多因素试验设计方法,以平均切割速度、枝条喂入速度和刀具滑切角为试验因素,以单位直径峰值力和单位面积切割功耗为评价指标建立回归模型。试验结果表明,评价指标随着平均切割速度、刀具滑切角和刀刃高度的增大而减小,在双动刀时比单动刀时数值更小。通过响应曲面法优化回归模型,确定最优切割参数组合为平均切割速度0.45 m/s、枝条喂入速度0.64 m/s、刀具滑切角9.4°,该组合下单位直径峰值力为53.33 N/mm,单位面积切割功耗为69.87 kJ/m^(2),模型误差小于5%,切割参数优化结果准确。研究结果可为后续沙棘枝条收获装备的研发提供数据支撑。