改进遗传算法的果园割草机作业路径规划

为提高果园割草机的工作效率,解决割草机路径规划问题,提出一种改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)。通过对不同作业场景的分析,将割草机的路径规划问题转化为对作业行的调度排序问题,根据割草机的作业环境建立数学模型。在GA(genetic algorithm)的基础上,采用动态线性标定方式,放大适应度值之间的差异,设计适应度函数并通过对算子优化,在保证遗传算法搜索能力的同时,提高算法的性能和收敛速度。设计不同参数的15种果园进行仿真试验,选择2块标准化果园进行田间试验,验证改进遗传算法的性能。结果表明,改进后的遗传算法具有更好的寻优性能和收敛速度,能高效地解决果园中割草机的路径规划问题。

智能割草机自主导航关键技术的研究综述

首先介绍了智能割草机市场规模和发展前景,然后概述了国内外主流智能割草机产品的功能和使用技术。随后对智能割草机采用的全球导航卫星系统导航(GNSS)、机器视觉导航、激光雷达导航和多传感器融合定位导航等4类导航技术的研究现状进行了介绍,并对它们的优势和不足进行了概括分析。研究结果显示,多传感器融合定位导航是智能割草机未来导航发展的方向。接下来介绍了智能割草机所采用的PID控制和纯跟踪算法控制等2种导航策略的研究现状。最后对智能割草机存在的问题和未来发展方向进行了总结和展望。

纯电动新能源割草机的车速控制

基于一款纯电动新能源割草机的整机行走驱动系统开发,介绍一种控制割草机行走驱动的驱动方式和车速控制策略。主要从整机驱动方式的构型和驱动过程中车速及车辆转向的控制方法和控制策略等方面进行了阐述,整机进行数轮持续测试和优化后,各个方面满足相关标准要求,且技术层面上具有先进性,整机性能优异。

浅谈两栖式割草机提升装置的轻量化设计

为解决人工湿地机械收割困难的问题,研发一种能够在复杂地形下高效收割水生植物的湿地轻型两栖式割草机。为了进一步提升其效率,结合ANSYS Workbench对割草机的提升装置进行轻量化研究。研究结果表明,在满足要求的前提下,提升架质量下降了1.912 kg,下降率达到42.5%。同时,调整机构的质量也下降了0.657 kg,下降率为8.7%。这些改进措施使得割草机在复杂地形下的操作更加顺畅,为湿地生态环境的保护和管理提供了更可靠的技术支持。

液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机设计与试验

【目的】为解决双圆盘割草机的切割圆盘转速无法实现无级调速等问题,设计了一种液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机。【方法】对双圆盘切割器进行理论分析并确定其几何参数和运动参数,对其液压系统进行设计及关键液压元件选型,应用WorkBench软件对液压站机架进行静态结构分析和模态分析并校核其安全性,采用Box-Behnken试验设计原理,选择机具前进速度、切割圆盘转速和刀片数量为试验因素,重割率和漏割损失率为试验指标,建立回归模型并进行参数优化与验证。【结果】静态结构分析和模态分析结果表明,液压站机架在静载荷下的最大变形量为2.84 mm,最大应力为65.01 MPa,机架的强度和刚度满足设计要求,一阶模态下机架的固有频率最低,其值为25.2 Hz,实测液压泵振动频率为24 Hz,低于机架的最低固有频率(9.23~19.6 Hz),机架不会发生共振现象。试验结果表明,机具能够完成苜蓿切割和铺放集条作业任务,最佳作业参数为:机具前进速度5.89 km/h,切割圆盘转速2200 r/min,刀片数量2个。【结论】田间验证试验结果表明,当机具前进速度7.5 km/h、切割圆盘转速2000 r/min、刀片数量3个时,重割率为1.12%,漏割损失率为0.18%,机具性能稳定可靠,各项指标均满足旋转割草机的技术要求。

