基于余摆运动的株间机械除草爪齿避苗控制算法

为准确控制以余摆运动为原理的株间机械除草装置的除草爪齿避让作物,提出了基于余摆运动的株间机械除草爪齿避苗控制算法,介绍了爪齿余摆运动株间机械除草爪齿避苗控制算法的基本原理,根据余摆线运动特点推导出了除草爪齿避苗判断表达式,并设计了除草爪齿的旋转角速度控制器和除草爪齿避苗控制器。利用MATLAB对除草爪齿避苗控制算法进行了仿真分析,结果表明该算法能准确控制除草爪齿避让作物,前进速度对株间区域除草覆盖率影响小,但会受除草爪齿爪尖旋转半径影响,除草爪齿旋转半径越大,进入株间区域的除草爪齿根数越少,株间区域除草覆盖率降低。在试验平台上进行了验证试验,平均每个株间区域进入的爪齿根数和株间区域除草覆盖率与仿真分析结果一致。

中耕期玉米田间避苗除草装置设计与试验

针对现有旱田避苗除草装置多依赖于智能导航平台,机械式避苗除草装置无法确定秧苗位置的问题,该文基于除草执行部件间歇式旋转运动的思想,设计了一种针对中耕期玉米田间使用的避苗除草装置,该装置由软轴、行程开关、步进电机、除草梳齿和测控系统等组成。当该装置需要执行避苗除草动作时,除草梳齿会旋转120°以躲避秧苗。在吉林大学的土槽实验室,进行了三因素四水平的正交试验,试验结果显示,在秧苗株距为26 cm,梳齿入土深度为20 mm,前进速度为5 km/h时,该装置的平均伤苗率为5.9%,平均除草率为94.7%,方差分析结果显示,玉米的种植株距对于伤苗率的影响最显著(P<0.05),梳齿的入土深度对于伤苗率和除草率均有显著影响(P<0.05),但是作业速度对于伤苗率和除草率无显著影响(P>0.05)。该装置可以满足玉米田间"避苗除草"作业的要求,研究结果可为农田机械除草的优化和设计提供参考。

株间除草装置的除草和避苗状态切换控制系统设计

基于除草爪齿余摆运动的株间除草装置利用除草轨道和避苗轨道实现除草爪齿爪尖的除草和避苗两种运动。为保证除草效果和低伤苗率,要求除草爪齿在除草和避苗两种工作状态之间的切换快速、稳定。利用双向转角电磁铁控制引导式轨道切换机构自动切换,采用两个限位传感器检测引导换轨机构是否切换至目标位置和监测引导换轨机构是否受外力被迫运动离开目标位置,并及时控制纠正。引导式换轨控制系统性能试验结果表明：当引导式切换机构碰撞到沿轨滚动轴承时所需时间明显长于无阻挡时所需时间,当有阻挡时旋转角速度越快所需时间越小;引导换轨机构10ms内可完成切换动作,且从除草轨道转动至避苗轨道所需时间和从避苗轨道转动至除草轨道所需要的时间基本相同;旋转角速度为1.257~10.573rad·s^-1时,除草爪齿的除草状态和避苗状态相互切换稳定可靠,可满足株间除草要求。

弧齿往复式稻田株间自动避苗除草装置设计与试验

针对现有稻田株间除草漏除率大、除草率低和除草装置因无法确定秧苗位置而导致伤苗率高等问题,基于除草执行部件往复式开合运动思想,设计了一种用于去除稻田中耕期株间杂草的弧齿式自动避苗除草装置。根据中耕除草期稻株生长状态,通过理论分析设计了对置株间除草齿,并确定了除草弧齿的主要结构参数。利用光电传感器和电动直线推杆的协同作用,设计了自动避苗控制系统,当该装置执行避苗除草作业时,系统根据前进速度控制除草弧齿张开一定间距,以躲避秧苗。基于显式动力学仿真软件LS-DYNA进行了虚拟试验,以地表下0~40 mm内土壤扰动率为试验指标,当除草齿入土深度为32 mm时,土壤扰动率达到最大值,为90.02%。通过田间试验验证了该株间除草装置和自动避苗控制系统的作业性能,在前进速度为0.5~0.9 m/s时,该装置平均除草率为86.51%、平均伤苗率为0.20%,除草和避苗作业性能稳定,可满足稻田除草农艺要求和株间“避苗除草”作业要求。

水田除草机用可避苗株间除草装置的设计与试验

设计一种水稻田除草的株间除草装置,装备于步进式稻田除草机上,该装备具有除去株间杂草同时做到不伤稻苗的功能。该装置结构设计合理,除去株间杂草的同时兼具避苗的功能,大大提高水田除草率,降低伤苗率,为有机水稻的发展提供装备支持。

