电动玉米收获机自动对行控制系统的研究

为了提高玉米收获机械的自动化水平和作业性能,依托4YZ-1D履带式新能源单行玉米收获机,设计了一套自动对行控制系统,包括偏离距离的检测、模糊控制器的设计和驱动电机左/右的转速调整,实现自动对行。偏离距离的检测是利用触杆和位移传感器,将收获作业对行时的偏离距离反映到位移传感器的测量值上。设计了模糊控制器,其以位移传感器的测量值及其变化率作为输入,经过模糊控制器推理得出履带驱动电机左和驱动电机右的转速调整值U。不断调整驱动电机左/右的转速,修正了偏离距离从而实现玉米收获机的自动对行。

基于平行轨迹导航的采棉机自动对行控制方法

为解决传统人工操作采棉机长距离对行作业时存在劳动强度大、作业速度受限和效率较低的问题,利用棉花采用卫星导航平行精准播种的特性,提出了一种基于平行轨迹导航的采棉机自动对行控制方法。首先,人工驾驶采棉机完成首行对行作业,记录RTK定位轨迹数据,并进行线性拟合,得到参考导航线斜率;然后,对后续各行收获时,在任意起点对齐待收获的棉花行,由起点坐标和参考斜率计算得到平行导航基准线;最后,采用速度自适应纯追踪算法,实现采棉机自动对行。田间试验表明,该方法能够从任意行起始位置开始自动对行,不同速度下,平均绝对横向偏差为2.91cm,最大绝对横向偏差为9.22cm,平均标准差为1.80cm,控制性能均优于手动对行,满足采棉机对行精度要求。相对机械触碰式自动对行方法,该方法不受缺株歪株影响,并且在较高速7km/h行驶时仍能保持良好的对行精度。

油菜薹对行自走式收获机设计与试验

针对我国双低油菜“油蔬两用”多功能开发与利用过程中,油菜薹人工收获效率低、成本高且机械化收获技术与装备缺乏等问题,提出了集低茬双动切割、柔性夹持输送、抛送铺放、横向输送、集箱等环节的油菜薹机械化对行收获工艺方案,并在分析油菜薹种植农艺与机械化收获要求的基础上,设计了油菜薹对行自走式收获机。阐述了整机结构与工作原理,开展了切割装置、夹持输送装置、横向输送装置等关键部件结构设计与理论分析,结合油菜薹沿输送路径迁移的几何与运动学条件确定了收获机主要结构参数与工作参数。田间试验结果表明,当刀机速比系数为0.8、夹持输送速度为0.37 m/s、横向输送速度为0.5 m/s时,收获作业过程中无漏割,夹持输送成功率为93.69%、作业损伤率为7.4%、作业生产率达0.17 hm^(2)/h,收获机各关键部件运行较稳定,可一次性实现切割、夹持输送、横向输送、集箱等工序,各项性能指标满足油菜薹机械化收获作业要求。

基于 RT-Thread 的玉米对行收获控制系统 研发与测试

为提高玉米机械化收获效率,减轻驾驶员劳动强度,研发玉米收获对行控制系统。该系统包括玉米边界行感知模块和对行控制模块,采用激光雷达获取玉米行点云数据,提出基于STM32处理器和RT-Thread实时操作系统的点云数据快速分析处理方法,实现玉米行边界点的提取,通过边界点计算得到横向偏差;设计系统通信拓扑架构,实现感知、处理、对行控制模块之间的高效通信。对该系统的性能开展田间试验验证,结果表明:收割机与玉米行实际边界线的平均横向偏差为0.06 m,最大横向偏差为0.126 m,满足玉米对行收获作业要求,为玉米对行收获提供一定的参考。

