In order to accelerate the development of agricultural modernization,agricultural machinery automation and in-telligence are the development trend of China's agricultural machinery.Unmanned tractors can improve work accuracy and work efficiency,reduce input costs,and are an important research object in the field of intelligent agricultural ma-chinery equipment in recent years.This article summarizes the two main modeling methods of unmanned tractors and five path tracking control methods,and puts forward the research suggestions for the future of the technology.The curve driving and turning control methods should be further studied,and the impact of different roads should be studied in depth,and comprehensively consider the balance between cost and control method robustness and overview of path track-ing control methods for unmanned tractors adaptability.
针对农机协同作业等复杂工况下,需要获取场景中机动目标的运动状态及姿态轮廓等扩展状态问题,引入扩展目标跟踪方法,采用乘性噪声模型建立量测方程.同时,推导了该模型下的扩展目标跟踪滤波器,并通过仿真验证和试验证明本文方法可以有效实现对目标状态的有效估计,旨在为设施环境下绿叶菜自动收割-运输协同作业提供支持.
为适应我国再生稻头季稻收获要求,针对国内再生稻头季收获对行功能缺失、碾压率高等问题,以沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻收获机为载体,综合运用机械、液压、电子控制等领域关键技术,设计了一种履带式再生稻联合收获机自动对行系统。系统应用在宽窄行种植模式下,可保证收获机履带行走在宽行中央,避免碾压到再生稻留茬,影响再生稻第二季产量,主要由对行检测单元及对行控制单元组成。田间试验表明:再生稻联合收获机安装自动对行控制系统后,对行收获过程中的前进速度、三位四通阀通电时间、节流阀开度分别设置为0.556m/s、1.5s、“中位”时,其对行效果最佳,碾压率降低至5.6%～5.8%。
为了提高传统果园喷雾机的智能化程度,实现对靶喷施的效果,设计了果园喷雾机的电控系统.通过建立MatLab仿真模型,对步进电机进行机械特性仿真,研究电机转速与控制系统发射的脉冲频率的内在联系,针对此联系结合HC-SR 04超声波传感器的电路特征和步进电机驱动器通信协议,设计了以Arduino单片机为核心的控制系统,实现了喷雾机仿形功能.台架试验结果表明:超声波测量的平均误差率均小于4％,平均响应时间均小于3s,符合田间作业需求,与传统作业方式相比,雾滴分布更加均匀,优化了喷雾机作业效果,节约了药量.
为解决黏重土壤条件下机械移栽作业时栽植器易粘土、严重影响移栽质量和效率的问题,根据翠鸟嘴部外轮廓、野猪吻突部位和蜣螂体表非光滑结构,采用曲线提取、拟合、构造及相似原理设计并加工出两种仿生栽植器.在自制移栽试验平台上进行试验研究,结果表明:最小粘附土壤量栽植条件为仿生栽植器Ⅱ,土壤含水率为21.3％,入土深度为50mm,栽植频率为40株/min.通过验证对比试验可知:土壤含水率为21.3％,栽植频率为40株/min,栽植深度分别为50、70、90mm时,仿生栽植器Ⅱ的粘附土壤量相比于原型栽植器的粘附土壤量分别减少21.8％、15.5％、27.4％.仿生栽植器有较好的减粘降阻效果,其思路可为农机具触土部件的减粘设计提供参考.
为深入研究稻谷热风干燥过程中的水分扩散特性,在稻谷热风干燥试验基础上,分析了不同温度下、不同含水率稻谷的水分扩散特性;利用灰色系统理论建立数学模型,针对45℃热风干燥的稻谷含水率进行预测并与试验数据进行比较.研究结果表明:不同初始含水率稻谷的水分扩散系数和活化能均随着干燥温度的升高而增大;相同干燥温度下,不同含水率稻谷的水分扩散系数不同,初始含水率越高,水分扩散系数越大,45℃干燥时,含水率为14.091％、23.368％、24.963％、25.253％稻谷的水分扩散系数分别为3.71×10-8、3.73×10-7、4.02×10-7、5.78×10-7.利用灰色模型预测稻谷干燥过程中含水率,预测结果显示:均方差比值和小误差概率精确等级均为一级,表明灰色预测模型适用于稻谷干燥过程中含水率预测.研究结果为稻谷高效均化干燥提供了理论与基础数据参考.
