苗间锄草机器人锄草刀优化设计

建立了苗间锄草机器人锄草刀的运动学模型,并通过仿真锄草刀工作过程设计了锄草刀的运动轨迹。选取锄草刀的不同参数和水平进行正交试验,将覆盖率和入侵率代替除草率和伤苗率作为评价指标,分析了锄草刀直径、豁口夹角、刀刃切除距离、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距等因素对苗间除草效果的影响,优化出最佳结构参数组合为:锄草刀直径175 mm、豁口夹角140°、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距45 mm、刀刃切除距离10 mm。验证试验结果表明,模拟仿真及正交试验优化结果准确有效,样机作业效果良好,平均除草率为88.5%,伤苗率仅为1.6%。

智能锄草机器人系统设计与仿真

针对锄草机器人田间运动及锄刀避苗锄草等作业问题,阐述了智能锄草机器人系统工作原理,研究了移动机器人平台,平台为四轮驱动、四轮独立转向,可实现运动速度在0～1.5 m/s内连续可调,每组转臂可绕其自身Z轴360°自由旋转。设计了三指手爪锄草机械手,三指公转,其中一指为活动手指可同时自转,锄草机器人工作时两个固定指的割刀连续入土锄草,系统根据机器视觉苗草位置信息,通过控制活动手指的旋转速度与方位角实现瞬时位置调整,进而通过拟合指端旋移曲线即可完成锄草和避苗等作业任务。苗间锄草仿真分析表明,在有效避苗基础上,作物行两侧各布置一组锄草机械手时锄草率可达90%以上。

智能高效株间锄草机器人研究进展与分析

非化学方式除草是摒弃除草剂、生产有机农产品的前提,传统的中耕锄草机主要解决行间锄草,由于株间苗草集聚,机械锄草难度较大,目前主要依靠人工,劳动成本高且效率低。智能株间锄草机器人是一种能够实时识别作物行和苗草信息,并能控制株间锄草刀高速作业的自动锄草装备,具有智能、高效、环保等特点,可大大减少劳动力,提高锄草效率,降低锄草成本。该文主要对近年来国外研究较为成熟的株间锄草机器人进行介绍,概述了中国该方面的研究进展,对苗草信息获取、对行、锄草装置、驱动方式、时速等几个技术点进行分析和比对,提出了如何提高信息获取速度,增强系统实时性,以及如何改进机器视觉标定方法,提高苗草定位准确性是苗草信息获取技术存在的关键问题,强调了锄草装置在系统中的重要性;针对不同形态作物、不同土质土壤研制针对性强、锄草效果好的锄草装置是锄草机器人的基础,同时由于系统集成性及动力系统与速度匹配仍无法满足田间高负载、高速的锄草作业要求,因此加强该方面研究力度,研制使用性强、效率高的株间锄草机器人仍是中国的研究重点和方向。最后,提出多传感器融合、模块化、小型化的株间锄草机器人将是未来发展趋势,是实现中国农业有机、精准、高效生产的重要依据。

行星刷式株间锄草机械手优化与试验

针对根系较发达作物和易板结土壤工况下的株间锄草，设计了行星刷式株间锄草机械手。研究了锄草机械手避苗锄草的工作原理，建立了运动学模型，研究了刷盘上点的运动轨迹和速度曲线随行星轮系传动比变化的规律。将覆盖率、入侵率及保护区范围作为锄草效果的评价指标，通过设计锄草机械手的结构参数，对锄草刷盘运动轨迹进行仿真，分析刀杆偏心距、锄草刷盘直径及装置相对作物行横向偏移对覆盖率和入侵率的影响。仿真结果表明刀杆偏心距80mm、横向偏移20mm以及锄草刷盘直径60—180mm为最优参数，可获得直径30～140mm的保护区及80％以上的株间覆盖率。对优化后的机械手进行大田锄草试验，选用传动比为3的行星轮系，平均锄草率可达89．3％，平均伤苗率为3．5％，满足锄草要求。

基于PID控制算法的变电站用锄草机器人设计

目前,国内的变电站内锄草作业主要靠人工完成,锄草质量受锄草工人技术的娴熟程度影响明显。此外在锄草过程中,锄草工人有可能会由于自身不小心造成与变电站内的高压设备产生接触,有人身触电的风险,由此可见锄草自动化势在必行。本文结合国内外锄草机器人的研究现状,阐述了研发此款锄草机器人的目的和现实意义;通过对LEGO(乐高)模块组装锄草机器人的可行性进行分析论证后,对锄草机器人的结构进行了设计;对锄草机器人的锄草轨迹进行了规划设计,实现了半圆曲面和平面的锄草移动作业,并对机器人小车不规则曲线的运动轨迹采用PID控制算法进行了设计。