跨越式膜上对行覆土装置设计与覆土性能研究

针对西北寒旱区马铃薯全膜覆盖种行覆土栽培农艺要求,研制一种跨越式膜上对行覆土装置。解析跨越式提土装置和侧向对行覆土装置作业机理,确定了各个部件的核心作业参数。运用离散单元法(DEM)进行了对行覆土仿真试验,结合Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应曲面法,建立了覆土宽度和覆土厚度的回归模型,优化得到跨越式膜上对行覆土装置的最优作业参数组合为螺旋输土器转速135 r·min^(-1),覆土器开口长度100 mm,覆土器离地高度为233 mm。田间试验表明,设计的跨越式对行覆土装置满足马铃薯种植农艺要求,马铃薯幼苗自然出苗率达到92.5%,同时烧苗率为7%。

谷物联合收获机自动对行控制系统的设计

为提高谷物联合收获机的对行质量,设计了一套谷物联合收获机自动对行控制系统,主要包括自动对行感知系统和路径跟踪控制系统。自动对行感知系统基于多种传感器,包括摄像头、激光雷达和惯性测量单元等,实现了对农田的实时感知和行间距的测量;路径跟踪控制系统通过计算机器相对于理想路径的偏差,并结合速度和转向控制,实现了机器自动调整行驶方向和速度,以保持在行中心。测试结果表明:系统可以稳定、准确地控制机器的对行,显著提高了收割效率和农作物的质量,降低了驾驶员的劳动强度。

玉米收获机自动对行系统设计与试验

为提高玉米收获机的对行质量,减轻驾驶员的劳动强度,设计了一套玉米收获机自动对行系统,包括自动对行感知系统和路径跟踪控制系统。感知系统由激光雷达、机械式对行传感器、陀螺转角仪等组成,激光雷达检测进入地块前的横向偏差,机械式对行传感器检测收获作业时的横向偏差,陀螺转角仪检测航向偏角。以纯追踪模型作为路径跟踪的控制方法,利用模糊控制原理动态调整纯追踪模型中的前视距离,结合收获机的运动学模型,确定收获机转向轮的期望转角,并通过Matlab/Simulink软件对模型进行仿真分析。将自动对行系统搭载于4YL-6型玉米收获机上进行田间试验,结果表明,激光雷达静态检测试验的偏差均值为0.0775 m,标准差均值为0.1309m,偏差在±15cm和±30 cm内的比例均值分别为80.5%和95%;激光雷达地头自动对行试验的平均调整距离为7.89m,平均偏差为0.146 m;基于机械式对行传感器的收获作业自动对行试验的偏差均值为0.0876m,标准差均值为0.0976 m,偏差在±15 cm和±30 cm内的比例均值分别为83.1%和100%。试验结果满足玉米收获机的对行作业要求,可为玉米收获机的自动对行提供理论支持。

基于四连杆机构自动对行装置的设计与仿真

针对收获机对行收获萝卜时对行精准度问题,以萝卜作为研究对象,基于四连杆机构原理,设计了自动对行装置。在横向位置探测上,将萝卜在垄中间位置的偏移量转换为探测杆角度偏移量,得到萝卜横向偏移距离。在纵向位置探测上以垄面为基准,设计了垄面浮动探测机构获取垄面起伏情况,结合角度传感器调节挖掘铲深度。利用SolidWorks和RecurDyn对横向探测杆和垄面浮动探测机构进行有限元静力学分析和动力学仿真。结果表明,横向探测杆和垄面浮动探测机构在静力学上符合强度和刚度要求,垄面浮动探测机构有良好贴垄仿形效果,挖掘铲的平均挖掘深度保持在20.5 mm内。该研究对萝卜收获过程中萝卜顺利导入收获装置具有参考意义。

自走式甜菜联合收获机自动对行检测装置的设计

甜菜是甘蔗以外主要糖来源之一,在生产生活过程中具有重要地位。为提高甜菜的收获效率,需要研发收获机自动对行控制系统和控制技术,而对行检测是实现甜菜自动对行收获的基础与难点。为此,设计研发了一种适用于自走式甜菜收获机的对行检测装置,并进行了性能测试。实验结果表明:所设计的装置能够精确检测偏离作物行的程度,为实现自走式甜菜联合收获机的自动对行控制奠定了基础。

