农业装备行驶滑动辨识与控制研究现状与展望

农业环境中农业装备时常发生行驶滑动现象且具有明显不确定性,滑动现象使行驶机构处于不可控状态,从而影响作业精度,严重阻碍了种植、中耕管理和收获等需要精准作业环节的农业装备信息化及智能化发展。本文从滑动原理、滑动辨识及行驶滑动控制方面,分别对滑动力学特性、滑动辨识方法和考虑滑动的路径跟踪控制的国内外研究现状进行综述。滑动原理方面,着重阐述了针对不同行驶机构的结构特点和行驶地面环境建立的多种行驶机构与地面的系统模型。滑动辨识方面,分别对基于数学模型和基于数据驱动两类方法进行分析,揭示各方法优势与局限性。行驶滑动控制方面,重点归纳了应用于农业装备的路径跟踪控制方法,指出了目前行驶滑动控制研究方法局限性。最后,指出行驶滑动辨识研究对于农业装备自动化发展具有重要意义,未来农业装备行驶滑动研究可以从滑动力学理论模型、滑动实时辨识方法、行驶滑动控制方法等方面开展深入研究。

基于模糊PID的丘陵山地灌溉控制系统设计

针对传统丘陵山地农业灌溉通常采用人工控制电磁阀进行灌溉所出现的水资源浪费、人工成本高等问题,设计了一套基于模糊控制和PID控制的丘陵山地农作物自动灌溉控制系统,将PID控制的稳定性和模糊控制的适应性相结合来控制灌溉时长。通过Simulink搭建的丘陵山地灌溉系统,分别用常规PID和模糊PID来控制该系统进行仿真实验。结果表明:模糊PID控制下的系统相比于常规PID控制,超调量和调节时间都明显降低,具有更高的稳定性、适应性和调节性能,可以用于丘陵山地农业自动灌溉系统中。

丘陵山区轻筒型油菜种-肥同播同施集排装置设计与试验

针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置问题,设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置。阐明了集排装置工作过程,确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数,分析了肥层控制板位置对排种量与排肥量匹配性的影响。应用EDEM仿真开展了油菜种-肥同播同施集排装置排种与排肥性能试验,建立了肥层控制板位置与排肥量的关系模型,试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,集成式种肥滚筒转速与排种速率、排肥速率均为线性关系,肥层控制板与竖直方向间夹角在22°~38°内增大时,排肥速率在1709.63~2484.31 g/min内逐渐增加;应用DEM-CFD耦合仿真分析了辅助输送气流对导种管内种子速度和受力的影响,结果表明:导种管与竖直面间倾斜角为10°~70°时,采用辅助输送气流可实现种子加速经导种管排出,避免种子滞留。台架验证试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,总排种量稳定性变异系数不高于0.92%、各行排种量一致性变异系数不高于3.64%、种子破损率不高于0.04%、总排肥量稳定性变异系数不高于1.21%、各行排肥量一致性变异系数不高于4.41%,可实现油菜排量一定时,通过调节肥层控制板与竖直方向间夹角,满足不同排肥量需求。田间试验结果表明:油菜各行株数一致性变异系数为9.25%、总株数稳定性变异系数为7.16%,满足油菜精量播种要求。

农业社会化服务富农强农的路径研究--以浙江省为例

共同富裕是社会主义的本质要求和中国式现代化的重要特征,在浙江省共同富裕示范区建设过程中,农业社会化服务依然是短板。在“大国小农”的基本农情下,发展农业社会化服务,是实现小农户与现代农业衔接和助农增收的基本途径。基于农业社会化的内涵及已有实证分析研究成果的梳理,对浙江省农业社会化服务的现状和需破解难题进行分析,在总结现有典型模式及做法的基础上,提出共同富裕背景下农业社会化改革富民可通过强化要素保障、聚焦主体培育、完善基础设施、探索模式创新、开创数字服务、服务规范引领等方面,搭建农业社会化服务强农富农的有效路径,为加快形成可复制可推广的最佳实践、创新模式和标志性成果,以期践行共同富裕背景下农业社会化服务推动农业高质高效发展提供有效保障和支撑。