基于里程信息融合的株间锄草刀定位数据优化方法

为提高株间锄草刀定位精度、降低机器视觉受外界因素的影响,该文提出里程信息融合机器视觉的方法对锄刀定位数据进行优化。通过分析定位数据校正和视觉滞后补偿的原理,设计了模糊逻辑校正器,通过模糊规则将模糊校正系统简化为单输入单输出形式,采用Mamdani模糊推理方法获得视觉数据可信度决策表,将可信度作为加权值生成校正锄刀定位数据,并提出采用实时里程信息作为视觉滞后补偿量的方法,给出补偿公式。田间刀苗距优化静态试验表明,视觉刀苗距误差为9.88 mm,优化后刀苗距误差为6.06 mm;动态试验表明,视觉数据出错率为4.8%~6.6%,刀苗距变化曲线显示,优化方法可有效过滤视觉坏点或不稳定的数据点,将视觉滞后纳入衡量标准,不同车速下动态优化后刀苗距平均误差为5.30~7.08 mm,较优化前降低了25%左右。研究结果表明,锄草刀定位数据优化方法可有效提高机器视觉静态和动态获取刀苗距的精度。该研究为提高株间锄草技术的锄刀定位精度提供了参考。

苗间锄草机器人信息获取方法的研究

该文以移栽类蔬菜用苗间锄草机器人信息获取方法为研究对象,根据锄草机器人对实时性的要求,研究了以最小耗时和最大包容准确度为目标的信息获取方法。在RGB空间内利用植物G分量值的优势去除土壤等背景干扰,根据机器人前进方向上蔬菜苗株次序排列及苗株与杂草在形态特征和分布规律上的差异,设计了图像行像素直方图的参数组合方法,确定了苗株中心沿机器人前进方向的一维坐标。试验表明,锄草机器人前进速度在0～3km/h时,苗株一维坐标检测平均误差为±5mm,算法平均耗时小于20ms。该方法能够满足系统实时检测的技术要求,为锄草机器人田间作业奠定了基础。

温室株间电驱锄草机控制系统设计与试验

根据温室机械锄草的需要,针对电驱锄草机械设计了一种圆盘锄刀株间锄草控制系统。该系统以MC9S12DG128双核单片机为硬件核心,融合霍尔传感器、旋转编码器的信号实时输入,通过RS232串口中断实时接收上位机(PC)视觉信息,采用CAN总线与下位机(电动机驱动器)实时通信,对圆盘锄刀转速与转角进行实时控制,从而实现株间锄草和避苗。温室大棚内锄草试验结果表明,前进速度为1.2 km/h时,伤苗率小于10%。

电驱锄草机器人系统设计与试验

根据移栽蔬菜田间锄草作业工况和要求,基于视觉伺服控制技术,设计了电驱锄草机器人系统。该系统以中小功率拖拉机为配套动力,由伺服电动机驱动月牙形锄草刀护苗锄草和对行,减少了能耗与污染物排放,提高了系统伺服特性。机器视觉系统实时采集田间图像并处理,对作物进行识别与定位。控制器结合视觉系统获取的刀苗距、锄草机器人前进速度、锄刀相位角度及机器人横向偏差信息,利用智能伺服驱动器精确控制锄草刀避苗和对行。试验表明,在前进速度不高于1.5 km/h、作物株距不小于0.35 m工况下,伤苗率小于10%,田间杂草锄净率约为90%。

株间锄草机器人刀苗信息优化系统设计与试验

为提高株间锄草机器人机器视觉刀苗信息获取精度,提出采用里程信息和视觉信息融合的刀苗距优化方法,设计了基于C8051F020单片机的刀苗距优化系统,分析了优化系统构成,为提高里程精度和系统抗振动干扰能力,设计了精准里程采集逻辑电路对测速脉冲进行倍频、辨向及逻辑处理。根据里程信息与视觉信息相对误差的分布规律提出了双阈值权重判断算法对刀苗距进行优化,并给出了软件实现流程。刀苗距优化试验发现该系统可有效过滤机器视觉出现的错误和不稳定信息,静态测试刀苗距误差达6.7 mm,误差减小10.3%。模拟锄草试验表明,在动态下该系统可降低锄刀多转可能性,提高系统的稳定性。

水平圆盘式苗间锄草装置的多目标优化设计及仿真

为获得理想的苗间机械锄草效果,在建立了机械锄草齿运动轨迹数学模型的基础上,结合农艺对机械锄草参数的限定及要求,建立了多目标优化模型,并利用Matlab7.0优化工具箱得到最优解。以作业速度、锄草齿数目、锄草齿在圆盘上均布半径和圆盘转速4个主要参数的最优组合为设计基础,通过Pro/E软件进行实体建模与仿真,验证了多目标优化设计的正确性,为大型中耕除草机的设计提供了理论依据。