基于ADAMS的甜菜收获机自动对行探测机构仿真

设计了土下果实收获机械自动对行机构。应用UG建立了自动对行机构三维模型,并将其导入机械系统动力学仿真软件ADAMS中构建了虚拟样机模型。通过设置模型参数,添加约束和驱动,以甜菜为收获对象,实现了在ADAMS/View环境下自动对行的运动仿真。以自动对行机构复位弹簧的刚度、预紧力和作业前进速度为影响因素,以角度传感器获得的角速度为目标函数表征自动对行灵敏度及漏挖率,对影响自动对行的参数进行了虚拟正交试验研究,并进行了田间验证试验。结果表明,复位弹簧刚度的影响不显著,当复位弹簧预紧力为200 N、作业前进速度为1.5 m/s时,漏挖损失率最小。

牵引式甜菜联合收获机自动对行系统研制

为了提高甜菜联合收获自动化水平、降低收获损失,该文结合垄作甜菜种植模式,以牵引式甜菜联合收获机为载体,采用液压技术、传感器信号采集技术和微处理器控制技术设计了一套甜菜联合收获机自动对行控制系统。该系统具体包括对行探测机构、偏移牵引调整机构、液压控制系统、电子控制系统和控制软件。标准信号跟踪试验显示,跟踪最大延时小于1s,超调量小于15%,最大误差为2.5°,表明系统具有快速响应特性和稳定性。田间收获对比试验显示,采用该自动对行控制系统后,甜菜联合收获机漏挖损失率降低2.03%,根体折断率降低1.48%,根块损伤率降低2.64%。该研究可为其他土下果实收获机械对行系统研发提供有效借鉴。

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。

2BMD-12型小麦对行免耕施肥播种机改进与试验研究

2BMD-12型小麦对行免耕施肥播种机用于一年两熟地区夏玉米整秆覆盖下免耕直播冬小麦,一次作业可同时完成秸秆粉碎、开沟、施肥、播种、镇压等多道工序。通过粉碎刀轴打碎玉米秸秆和田间杂草,并将碎秆、杂草等抛送至开沟器侧后方,有效地解决了玉米整秆覆盖下免耕播种小麦易发生严重堵塞的问题。在其第二代样机的基础上改进设计完成了第三代样机,通过对刀座的排列及对刀轴受力分析的研究,改进设计了粉碎刀轴,并进行了播种性能试验。试验表明在玉米整秆覆盖下对行免耕播种小麦技术可行,机具结构设计合理,为一年两熟地区冬小麦免耕播种提供技术支持。

固定道对行小麦/玉米通用免耕播种机设计

针对华北平原小麦、玉米一年两熟区固定道保护性耕作缺乏配套机具,设计了2BMDF-2/7型固定道小麦/玉米免耕播种机。该机利用固定道实现对行作业,同时采用动力驱动粉碎防堵机构,重点解决玉米秸秆地免耕播种小麦的问题。试验结果表明,该机通过性好,对行避茬率在85%以上,能很好地解决玉米秸秆地免耕播种小麦的堵塞问题,可以完成小麦和玉米的免耕播种,播种深度变异系数分别为19.4%和23.4%,实现一机两用。

棉花基肥对行分层深施机的设计与试验

【目的】研究北斗导航拖拉机自动驾驶系统进行肥料的对行深施。【方法】采用样机田间试验。【结果】平均施肥量为21.4kg/667m^2,变异系数为4.0%,施肥量比较稳定。肥料分层深施效果方面,深层肥料平均深度为19.8cm,浅层肥料平均深度为12.5cm,可以有效满足实际生产作业。【结论】该机主要由开沟分层施肥装置、覆土装置、排肥装置、限深行走轮等组成,可一次性完成对行开沟、分层施肥和覆土作业。

横移对行控制系统设计与试验分析

为提高大田农用机械作业速度、精准作业能力和行跟随控制系统模块化,基于视觉和液压伺服控制技术,研发了可以搭载不同机具的横移对行控制系统并进行了试验.横移对行装置由上位机实时采集作物行视觉信息并处理发送给下位机,由下位机核心处理器MC9S12DG128单片机精确控制液压系统驱动对行机构的横移对行,既减少了拖拉机频繁转向操作和对作物垄的破坏,又降低了作业农机具对作物的损伤.利用直线位移传感器采集横移机构中动子相对于定子的位置信息,并实时显示于显示器上,指导驾驶员调整拖拉机转向.试验表明,在拖拉机前进速度为0.58,1.22和2.19 km·h-1时,与未使用对行装置时相比,对行准确率分别提高了27.9%,29.1%和31.7%.