农业履带底盘关键技术研究现状与展望

农业履带底盘具有接地比压小、爬坡越障性能好、转弯机动灵活等优点,已经广泛应用于耕、种、管、收、运等农业生产的各个环节,并逐步向自动化、智能化的方向发展。本文从农业履带底盘应用情况、稳定性理论及控制技术、驱动系统与转向技术、自主导航与智能控制技术以及农业履带底盘-土壤互作理论等方面阐述国内外的研究成果,着重归纳总结稳定调平、高效传动、平稳转向、自主驾驶等技术在农业履带底盘上应用的进展,并结合不同作业环节阐明了农业履带底盘在相关领域应用的特点,最后根据我国当前以及未来农业履带底盘的需求,从加强高稳定性行走系统优化、高效传动与灵便转向系统创制、自主驾驶与智能化管控技术、履-土系统基础理论研究等方面对农业履带底盘的未来发展方向进行了展望。

竹笋挖掘与加工装备发展现状与建议

竹笋挖掘及加工装备具有高效性、自动化、多功能性、可调节性和卫生安全性特征,能够提升竹笋挖掘和加工效率,确保产品符合卫生标准。竹笋加工方式包括漂洗、切丝、保鲜、脱盐、脱水和消毒加工,设备种类繁多,如高温库保鲜设备、杀青煮笋冷却漂洗设备、切分设备等。竹笋主要挖掘装备和加工装备在提升竹笋生产效率和确保质量上起到了重要作用。然而,竹笋加工行业仍面临一些挑战,如机械化程度低、研发投入不足以及科技推广与成果转化的缺乏。针对这些问题,文章提出加强科技推广与成果转化、以创新为导向推动研发、完善装备制造体系、结合智能化控制和数据化管理等建议。

智能农机装备技术的发展与创新

智能农机装备技术是实现农业现代化和智能化的重要条件,具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。研究团队以智能农机装备技术发展与创新为主题,介绍了智能农机装备技术的定义和发展历程及现状,分析了智能传感器技术、自主导航技术、人工智能技术等在农业生产中的应用,提出充分发挥政府引导作用、加强技术研究和开发、制定相关标准和规范、推动产业链协同创新、加大技术普及和推广力度、推进国际交流和合作等策略,以推动智能农机装备技术的创新和进步。本研究旨在为相关领域的科研工作者、决策者、从业者等提供参考和借鉴,推动智能农机装备技术的创新和发展,提高农业生产效率和质量,降低生产成本,促进农业现代化和智能化发展。

农业机械化发展历程及产业转型升级研究

我国农业机械化和农机装备产业发展起步较早,但在全球范围内,我国农机装备产业的核心竞争力和市场份额仍有待提高,因此,推动我国农业机械化和农机装备产业的转型升级已经成为当前的重要任务。基于此,研究小组首先从农业机械化和农机装备产业的发展历程入手,阐述了我国农业机械化和农机装备产业目前发展过程中面临的问题和挑战,如产品质量和技术水平不高、行业整合不足且产能过剩、服务和维修体系不健全等。其次,针对现存问题提出了政策支持、技术创新、品牌建设、产业整合、市场推广等相关的转型策略,以推动我国农业机械化和农机装备产业的转型升级。最后,阐明了农业机械装备和农机装备产业的重要性,其不仅是农业现代化的重要组成部分,也是支撑现代农业发展的重要保障。以期为相关研究提供参考,加快农业机械化和农机装备产业转型升级的步伐。

取秧侧向零偏移的空间轨迹再生稻分插机构设计与试验

为了解决现有空间行星轮系式分插机构在再生稻宽窄行机械化种植取秧过程中出现侧向偏移量和侧向偏转角的技术难题,本文提出一种具有局部平面轨迹特性的空间轨迹不等速行星轮系机构,并开展基于取秧口和机构回转中心位置约束下的宽窄行分插机构综合研究。构建了基于关键位姿点(取秧起始点、取秧结束点、推秧点)的空间轮系机构运动综合模型,利用关键位姿点求解机构杆长参数与空间交错轴信息,并通过优选二杆相对角位移参数实现机构传动比分配。将不完全非圆齿轮副引入空间行星轮系机构,利用间歇机构锁止弧约束行星轴,实现机构取秧过程侧向零偏移量、侧向零偏转角的平面轨迹段。通过仿真分析与机构样机试验验证了机构实际作业性能与理论设计相一致,结果表明:分插机构取秧侧向零偏移量,取秧侧向零偏转角,推秧侧向总偏移量为50.24 mm、取秧角为5.18°、推秧角为71.56°、推秧侧向角为16.26°、插秧穴口宽度为22.43 mm、轨迹高度为289.76 mm,满足预期设计要求。最后通过田间试验验证,分插机构可实现等行距取秧口和既定机构回转中心下宽行(40 cm)与窄行(20 cm)间隔机插,满足再生稻宽窄行种植要求。