丘陵山地智能混动割草机控制系统设计

针对我国高原和丘陵山地果园、茶园等农业生产活动中,生草制管理所面临的割草机械作业效率低、时间短及自动化程度低的问题,结合自主设计的丘陵山地智能混动割草机,设计一种可实时识别工况并自动完成能量管理的割草机控制系统。该系统以割草机实时接收的行驶工况识别信号为切入点,采用实时工况识别算法程序,依据不同类别工况的特点采取相应的能量管理控制策略。通过搭建控制系统并结合作业工况,进行该控制系统的性能试验。试验结果表明:该控制系统能够快速、准确的响应割草机动力性与割草性能要求,且相比于同耗油量下无能量管理的油电混合割草机,其单次作业时间约增加18%。同时验证该工况识别系统的合理性,工况正确识别时长精度达到90%以上。

形态学与光谱成像协同的割草机作业优化研究

以进一步提升割草机的收割修剪综合效率为目标,从识别的精准度层面入手,基于形态学与光谱成像技术展开优化研究。以通用智能型割草机的作业结构组成为切入点,深入理解形态学与光谱成像的算法机理,建立两者的协同算法识别与检测模型,并针对割草机完成相关联模块的软件程序控制及硬件组件配置,形成协同处理的高效能割草机装置。展开整机协同识别处理与检测作业试验,结果表明:基于形态学与光谱成像协同的割草机整体识别检测能力较单一的算法应用有显著优势,准确率与特征分类精度分别相对提升5.40%和7.65%,识别覆盖率可相对提升7.80%;整机避障识别误差大幅度下降,系统稳定,显著提高了割草机的综合检测效率,有利于农艺园林智能化管理的实现。

基于系统动力学的机场割草机需求仿真研究

为控制机场草坪高度符合机场环境安全使用要求,建立机场割草机数量配置模型。分析机场割草作业存在的问题及影响因素,基于系统动力学理论,以机场草坪面积、割草机数量性能、机场草生长情况为基础,建立机场割草作业过程的存量流量图和数学模型;以北方某机场草坪为背景进行实例验证。结果表明:模型运行结果与机场割草机实际使用数量及作业情况基本吻合,可为机场管理人员配置割草机数量和安排作业时间提供理论依据和技术支撑。

基于离散元法的履带式电动割草机性能的仿真

针对果园割草机工作时漏割率高、燃油污染大的问题,设计了一种适用于丘陵山地的履带式电动割草机。利用SOLIDWORKS、EDEM软件完成整机模型和杂草模型的构建,并通过单因素仿真试验研究了不同割刀类型下的割刀转速、割刀高度对漏割率的影响,结果表明漏割率随着割刀转速增加和割刀高度的减小而降低,在割刀转速500 r/min、割刀高度75 mm条件下不同割刀割草情况的对比后得出,一字割刀受力最小。在此基础上,进行三因素三水平的正交仿真设计,构建二阶多项式响应面模型,对割刀类型、割刀转速和割刀高度的交互作用进行显著性分析,确定最优参数组合为一字割刀,转速为1017.439 r/min,割刀高度为90.919 mm,根据优化参数进行仿真实验,得出漏割率的值为4.479,满足漏割率≤5%的要求,研究可为履带式电动割草机的结构设计及工作参数优化提供参考。

果园避障割草机障碍物检测技术研究进展

在果园管理环节中,除草工作尤为关键,它不仅关乎果园的整洁度,还直接影响到果树的生长环境和果实的品质。现有的果园割草机械在处理行列间隙和植株间的杂草时存在明显不足。鉴于此,国内外研究者致力于开发具备障碍物避让功能的割草机械,以提高除草效率和效果。在综合评述当前果园避障割草机研究进展的基础上,探讨了避障机制和障碍物识别技术,并分析了现有技术在通用性、创新性和智能化方面存在的不足。强调了未来技术发展需聚焦于提升果园割草机械自动化和智能化水平,以适应现代果园生产的需求。