基于Proteus的甜菜收获机自动对行控制系统设计仿真与试验

为提高甜菜收获机械的自动化水平、减少漏挖损失,该文设计了甜菜收获机械的自动对行控制系统,应用Proteus软件设计了自动对行控制系统硬件电路图,应用Keil软件编写了系统的C语言控制程序,利用电子元器件对自动对行控制系统机械机构进行简化、模拟,并设置系统各元器件的参数,实现了在Proteus环境下自动对行控制系统的运行仿真;并进行了实验台和田间验证试验。结果表明,虚拟仿真试验的转动角度与实验台架试验的最大误差为2.78%,平均误差0.95%;与田间试验的最大误差为2.60%,平均误差1.30%。虚拟仿真结果与实验台、田间等试验结果基本一致,可为收获机械自动对行控制系统的设计研究提供参考。

基于线性自抗扰的稻田除草对行控制系统设计与试验

为降低水稻机械除草的行间伤苗率,该文基于线性自抗扰技术开展水稻田间除草对行控制系统研究。在苗带信息获取的基础上,针对水田作业环境设计了一种基于线性自抗扰的对行液压控制系统。采用内、外滑梁结构,实现对行执行机构对除草部件作业路径的避苗调控。应用Amesim与Matlab联合仿真方法,构建了对行液压控制系统仿真平台,分别对线性自抗扰算法和PID算法进行了控制器设计及仿真比较,仿真结果表明:在加入扰动情况下,线性自抗扰控制系统达到期望的对行调控时间比PID减少0.1s,且抗干扰性及鲁棒性均优于PID控制算法。田间试验结果表明:行进速度和作业深度对伤苗率影响显著,最优作业参数组合为行进速度0.5 m/s,调节间距60 cm,作业深度20 cm,此时伤苗率为3.6%;性能比较试验表明:有对行控制系统的平均伤苗率为3.9%,没有对行系统控制的伤苗率为18.6%。该系控制统满足机械除草对行控制的要求,可为水田作业环境下的精准控制问题提供借鉴。

田间作业机械对行导向行走系统

为提高田间作业机械的作业质量 ,满足农业机械田间作业直线行驶的要求 ,提出了农业机械田间作业实现对行导向行走的必要性 ,阐述了对行导向行走系统的构成和设计原理以及实际应用的可行性。

喷杆式施药机对行喷雾控制系统设计与试验

针对现有大田喷杆式施药机喷雾过程中喷头无法精准对行喷施造成农药浪费的问题,基于机器视觉技术设计了喷杆式施药机对行喷雾控制系统。该系统包括作物行中心线位置提取上位机软件和电动喷杆控制系统,利用工业相机获取作物行RGB图像,采用G-R>T&G-B>T算法及形态学处理实现作物行分割,基于改进的垂直投影法获取作物行中心线,利用坐标系转换实现将作物行中心线位置信息转化为喷杆横向偏移量,并经RS2 3 2串口传输至ATMega1 6控制器,控制推杆电机带动喷杆在滑轨上左右移动,借助位移传感器实时监测喷杆移动距离,以实现作物行追踪和对行喷雾控制。实验室和田间试验表明:改进的作物行中心线提取算法平均耗时12.51ms,喷杆横向偏移量计算误差小于0.44cm;电动喷杆右移最大误差0.3cm,左移最大误差0.5cm;小车速度为0.26m/s时,对倾角为5°、10°、15°模拟作物行的最大对行误差分别为3.22、2.86、2.51cm;小车速度为0.2 4 m/s,最大偏移1 4.0 2 cm时,对田间玉米幼苗的对行喷雾最大误差为4.8 6 cm,为实现作物行追踪和对行喷雾控制提供了一种有效的解决方案。