温室穴盘育苗劣质钵苗螺旋式剔除机构设计与试验

在温室穴盘育苗过程中,有5%~20%的穴孔存在漏播、发育不良等现象,为提高穴盘利用率,保证成品苗质量,需要将这些劣苗基质块干净剔除并及时补充健康钵苗。常见的剔除末端主要有指铲式、气吸式,但存在指铲式剔苗方式易造成钵体松散破碎难以抓取、气吸式剔苗在高含水率下剔净率低等问题,为此本文设计了一种螺旋式劣苗剔除装置。该装置使用输送带移动穴盘,升降模组带动横移模块进行升降,横移模块上安装两个剔苗末端执行器,剔苗末端执行器使用螺旋叶片对基质进行破碎,通过螺旋输送和负压吸附的方式将穴孔中的基质破碎并输送到顶部蓄土槽中,升降时自动转移到排土槽中。以200孔带基质穴盘为研究对象,对螺旋叶片的升土方式进行理论分析,确定相关设计参数,并对螺旋式劣苗剔除装置进行路径规划。搭建螺旋式劣苗剔除装置,开展螺旋式基质剔除四因素三水平正交试验,结果表明,试验因素的影响由大到小为凹口切角、螺距、转速、升降速度,确定最优参数为:螺距16 mm、凹口切角10°、转速2500 r/min、升降速度10 mm/s。在最优参数组合下进行性能验证试验,结果表明,剔苗机构作业效率平均为832孔/h(约42盘/h),基质平均剔净率在83%以上,满足剔补苗作业需求。

蔬菜钵苗自动移栽机纵向送盘机构设计与试验

为进一步提高蔬菜钵苗自动移栽机纵向送盘机构的精确性与稳定性,提出一种由凸轮连杆与扇形齿轮驱动的四连杆纵向送盘机构。首先,通过分析纵向送盘工作过程,确定机构设计要求与整体方案,规划理想的纵向送盘轨迹,建立了纵向送盘机构轨迹综合模型,并利用遗传算法进行了初步求解。然后,基于Matlab GUI开发了纵向送盘机构可视化计算机辅助优化分析软件,获得满足设计要求的纵向送盘机构设计参数。最后,对纵向送盘机构进行了结构设计、仿真分析和试验验证,结果表明:试验实际轨迹与理论、仿真轨迹基本一致;移栽效率为80、90株/(min·行)时,机构单次送盘误差均在±1.5 mm以内,且多次送盘后没有出现累积误差,同时通过取苗试验观察发现纵向送盘机构与取苗机构配合良好,验证了机构设计的合理性。

植物工厂岩棉块种苗移植机移植部件设计与试验

目前植物工厂岩棉块种苗移植装备自动化程度低,作业时大多依赖于人工,劳动强度大,效率低。基于植物工厂水培叶菜种苗移植现状设计了一种二级变间距的高速移植部件,并配备有一种拨指式定植杯分离辅助机构。对移植手取苗过程中岩棉块种苗进行受力分析,为移植手设计提供依据;开展拨指式定植杯分离辅助机构落杯试验,为后续植苗至栽培槽孔的定植杯中奠定基础。搭建移植机构试验平台,以取苗深度、岩棉块含水率、移植部件横移速度、移植手升降速度、移植手夹苗间距为试验因素进行五因素三水平正交试验,通过方差分析各因素对移植成功率的影响。试验结果表明:当取苗深度为24 mm、岩棉块含水率为90%、移植部件横移速度为0.8 m/s、移植手升降速度为0.24 m/s、移植手夹苗间距为14 mm时,机构移植成功率为97.9%,移植速度为3132株/h,能够满足高速、高效、稳定的植物工厂岩棉块叶菜种苗移植机械化作业的技术需求。