针对甜菜机械化收获中机收甜菜识别不精确致使破损率计算不准确的问题,提出一种基于YOLOv4的机收甜菜破损检测方法.利用不同距离、不同角度和不同遮挡程度的甜菜照片制作数据集,对基于YOLOv 4的机收甜菜破损检测模型进行训练和测试.测试结果表明:基于YOLOv 4的机收甜菜破损检测模型识别完整甜菜精确率和召回率分别为94.02％和91.13％,识别破损甜菜的精确率和召回率分别为96.68％和95.21％,破损检测模型的mAP值为96.44％,比Faster R-CNN和SSD模型的mAP值分别高2.62％和5.65％.由此可得,提出的基于YOLOv 4的机收甜菜破损检测模型可以更准确地完成对机收甜菜中完整甜菜和破损甜菜的识别,满足甜菜破损率计算的需求.
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.
为了给茄子穴盘苗移栽机自动取苗机构的设计及试验研究提供理论支持,对茄子穴盘苗形态及力学特性进行研究.为快速、准确地测定茄子穴盘苗的形态特性,采用机器视觉系统对适移栽茄子穴盘苗的苗高、茎秆直径、苗冠直径、叶片长度及叶片位置参数进行测定,得出茄子穴盘苗的苗高范围为134.33～150.20mm,茎秆直径范围为1.83～3.06mm,自然状态下苗冠直径范围为128.57～155.77mm.采用MatLab2018b对试验数据进行分析,得知茎秆直径与苗高正相关;自动取苗机构取苗后,在不改变运动方向的情况下,运动距穴盘至少160mm后,才能进行翻转动作;取苗机构开合距离取10 mm;为防止穴盘苗移栽过程中叶片损伤及挂苗现象的发生,需设计防叶片张开机构.力学特性测定试验表明:茄子穴盘苗基质含水率范围为30％～40％,机械手取苗力为3.0N,基质损失率为7％,移栽效果较优.
为提高塑料大棚的抗风降温性能,优化提出了M型大棚.采用计算流体动力学(CFD)方法,围绕M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚,分别开展了不同风向角下的整体风压特性分析,并通过对棚身分区计算得到了风荷载体型系数和极值风压.研究结果表明:M型大棚在各风向角下的整体风压系数均小于大跨度拱棚和双连栋拱棚;随着风向角增大,各区域风荷载体型系数大致呈减小趋势,斜风向下出现局部高负压区域;M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚的风荷载体型系数最大值分别出现在30°、0°、0°风向角下,对应数值分别为-0.73、-1.28和-1.16,3种棚体的极值风压分别为0.296、0.518和0.470kPa.基于研究成果建造的M型大棚经受住了多次台风的考验,通过真实工程验证了M型大棚优越的抗风性能,为其推广应用提供了参考依据.
针对嫁接用苗个体差异大、把持定位难、把持易损伤等问题,提出了一种力定位气囊把持手的设计方案,以实现嫁接用苗的柔性把持.气囊把持手以硅胶为材料,通过进气后气室的膨胀变形推动夹持翅绕中心旋转,与持苗圆弧一起实现嫁接用苗的夹持.在对气囊把持手完成初步设计的基础上,通过仿真分析确定合适的气室距离和进气压力.为了检验气囊把持手对嫁接用苗的夹持效果,以水平拔出力和垂直拔出力为目标函数,对气囊把持手进行性能试验.试验研究结果表明:当力定位气囊把持手作业压力为0.2 MPa时,针对苗径为1.5～3.5mm的嫁接用苗,气囊把持手的垂直拔出力可达到1.0～2.5N,水平拔出力可达到1.0～2.0N.试验结果可为进一步研究上苗定位夹持机构提供参考.
针对水田耕整农艺要求，设计了一种能够一次作业完成碎土、根茬压埋、根系生长土层起浆以及平地等多道工序的水田振捣起浆平地机，主要由机械传动装置、机械式高频激振机构、圆弧埋茬梳齿、船型拖板以及新型隔震传动装置组成。通过分析确定了机械传动装置参数，并设计了水田振捣起浆机的机械式高频激振机构和圆弧埋茬梳齿。田间试验表明：当机械式高频激振机构的激振频率为43Hz、机具前进速度为3km/h时，埋茬率为90.6%,平整度为20mm,泥浆度为1.30g/cm~3,综合指标达到最佳，满足水田耕整的农艺要求。
随着农业生产规模的扩大,农田信息管理难度越来越大.传统农田信息管理主要以人工采集信息和主观经验管理为主,信息采集效率低、不全面,且实时性不高,管理效果差.为解决农田信息管理存在的诸多问题,深入研究了信息融合技术,建立了信息融合功能模型,并将其应用在农田信息管理中,完成了基于信息融合的农田智能化管理系统的应用研究.同时,优化设计了智能化管理系统的总体方案,完成了信息融合算法的结构设计及运算流程设计,并利用信息融合算法进行功能测试.测试结果表明:基于信息融合的农田智能化管理系统能够准确预测温度变化趋势,为指导农业生产提供较好的作业决策,实现了对大范围农田信息的智能综合管理,可以减少水源、肥料及电能等各方面的浪费,具有较大的推广价值.
