基于TRIZ理论的红花丝盲采装置设计与试验

针对红花花球分布层次不齐造成机械采收效率低等问题,设计一种红花丝盲采装置。通过分析人工手采摘红花丝的过程,利用TRIZ理论,建立红花丝采摘的物质-场模型,得出红花丝最佳采摘方案为利用采摘齿与红花丝碰撞的盲采。采用凸轮机构作为红花丝采摘的驱动机构,利用TRIZ理论的冲突矩阵对应的发明原理,对凸轮机构的结构进行改进,使凸轮机构完成红花丝的夹紧与拉拔两个驱动。设计了一种新的弧形采摘齿,解决了红花丝漏采难题。利用Creo软件建立红花丝盲采装置的三维模型,并研制样机进行试验,试验结果表明,当该装置前进速度为0.5 m/s,采摘齿转速大于6 r/s时,红花丝的采摘效果最佳,采净率约为90%。     

基于红花力学特性的梳夹式采摘机构的设计与试验

由于红花特殊的物料特性,目前花丝尚未实现机械化采摘。为了提高红花的采摘效率及作业质量,以新疆区域主栽品种无刺红花为试验对象,对红花花丝进行夹持拉拔和压损试验。分析了含水率、拉拔速度即花丝夹持根数对花丝与种球之间抗拉力的影响,得到了抗拉力与各因素的参数关系及避免花丝损伤的可靠夹持力范围。对梳夹式采摘机构进行理论设计,推算出夹持力与花丝夹持根数、含水率及安全夹持摩擦因数的关系。根据夹持参数理论模型,结合红花夹持采摘的力学特性试验数据,搭建试验台,利用应变测力系统,对花丝的夹持采摘特性进行了测试。试验结果表明:实际夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,从而验证了理论设计的可靠性。对开花3~4天、含水率60%~75%的红花植株进行采摘试验,其夹持采摘成功率达到80.2%。     

红花采收机花丝夹取机构设计与分析

目前,红花采收主要靠人工采摘,为实现红花机械采收,提出了一种梳齿式花丝夹紧采摘方式。以红花夹取机构为研究对象,运用解析法得到凸轮轮廓曲线,使用UG软件建立了夹取机构的凸轮模型,设定工作参数后进行运动仿真分析,分析动轴x方向位移、速度与加速度特征。结果表明:仿真结果与理论设计相吻合,验证了仿真设计的正确性,保证了夹取的准确性。采用设计仿真技术可提高机械关键部件的设计水平,为红花采摘机的设计制造提供了坚实的基础。     

旋转剪切式红花花丝采摘机械关键部件的设计

针对新疆红花采摘时对花难、切割时破碎率高、采集时采净率低等问题,设计一种旋转剪切式红花花丝采摘机械,该机械采用偏心式进花口及斜置割刀;基于测定的物料特性,含水率为50%左右的花丝适合旋转剪切收获,偏心的进花口与具有7°斜置角度的刀具对红花进行点切割,降低花丝破碎率;设计拟合瘦果轮廓的球面箱体,确定采摘箱地面半径为68 mm,进花口直径设定为35 mm,提高盲采成功率;运用Fluent软件进行分析不同转速下花丝运动情况,确定负压风机适宜为2 400 r/min。     

切割-气吸式红花花丝采收装置的设计

为解决红花鲜花丝采摘过程中效率低、劳动强度大、成本高等问题,设计了一种切割-气吸式红花花丝采收装置。该装置采用负压风机转动产生的吸气流梳理花丝,使花丝竖立起来且偏向一侧,并露出花丝与瘦果连接处,电机转动带动刀具旋转切割花丝,采摘下的花丝在吸气流的作用下被输送至储花室,完成红花鲜花丝的采摘、输送、收集工作。同时,对具有不同导流片的储花室结构进行流场模拟,分析了不同个数的导流片对储花效果的影响;对采收装置的整机结构在Solidworks软件中进行三维实体建模,且进行了干涉检查。结果显示,该装置各部件组装合理,可以进行后续的物理样机制作。     

梳齿式红花丝采摘凸轮机构的设计与仿真

针对目前红花丝人工采收效率及机械化程度低等问题,提出了一种梳齿式红花丝采摘机构。以该采摘机构的凸轮为研究对象,利用解析法建立了从动件的数学方程式,并结合Mat Lab编程软件得到了凸轮的轮廓曲线。通过Solid Works软件建立了三维模型,采用ADAMS软件和Solid Works Simulation分别进行了仿真分析与有限元分析。结果表明:所设计的凸轮完全能够满足红花丝的采摘要求,同时为进一步研究采摘凸轮机构提供了理论依据。     