栽培条件对紫苏种子产量的影响

本研究以韩国大叶紫苏为试验材料,研究播种时期、叶片采收时长和补光时期等因素对紫苏开花时间和种子产量的影响。结果表明,紫苏开花时间不受播种时期影响;紫苏花蕾出蕾时间不受叶片采收时长影响;越接近成熟期,补光处理对紫苏成熟时机和种子产量的影响越大。综上所述,紫苏开花时间和成熟期仅受光照影响,适当补光有助于提高紫苏产量。

短棒黑木耳负压采收机内部流场模拟与设备优化

为分析箱体结构对短棒黑木耳负压采摘机内部流场的流速变化、采摘头吸风口处的压力、箱体内部涡旋情况、进出风口风压压差的影响,建立不同吸风口位置及采摘管直径的3D模型,基于Fluent软件对短棒黑木耳负压采摘机内部流场进行流场模拟。根据迹线图分析收集箱出风口处于不同位置时,箱体内涡旋情况;研究设备内部流场压力云图与矢量图,分析不同采摘管直径下管道内流速变化、箱体内平均流速值与采摘口所受风压情况。为验证数据可靠性,设置标准吸力试验。试验结论与流场模拟结果相符,验证流场数值模拟的可靠性。数值仿真结果表明,螺纹管直径和出风口高度对负压采摘机内部流场影响显著。螺纹管直径越大,气流场压降越大。且随着螺纹管的内径增大,管道内的气流速度衰减越快,箱体内气流涡旋现象越严重。吸风口位置会影响箱体内涡旋情况。出风口离收集箱顶部越近,涡旋现象越弱。综合考虑,较优的螺纹管直径为58 mm,较合适的吸风口位置为出风口圆心距离箱体顶部60 mm。

基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法

针对传统农业机器人抓取过程中视觉识别番茄果实尺寸和姿态存在枝叶遮挡的问题,提出了一种基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法。在果实抓取过程中通过视触觉传感器得到果实外轮廓接触局部点云信息,然后通过相机参数标定以及各手指关节变换矩阵,将不同传感器坐标系下的点云信息变换到同一基坐标系下,进而通过点云改进PCA算法和ICP算法解析抓取果实的尺寸和姿态信息。为了评估所提出解析方法的性能,在实验室环境下进行了番茄尺寸和姿态检测试验。通过游标卡尺测量和深度相机扫描分别获得番茄果实尺寸和姿态的真实值,并与本文方法解析结果进行对比。检测试验结果表明,本文方法获得的番茄横向尺寸和纵向尺寸平均相对误差分别为8.66%和11.08%,番茄果轴与视场投影面的水平夹角和垂直偏转角平均相对误差分别为10.03%和14.02%。本文方法解析的番茄果实尺寸与姿态信息,可应用于番茄果实抓取过程中的姿态调控,从而提高番茄果实抓取采摘的可靠性。

不同结构参数对喷头雾化特性的影响规律

针对目前雾化喷嘴存在的雾化压力高、雾化范围小等问题,设计了一种雾化喷头,并分析了该喷头的雾化特性.利用激光粒度测试仪探究压力为0.15~0.30 MPa、出口直径为0.3~0.9 mm等条件下对喷头雾化锥角、速度场和液滴粒径的影响,获取了不同试验条件下流场流动特性的变化规律:在低压力下,雾化锥角受喷头出口直径的影响较大,出口收缩角越大则雾化特性越优良;出口直径为0.9 mm的喷头,喷腔长孔比为1、出口收缩角为75°时更能实现大范围的作业;随着喷雾压力增大,水滴速度最大值也显著增大,但压力对雾化流场整体速度分布趋势的影响不大.水滴直径也随着喷头出口直径增大而增大,且喷头出口直径对水滴直径影响显著,但水滴直径相同时,出口直径越大,水滴速度越小.该结果为雾化喷头在中低压范围内的应用提供了理论参考.