弹齿式苗间锄草机的改进设计

针对早期研制的锄草机在使用中伤苗严重和苗间草锄不净等问题,在原有苗间锄草机的基础上进行了改进设计,利用作物与杂草根系发育差异大的特性定期锄草。为此,对改进的弹齿式苗间锄草机的总体结构、主要工作部件和传动系统的设计进行了论述;同时,对机具的作业效果进行了分析。结果表明:该机具有结构简单紧凑、调整方便、适应性强和伤苗率低等特点,适合于豆类作物的苗间机械锄草。

3XZC系列偏心弹齿式苗间锄草机的研究与设计

针对早期研制的锄草机在使用中伤苗严重、苗间草锄不净以及药物灭草对动、植物带来的影响和潜在危机等问题，研究了一种新型中耕锄草机具。该机以偏心弹性梳齿为主要工作部件，利用作物与杂草根系发育差异大的特性，定期锄草，同时根据需要定期中耕。笔者对这种旋转偏心弹齿式苗间中耕锄草机的总体设计、传动机构及弹齿结构尺寸等进行了论述；对该机的作业效果进行了理论分析。

免人工锄草间苗的谷子新品种——懒谷3号

谷子生产一直依赖人工间苗、除草,不仅劳动繁重,而且极易发生苗荒草荒,导致严重减产甚至绝收,这种落后的生产方式不适合现代农业的要求,成为制约谷子规模化生产的瓶颈难题。

青冈县旱田锄草技术推广中存在的问题

近年来，青冈县开始大面积推广旱田化学锄草技术。2003年，全县示范推广面积10万亩，2004年以后逐渐递增．到2008年全县示范推广面积达到130万亩，取得较好的防治效果和经济效益。该技术具有省工、省力、节本增效，增产优势明显。但是在推广过程中也出现一些问题，导致锄草效果不好，药害频发，没有达到预定的锄草效果和经济效益。针对这些问题，研究提出了解决对策，以期进一步提高旱田化学锄草技术在青冈县的推广。

香蕉地深松锄草联合作业机的设计与试验

针对我国热带香蕉种植园的传统翻耕作业,造成土壤耕作层以下不断压实形成犁底层,雨水无法快速渗入土壤形成表面径流而带走大量的土壤和有机质的情况,设计一种香蕉地深松锄草联合作业机。该机采用可调深松铲与可调带翼锄草铲联合松土锄草机构。一次完成香蕉地的深松和锄草两个作业。运用相关理论对深松铲、锄草铲进行受力分析,同时运用ANSYS对其进行应力、位移分析,对锄草率以及深松效果进行田间试验。结果表明:深松铲和锄草铲在香蕉地进行深松锄草作业时,铲尖受到土壤最大阻力分别约为3757N、1535N,ANSYS进行分析,得知其最大应力分布在铲尖前端,分别为370297Pa、29158Pa,其最大变形值微小,分别为0.106×10-4mm、0.542×10-7mm;田间试验显示,在相同作业条件下,流线型深松铲深松作业时需要的牵引阻力比传统型深松铲低44%,作业后深松效果好,同时在一定范围内,锄草铲铲刃夹角越大,锄草率越高,铲刃夹角为120°左右时,锄草效果最好。

偏置式果园松土锄草施肥装备研究与设计

我国果园规模发展快速,急需相应的现代化农业装备配套和支持,结合国内传统的果园特点和管理作业需要,研究一种适用于果园的偏置复式作业装备。基于模块化设计技术、虚拟样机技术,对偏置式果园松土锄草施肥装备的偏置部件及作业部件进行设计与优化,利用Pro/E软件对样机进行仿真与设计,对关键部件进行计算与校核。田间试验表明:机具作业性能达到设计要求,平均开沟深度250 mm,作业幅宽950 mm,偏置量900～1 200 mm无级可调,施肥均匀,作业效率达到0.268 hm^2/h以上。

人工锄草器的设计研究

本文针对农田杂草去除问题,结合传统除草机的运动方式,设计出了一种节省人力、对环境无污染、锄草效率高、伤苗率低的人工锄草器。该锄草器以剪齿为主要工作部件,利用上下剪齿在土壤中的相对运动,剪断草根,从而达到除草的目的。在设计中选用了双轮滚动式人力驱动,利用滚轮与地面的滚动摩擦减小除草过程中的阻力,从而节省人力,提高工作效率。