梳夹式红花采收装置集花机构优化与整机性能试验

针对研制的梳夹式红花采收装置存在采摘后的花丝掉落严重,导致花丝采集效率低的问题,提出一种新型的气吹-气吸组合式集花机构。该机构利用正压气流吹动粘附花丝脱离采摘头,同时结合梳夹装置前端安装的采摘头护罩,利用负压气流收集采摘后的花丝并防止花丝掉落。通过分析花丝在正压气流中受力情况,优化了集花机构的关键结构及工作参数。为验证整机性能,以含水率≥44.5%的新疆裕民红花为对象,对集花机构优化后的梳夹式红花采收装置进行了田间试验。试验结果表明：优化后的红花采收装置花丝采净率提升至81.74%,花丝掉落率降低至2.31%,相较于优化前采净率提高了4.47%,掉落率降低了0.31%,减少了花丝损失,整机性能得到提升,可为红花机械化高效低损采收提供参考。     

梳夹式红花采摘试验台的设计与试验

目前,红花丝的采摘主要靠人工采摘,劳动强度大,效率低,严重限制了红花产业化发展。为实现红花丝机械化采摘,研制了一种梳夹式红花采摘试验台。采摘试验台主要由控制箱、采摘头、动力传动系统及限位机构组成,采用端面凸轮与梳夹齿组合的方式,由限位杆将花球固定在合适的采摘位置,定、动梳齿夹紧花丝一并旋转,实现红花花丝与果球的分离。试验台旨在为红花采摘机的研制提供试验测试平台,工作性能稳定,为梳夹式红花丝采摘机的设计提供了基础条件。     

有色果实采摘机械手的设计

介绍了一种有色果实采摘机械手的设计。该系统以ATMEGA128为主控制芯片,用TCS230颜色传感器识别有色物体。用3个直流电机和3个步进电机作为各个机械部分的动力,控制机械手摘取物体。实验表明,抓取物体的成功率达到了95%以上。     

基于PLC的移栽机整排取送苗控制系统的设计

针对目前自动移栽机单个机械手取送苗工作效率低的问题,提出了一种整排取苗式穴盘苗移栽机取送苗方案,旨在提高穴盘苗移栽机的取送苗速度,提高移栽机整体的工作效率。该系统使用FX3U三菱PLC作为核心控制器,通过控制各步进电机和气缸协同工作来完成整排穴盘苗的进给、取苗和送苗。使用SolidWorks三维软件建立整排取送苗机构模型,并使用GX-Works2软件编写程序。该控制系统实现了整排穴盘苗的取送,促进了新疆生产建设兵团穴盘育苗移栽技术的发展,对新疆特色农作物产业的发展具有重大意义。     

基于PLC的玉米机械播种量控制系统设计

针对玉米播种机效率低下及播种量自动调节的问题,研制了基于PLC的玉米机械播种量控制系统。系统主要由传感器模块、无线传输模块、PLC控制模块、电机驱动单元和排种器组成。通过建立玉米播种台运行速度和步进电机转速之间的函数模型,利用播种台运行速度控制步进电机的转速,进而控制玉米播种量的控制。实验室和田间试验结果表明:玉米播种量控制系统运行稳定,机械性能良好,播种质量达到国家标准,能够满足用户的使用需求。     

基于PLC的播量控制装置研究

设计了一种基于PLC的播量控制装置,通过建立拖拉机行进速度与步进电机转速之间的随动模型,实现了利用拖拉机的行进速度控制步进电机的转速,进而达到控制播种机播量的目的。分析了控制系统的构成,通过软件编写实现了对播种机的播量、拖拉机行进速度、步进电机的转速和播种机行进距离等参数设定和实时显示。试验结果表明,该系统运行时各排种管之间的变异系数不超过2.93%,播量总体误差率不超过3%,较好地实现相对于传统播种方式的精量播种控制。     

基于三菱触摸屏的整排穴盘苗输送控制系统设计

针对目前半自动移栽机作业效率低及控制系统性能不稳定等问题,提出一种整排穴盘苗输送方案,并设计开发了控制系统。采用苗盘位置固定,每次夹取一排钵苗的方式,通过控制取苗机械手的横向和纵向位移,实现钵苗的整排输送。系统采用三菱触摸屏作为上位机,三菱FX_(3U)系列PLC作为核心控制器,通过控制各步进电机和气缸协同工作来完成整排穴盘苗的输送。使用SolidWorks三维软件建立整排穴盘苗输送机构模型,对结构和工作原理进行分析,确定控制需求及电气控制系统。利用GX Works2软件应用SFC语言完成PLC梯形图程序编写,使用GT Designer3软件完成三菱触摸屏界面的绘制和PLC控制程序与界面的连接,完成控制系统的搭建与调试。试验结果表明:实时操作触摸屏可以控制系统的运行,监测机械手运动情况,实现整排穴盘苗的输送。     