茶树嫩梢形态与力学特性试验研究

为探明茶树嫩梢芽叶形态分布及采摘部位受力形变规律,进行了嫩梢形态特征参数统计与力学特性试验。首先,以龙井43、中茶108、白叶1号等6类茶树品种为试验对象,分析适采期茶树嫩梢芽叶分布形态特征与采摘农艺要求;其次,对嫩梢进行了物理参数统计,包括各叶片生长基部到嫩梢顶端距离、茶梢茎秆径宽尺寸以及嫩梢含水率等;最后,开展了茶树嫩梢剪切与弯曲力学特性试验。结果表明,茶树嫩梢叶顶距与各茎秆段等效直径呈正态分布。六种茶树样本一、二、三叶位叶顶距分布范围依次为16~22、25~35、40~60 mm。茶梢的一、二、三茎秆段等效直径分别集中在1.2~1.4、1.4~1.6、1.6~2.0 mm范围内,含水率逐渐降低,大致保持在78%~86%。随着由上至下叶位的变化,茎秆的抗弯刚度和剪切应力逐渐增大,不同茶树品种之间存在差异,但变化趋势相似;茶梢茎秆在受压弯曲试验过程中存在压力突变区间,并以龙井43为研究对象,定量分析了嫩梢在下压过程中茎秆采摘部位的力学特征,该研究为进一步了解茶树嫩梢的物理特征和优化设计茶叶采摘装置提供了理论依据。

基于RGB图像的设施番茄冠层覆盖度估算方法研究

以番茄为试材,采用设施实验箱育苗的方式,通过设施环境下桁架搭载可见光(RGB)相机系统获取图像数据,研究了不同植被指数算法分割番茄冠层图像的精度,并实现设施番茄冠层覆盖度提取方法的评估,以期为其他设施作物的冠层覆盖度估算提供方法指导。结果表明:EXG算法、EXGR算法和CIVE算法均可用于估算设施番茄的冠层覆盖度,与真值之间的均方根误差(RMSE)分别为0.049、0.078、0.088,决定系数(R^(2))分别为0.911、0.845、0.841,不同植被指数分割算法估算的设施番茄冠层覆盖度之间存在差异,与真值图像相比,EXGR算法在定植10 d的图像分割时,分割精度较低,冠层覆盖度估算值偏大,CIVE算法在定植66 d的图像分割时,由于分割过度,导致冠层覆盖度估算值偏小,而EXG算法在各时期的分割精度较高,冠层覆盖度的估算值与真值之间的吻合度最好。这表明EXG算法能够更有效的实现设施番茄的植土分割且估算精度更高。

杭州市主要农作物机械化水平分析及对策研究

2024年中央一号文件提出强化农业科技支撑,大力实施农机装备补短板行动。农业机械化是推动农业现代化的关键,是重要的新质生产力。近年来,随着“双强行动”的深入推进,杭州农业机械化事业快速提升,但从全面实现农业农村现代化的差距来讲,杭州还存在一定可为空间。为进一步加快建设进程,加速实现农业生产向机械化全程全面发展,研究以农作物为对象,分区域、分作物对全市2020—2022年机械化发展现状及存在的问题进行原因分析,提出提升杭州农作物机械化率的对策建议。

咬合式柑橘采摘末端执行器优化设计与试验

针对柑橘自动化采摘末端执行器剪切果柄难度大的问题,设计了一种采用球形闭合进行咬合剪切果柄的柑橘采摘末端执行器。对柑橘果柄进行剪切力学特性研究,通过对果柄直径、剪切速度、果柄斜角、树叶阻挡数、刀片间隙5个因素进行剪切试验,基于最小二乘法多项式拟合建立响应面进行影响因素分析;对末端执行器进行几何建模,并以控制刀片间隙为主要约束条件,以增大拢果定位容差为优化目标建立参数优化模型,优化后拢果定位容差由9.2%~48.8%提升到26.0%~71.7%;对关键部件进行了有限元仿真,仿真得到球壳变形对刀片间隙的影响结果。最后设计柑橘采摘末端执行器样机,在柑橘果园进行实地采摘剪切性能测试,直径小于等于4 mm的果柄采摘断柄成功率达95%,满足柑橘采摘要求。