由于风或其他自然原因的影响,树上的苹果容易发生摆动,增加了机器人准确采摘苹果的难度.为了准确、高效地跟踪识别苹果,在归一化互相关模板匹配的基础上,提出了一种结合SURF特征仿射变换的跟踪识别方法.首先,采用基于R-G颜色特征的大津阈值法分割初始图像,识别出目标果实(即获得模板图像);其次,将模板图像与下一帧图像进行SURF特征提取匹配,剔除误匹配角点,通过仿射变换对模板进行矫正,同时预测目标位置;最后,在预测位置的1.2倍范围内,利用NCC匹配搜寻果实最佳匹配位置.测试结果表明:在没有模板校正和苹果位置预测的情况下,每帧运行时间分别为0.59s和5.17s,而本文方法的运行时间为0.41s,且跟踪误差减小.实验结果表明:此方法可以显著提高识别速度和效率,也可为其他振荡水果的跟踪和识别提供参考.
针对现有多行气吸式排种器因共用气室造成风压要求高、损失大的问题,设计了一种单盘多行独立气道式精量排种器.通过在紧贴排种盘吸气侧设计带有凹槽的气道盘,将气室分成相互独立的3条气道,分别对应排种盘上的3条排种行,从而降低排种过程所需的风压值,减少风压损失.对关键部件进行了仿真分析和对比试验,结果表明:吸种合格率达95％以上时,所需负压值比传统大气室排种器降低了1kPa.
随着人们对稻谷品质要求越来越高,检测品质识别技术在农业中得到多方面使用.为此,针对检测稻谷品质精度和质量的设备单一、人工干预较多等问题,设计了一种基于视觉识别技术的稻谷品质分析装置,并分别介绍了装置的工作原理和重要部件.同时,利用MatLab软件建立相应函数和Canny边缘检测算法模型,并对稻谷数目精准检测和烘干后产生爆腰粒的识别及在线称重,结果表明:提高稻谷品质装置的自动化检测水平和工作效率,对其提升稻谷爆腰率检测及高效识别数目有重要的研究意义.
我国玉米种植面积广,玉米联合收割机是玉米全程机械化生产的重要部分,收割时虽机械化程度较高,但智能化程度低、人力投入大.针对以上问题,对传统收获机的基本结构进行了智能化控制系统设置,并对玉米收割装置、传感器进行了设计和选择,结合PLC控制原理和传感器输出信号处理,对电动装置和收割机行走液压系统的液压元件进行控制,提高了玉米收割机智能化程度.以玉米收割机作业为基本条件,对智能控制系统进行可行性测试,结果表明:各工作部件响应速度较快,超调量和稳态误差较小,所建立的控制策略,无论在何种负荷条件下,都能对玉米收获机的各项工作参数进行优化.试验获得了1.676％和1.386％的玉米采摘损失率,满足了玉米收获的要求.研究结果可为玉米联合收割机的研究与进一步发展提供理论基础.
以深松机耕作深度精准控制过程为研究对象,对深松机结构进行分析,对深松机耕作过程中拖拉机倾角和深松机倾角进行动态采集,获取倾角传感器与目标值之间的差异,提出一种以深松机倾角为控制目标的深松机精准控制系统.系统以传感器采集参数和目标控制参数为输入值,计算二者之间偏差,实现控制目标的动态调整,从而生成控制指令,并发送至深松机升降杆控制程序,驱动升降杆控制电磁阀打开或关闭,对深松机工作过程中倾角值进行稳定修正,达到精准控制深松机耕作深度的目的.
首先,介绍了大数据的基本概念,设计了基于BP神经网络的大数据挖掘模型,并基于Pro/Engineer实现了农机产品模型参数化设计,基于大数据预测模型实现了农机数字化设计系统.实验结果表明:系统能够快速设计出农机零部件,可较大幅度降低设计周期,减少产品设计修改次数,对于现代化农业设计制造具有重要意义.