水稻机械除草避苗控制系统设计与试验

为使除草部件的作业路径能避开稻苗,降低机械除草的伤苗率,设计了一种机器视觉与液压伺服控制技术相结合的避苗控制系统。采用垂直俯拍方式,提取了稻苗冠层边界的形心图像坐标位置,通过小孔成像模型转换,获得稻苗地面坐标位置及除草部件中心与苗行中心线的距离。建立了平行四杆纠偏机构的液压控制系统模型,获得纠偏调控量与液压推杆的映射关系。基于PID控制算法,建立了比例阀液压系统数学模型,应用Matlab/Simulink仿真表明:模型的稳态响应时间约为0.28 s,静差约为0.07 mm。进行了台架试验,结果表明:图像处理系统提取苗行中心线误差不超过3 cm;正交试验结果表明:避苗控制系统中伤苗率的影响因素主次顺序为:行进速度、移栽天数、稻苗间距,当行进速度为0.8 m/s、移栽天数为10 d、稻苗株距为12 cm时,伤苗率为2.48%。

旋转除草工作部件控制系统设计

国内适用于丘陵高粱地的除草机械较少,难以满足丘陵地区对除草的需求,丘陵山区机械化除草作业进程缓慢。研究设计一种新型高粱地除草机避苗装置及其控制系统,根据避苗传感器反馈的电压模拟量信号,经过A/D转换,采用PID控制算法,计算驱动避苗电机所需的参数,使其除草时避苗且不伤苗,解决了西南丘陵地区机械化除草过程中的误伤问题,为旋转式高粱地除草机械自动化除草提供基础,对促进丘陵山区农业机械化进程具有重要意义。

水田除草机苗间除草装置除草率与伤苗率的实验研究

有机水稻田的杂草处理是影响有机大米产量与质量的一个重要因素。鉴于有机稻田的零化学残留属性,机械除草技术成为有机稻生产过程中降低成本的重要环节,其中如何提高除草率以及降低除草过程中除草部件对秧苗的损伤成为研究的难点。对此,对水田除草机苗间除草装置的除草以及伤苗情况进行了试验,通过记录数据得到机具作业时前进速度、除草部件转速、除草深度这几项指标对除草率与伤苗率的影响,从而得到在保证除草率与伤苗率的最优情况下,机具的最佳作业参数。

基于稻田除草部件横向偏距视觉感知的对行控制系统设计与试验

【目的】为使水稻机械除草部件作业时能避开秧苗、降低伤苗率,设计了一种基于机器视觉与比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制的避苗控制系统。【方法】利用改进超绿算法对秧苗进行灰度化,运用图像投影法对感兴趣区域(Region of interest,ROI)内的秧苗进行特征提取及图像坐标定位,采用稳健回归算法拟合秧苗,得到苗带中心线,通过小孔成像模型转换,获得秧苗的地面坐标位置及除草部件中心与苗带中心线的距离。基于PID控制算法对液压纠偏系统进行控制,并应用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究。【结果】系统可实现避苗作业,模型的稳态响应时间为0.34 s。系统性能对比试验的结果表明:避苗控制系统明显减少了除草部件的伤苗情况,平均伤苗率为3.75%;而没有避苗控制系统的情况下,平均伤苗率为24.88%。【结论】本文设计的对行控制系统满足除草部件作业路径实时校正要求,可有效降低稻田机械除草的伤苗率。研究结果为水稻及其他作物的机械除草对行控制提供参考。

摆动型水田株间除草装置设计与试验

针对水田株间除草装置伤苗率高、除草率低等问题,设计一种摆动型水田株间除草装置。阐述该装置的整体结构与工作原理,对其关键部件——偏心轮机构和除草弹齿进行理论分析与结构设计,结合弹齿往复开合运动与水稻种植农艺,分析除草弹齿运动过程与避苗系统工作机理。运用ADAMS软件,以机具前进速度和偏心轮转速为试验因素、覆盖率和入侵率为评价指标,采用2因素5水平二次回归正交旋转组合试验方法进行虚拟仿真试验。仿真结果表明:机具前进速度与偏心轮转速对覆盖率和入侵率有极显著(P<0.01)影响,机具前进速度为除草装置工作性能的主要影响因素,当机具前进速度为266.12 mm·s^(-1)、偏心轮转速为3.97 r·s^(-1)时,除草装置作业性能最优,覆盖率为85.70%,入侵率为5.62%。田间试验结果表明:当机具前进速度为270 mm·s^(-1)、偏心轮转速为4 r·s^(-1)时,除草装置的除草率为82.5%,伤苗率为5.1%,与仿真试验结果大体一致,所设计的除草装置能够满足水田株间除草农艺要求。

触碰定位式玉米行间除草装置的设计与试验

为了达到玉米行间除草的目的,设计了能够定位玉米秧苗位置、并且躲避玉米秧苗的行间除草装置,其中包含采用65Mn碳素弹簧钢丝设计的梳齿式除草执行部件,采用行程开关设计的玉米秧苗定位部件,以及以伺服电机为主的驱动部件。2019年6月,国家农机具质检中心对该装置进行检测,检测结果表明其平均除草率为95.1%,平均伤苗率为1%。方差检验的结果显示,株距与梳齿入土深度均对除草率具有显著影响,同时株距对于伤苗率也具有显著影响。本文研究结果可以为旱田行间除草装置的设计提供有益参考。