基于改进A^(*)算法和DFS算法的割草机器人遍历路径规划

针对割草机器人大面积作业时遍历路径规划覆盖率低、重复率高、普适性弱的问题,提出一种改进A^(*)算法与DFS算法相结合的遍历路径规划算法。首先,根据已知环境全局信息,通过牛耕式分解法将目标区域划分成多个不含障碍物的子区域;然后,根据子区域的邻接关系构建无向图,使用DFS算法规划子区域的遍历顺序;最后,采用改进A^(*)算法进行跨区域路径转移并且往复式遍历各子区域的内部。仿真试验结果表明:该遍历算法的覆盖率达到100%,遍历重复率为0,改进A^(*)算法所规划的跨区域转移路径长度和转向次数比A^(*)算法分别减少3.26%和62.5%。所提出的遍历算法具有覆盖率高、重复率低、普适性强的特点,改进A^(*)算法通过路径平滑性优化和添加防碰撞安全间距对A^(*)算法进行改进,使之规划的路径更平滑、更安全,路径长度更短。该研究结果旨在为割草机器人遍历路径规划提供理论参考。

基于功能表面驱动与可拓工具的产品人机工程问题确定方法研究

为了准确地确定产品人机工程问题,以提升人机交互性能,运用TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatc,发明问题解决理论)提出了基于功能表面驱动与可拓工具的冲突区域确定方法。首先,利用功能表面改进功能过程模型,识别人机工程问题的初始问题功能元,并结合可拓表达和相关分析完成初始问题功能元的转换及最终问题功能元的确定。然后,利用功能表面改进功能关系模型,识别产品的初始冲突区域,并结合可拓表达、相关分析、蕴含分析和优度评价完成初始冲突区域的转换及最终冲突区域的确定。最后,利用标准解对冲突区域中的不良作用进行求解,并通过优度评价完成方案的评价和筛选。通过割草机改进设计实例验证了所提出方法的可行性。研究表明,该方法有助于交互式产品冲突区域的确定,提高了其人机工程问题的解决效率。

电子电路抗干扰技术在智能割草机中的应用

由于智能割草机结构复杂,电气设备较多,数据采集过程中容易出现信号提取和识别困难,受边界干扰和噪声干扰大,导致数据采集精度低,影响智能割草机工作性能。为解决智能割草机信号采集容易受干扰影响问题,将电路抗干扰技术应用在智能割草机上,设计了智能割草机的控制系统。通过分析割草机信号采集与处理存在的边界干扰和噪声干扰问题,完成了相邻边界抗干扰技术和抗噪声干扰技术的研究。同时,优化设计了传感器信号处理电路、主放大电路和数字信号采集电路,对割草机信号采集和处理过程中的相邻边界干扰和噪声干扰进行处理,最后进行相邻边界抗干扰性能测试。结果表明:运用电力电路抗干扰技术优化的智能割草机信号采集和处理具有较高的准确性,可以有效解决相邻边界干扰问题,从而大大提高了割草作业效率。

坐骑式割草机后翻工况驾驶员伤亡程度的研究

针对坐骑式割草机在坡道后向作业时容易发生倾覆与翻滚造成驾驶员伤亡的问题,采用Hypermesh建模建立了坐骑式割草机有人作业时的模型,对割草机发生后翻时驾驶员的伤亡程度进行了研究,获得了驾驶员头部、颈部和胸部的损伤值。研究数据显示,坐骑式割草机在后向坡道发生后翻时,驾驶员在两点式安全带的保护下,头部损伤与胸部损伤均在安全阀值范围之内,头部3ms加速度超出安全阀值72.5%,颈部受到的轴向拉力超出安全阀值142.42%。此项研究可以为坐骑式割草机驾驶员保护领域提供理论基础,从而更好地降低驾驶员损伤度,提升坐骑式割草机的市场占比。

基于激光雷达的果园割草机避障方法研究

针对果园割草机在山地丘陵果园工作过程中面临障碍物阻碍前进路线的问题,设计了基于激光雷达的果园割草机避障方法。以激光雷达测距为基础,首先将矢量场直方图算法(VFH)改进阈值,确定割草机的可行进方向;当割草机遇到障碍物时,使用动态窗口法(DWA)进行避障,确保割草机行驶的安全性和高效性,两种算法的融合保证割草机完成避障作业。MatLab仿真和田间试验表明:所采用方法提高了割草机的运行效率,降低了割草机的漏割率,设计方法合理,满足割草机在山地丘陵果园的避障需求。