便携对辊式红花采收机的研制与试验

为解决红花花丝采收不及时、采摘效率低及雇工难等问题,提高红花花丝的采收效率,降低劳动成本,设计了一种便携对辊式红花采收机。该机主要由采摘头、风机、汽油机等组成,工作原理是利用高速旋转的双辊挤压吸附花丝,并利用风机产生的气流进行花丝的输送与收集。为此,对花丝经辊子挤压、拉拔采摘过程中的力学特性进行了分析,对风机的特性参数进行了计算,并对采摘腔室内的气流场进行了仿真。田间样机试验结果表明:该机能较好地完成红花花丝的采摘与输送、收集工作,花丝的平均采净率为90.22%,掉落率为2.26%,含杂率为0.05%。该机型对于降低劳动强度,促进当地经济增长具有较好的实际作用。     

基于机器视觉的草莓自动采摘机的设计

针对我国大面积高垄种植草莓存在的采摘效率低、损伤率高等问题,设计开发了一种基于机器视觉的草莓自动采摘机。该机基于机器视觉识别成熟草莓位置和精准定位,采用步进电机带动同步带运动,让末端执行器执行采摘动作的机构,可一次完成采摘、传送及收集等作业。该采摘机主要由采摘系统、传输系统和收集系统组成。试验结果表明:该机在试验环境下对草莓的采摘速度为403.4颗/h,无损伤采摘成功率可达90%。     

采摘机器人执行末端控制系统设计 —基于PLC三自由度控制

为了提高采摘机械手执行末端的定位精度和动作效率,提出了一种基于PLC的三自由度机械手控制系统设计方案,并对控制系统的硬件结构和软件执行流程进行了详细的设计,采用步进电机和PLC编程控制实现了采摘机械手执行末端的三自由度动作。为了验证方案的可行性,建立了MCGS组态环境界面,并对系统的运行进行监控和仿真调试。结果表明:采用PLC编程控制器可以成功地实现采摘执行末端的自动控制,采摘机械手执行末端具有较高的控制精度和执行效率,将PLC控制器引入到采摘机械手的控制系统中是可行的。     

基于不同电机的拖拉机自动导航转向控制系统性能对比

为了提高拖拉机在农田环境中自主导航作业的控制精度,设计开发了3种基于不同类型电机的方向盘转向控制系统,在分析步进电机、伺服电机和步进伺服电机3种电机的参数及其性能差异的基础上,设计了拖拉机自动转向执行机构,并配备了工控机PC、PLC控制器、前轮转角检测机构和GNSS定位系统等设备。设计了工控机车载终端软件,能够实现自动导航的嵌套双闭环控制及相应PID控制算法,设计了控制系统的电气原理图和PLC转向程序,在混凝土路面和田间播种作业两种工况下进行了拖拉机自动导航实验。实验结果表明,当拖拉机作业速度为0. 8 m/s时,两种实验条件下,步进电机导航系统的均方根误差分别为8. 81 cm和12. 09 cm,伺服电机导航系统的均方根误差分别为4. 85 cm和10. 55 cm,步进伺服电机导航系统的均方根误差分别为4. 54 cm和5. 53 cm,步进伺服电机在方向盘转向控制系统中自动导航效果较好。     

果园仿形喷雾机的电控系统设计与试验

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-SR04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。     

送盘机构位移误差检测及控制系统研究

对移栽机苗盘输送控制系统进行了研究,分析了位移误差的产生和修正方法。由于取苗机构位置固定,采用1台三菱PLC控制两台电机的控制方案实现苗盘的横向和纵向输送功能。利用GX Developer仿真软件完成PLC的控制程序设计,控制器通过发出带方向信号的脉冲指令操控两台步进电机带动苗盘横移、纵移,使苗盘的运动与取苗机构有效配合,实现了自动化取苗。同时,采用PLC软件与触摸屏软件联合仿真,实现了运行参数的实时显示。     

基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统研究

【目的】提高林果采摘机器的综合采摘效率,减轻人工作业强度,优化系统数据收集与传输性能,提升系统稳定性。【方法】课题组设计了一款基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统。该系统利用滤波算法实现了网络信息拥堵控制,其工作原理为：通过高分辨率相机收集林果图像发送至总控系统,使用滤波算法识别目标林果后检测位置信息;由传感器收集林果与机械爪的距离进行位姿计算,运动控制设备发送指令后机械臂到达采摘位置;末端执行设备控制电机运转后操控机械臂完成采摘。【结果】测试表明,系统应用滤波算法的适应性良好,与应用灰狼算法相比,整体运行稳定率达到了92%以上,各项参数指标符合预期。【结论】该林果采摘机器智能控制系统可实现高效智能采摘,推广前景较为良好,本研究可为类似采摘或收获农机装备的优化设计提供参考。