基于ROS的智能割草机器人导航控制系统设计

为提高传统割草机的智能化水平,本文设计了差速驱动底盘的割草机器人导航控制系统。基于机器人操作系统ROS,实现了底盘驱动、GNSS数据采集、IMU数据采集等功能。针对系统的定位精度和定位频率较低的问题,采用扩展卡尔曼滤波算法将低成本的GNSS和IMU的定位信息进行融合,提高了定位精度与定位频率。采用基于预瞄准的纯路径追踪算法,实现了底盘运行轨迹的自主追踪。通过搭建智能割草机器人导航控制系统平台开展实验验证,结果表明导航控制系统运行稳定可靠,轨迹追踪精度平均为0.11m,满足作业要求。

主干型果园株间避障割草机的设计与试验

为解决新疆主干型果园株间杂草难割除的问题,本研究设计了适用于主干型果园种植模式的避障割草机。阐述避障割草机的整机结构及工作原理,在对机具关键部件避障杆、机架进行有限元分析的同时,对影响机具工作性能的因素进行了交互试验及田间试验验证。结果表明,避障杆最大等效应力为179.72 MPa,最大应变为9.25×10-4,最大变形量为34.418 mm,机架的前6阶固有频率范围为39.806~95.562 Hz,而机架外部激振频率不在固有频率范围内,作业时机架不会出现共振现象。试验得出样机的最佳参数组合为机具前进速度1.5 km/h、液压缸压缩速度225 mm/s、复位弹簧弹性系数29 N/mm,此时果园株间漏割率平均值为7.64%,实际值与理论值较接近且回归模型准确可靠,可满足主干型果园的株间避障割草作业,同时可为果园避障割草机的设计与优化提供理论参考。

智能割草机路径规划研究现状

近十年来国内草坪面积逐年增加,智能割草机需求不断提高,而目前对智能割草机工作性能有重要影响的路径规划技术还存在不足之处。文章从智能割草机的实际应用出发,首先对智能割草机的国内外研究现状和点到点路径规划、遍历路径规划、全区域覆盖路径规划等各类路径规划进行综述,其次对各类路径规划方式进行分析,重点分析了各类算法的优缺点,总结出智能割草机全区域覆盖路径规划技术的发展方向,最后对智能割草机路径规划未来发展趋势进行展望,为智能割草机路径规划研究提供一定的思路。

平地与侧坡一体化割草机的设计与分析

南方丘陵地区果园通常修整成梯田形式栽种果树,这种地形的果园需要对平地和侧坡割草。目前常规割草机难以适应,只能采用人工背负式割草机进行割草,效率低,劳动强度大,为此设计一款能同时对平地与侧坡割草的一体化割草机。通过对割草机功能要求进行分析,设计出割草机的整机方案。整机采用四把圆盘甩刀进行割草,前面两把用于平地割草,侧边两把用于侧坡割草,根据割幅,割刀直径分别选为575、525 mm,采用300 W电机驱动,电机由一台3 kW发电机供电,采用履带式行走装置,由一台5.6 kW发动机为行走装置和发电机提供动力。应用Solidworks进行结构设计和整机装配,得到整机模型,通过Solidworks软件分析,对各部分材料定义确定各部分质量及质心位置,在丘陵果园梯田平面存在0°~20°倾斜角的情况下,整机在对下侧坡作业时,整机的抗倾覆安全系数最小为4.6>3,满足工程机械的稳定性要求。

智能除草收草机设计

目前,除草作业以人工为主,效率低且劳动成本高,为了解决现代农业中农药残留、铲除杂草不彻底、杂草易再生等问题,研究设计了一种智能除草收草机。该文对智能除草收草机总体结构进行设计分析,主要包括机架、除草结构、铲草过滤结构和收集结构等。除草结构包括推草和割草两部分,此部分是将杂草进行铲除;铲草过滤结构是将杂草铲起并进行过滤;收集结构是将过滤后的杂草进行收集。该机械的设计可有效替代化学除草方式,减少化学药剂残留,符合绿色农业的发展要求,适宜推广应用。