淡水鱼头尾及腹背自动定向方法

鱼体头尾及腹背自动定向是推进淡水鱼全程机械化加工的重要前提。基于水平振动方法和视觉图像识别技术设计自动头尾和腹背定向装置。通过对鱼体在头尾定向振动台上的受力分析和运动状态分析,阐明鱼体转动原理和头尾前进原理,将鱼体在振动台上的运动状态分为4种,基于此分析了鱼体成功进行头尾定向的条件。结合图像识别技术,创制导向机构、视觉识别系统、剔除机构、V形腹背定向执行机构、V形校正输送机构,实现鱼体自动腹背作业。以鲫鱼、草鱼、白鲢3种典型淡水鱼为试验对象,以鱼体完成定向时间和成功率作为评价指标,探究了鱼体种类、输送带类型、振动幅度、振动频率对鱼体头尾定向效果的影响规律,并探究鱼体种类对腹背定向效果的影响规律。试验结果表明：鱼体在振动台上的头尾前进运动状态理论计算与试验结果一致,证明本文理论计算可以有效指导实际头尾定向作业。输送带为倒三角纹时,鱼体才能完成头尾定向作业。鱼体头尾定向效果随振动幅度和频率增大而提升,当振动幅度大于160mm时整机振动剧烈,因此最优幅度为160mm;当频率大于5Hz,定向效果变化不明显,因此最优频率为5Hz。腹背定向效果由输送带输送速度和机器视觉识别准确率决定,各类鱼体腹背定向时间保持在15s、定向成功率在95%~97%范围内。研究结果可为鱼体自动定向装置工艺参数设计和选择提供技术参考。     

禽蛋大小头自动定向排列系统设计

为了实现包装鲜禽蛋大小头朝向一致,设计了由支撑辊子输送系统、限位导向系统和调速系统组成的禽蛋大小头自动定向排列装置。根据机械传动原理,建立了禽蛋轴向运动和定向翻转运动的设计计算方法,并确定了装置的结构参数。试验表明,禽蛋轴向运动稳定可靠,翻转过程流畅、翻转姿态稳定可靠,禽蛋定向正确率达到100%;装置的单处理通道禽蛋定向速度为0.87～1.22枚/s,额定处理能力(2通道)为7 200枚/h。     

禽蛋大小头自动定向排列中轴向运动机理研究

为了探讨禽蛋大小头自动定向排列关键技术的设计计算方法,对禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动进行了动力学和运动规律分析及机理研究,并进行了试验验证。研究表明,禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动符合交错轴摩擦轮传动原理,构建了禽蛋在输送支撑辊子上轴向运动位移的理论计算方法和禽蛋与支撑辊子之间的传动关系模型,建立了禽蛋轴向运动参数测试方法和实际计算方法,洋鸡蛋在输送支撑辊子上的轴向运动实际位移的变化规律与理论计算结果吻合,修正系数为0.55(直径30 mm、中心距57 mm、输送速度57 mm/s)。用交错轴摩擦轮传动原理分析禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动是正确、可行的,为禽蛋大小头自动定向排列装置的设计计算奠定了理论基础。     

差速式三通道鲜杏动态定向输送装置设计与试验

针对杏干加工过程中鲜杏切瓣劳动强度大、效率低、质量差和卫生难以保障等问题,在对鲜杏几何特性及空间三轴旋转转动惯量研究基础上,提出了基于空间几何最小作用量原理的差速带式鲜杏动态定向输送原理,确定了样机的总体结构方案;进行了差速式鲜杏定向输送机理分析和关键工作部件的结构设计,设计了相应的鲜杏动态定向输送装置;以赛买提鲜杏为试验对象,以定向带/夹持带速比、定向带上口间隙和鲜杏尺寸为试验因素,定向准确率和切割准确率为试验指标,进行了鲜杏动态定向输送装置的性能试验;通过正交试验分析表明:定向带与夹持带速比为6.52,定向带上口间隙为15 mm,鲜杏横径尺寸为32.1~35.0 mm时,鲜杏在输送过程中的定向准确率为87.4%,切割准确率为85.6%。     

基于振动排序的玉米种子胚面定向装置设计与试验

玉米定向播种即种子尖端朝向一致和胚面朝向一致,可明显提高产量。为了实现玉米种子胚面定向,设计了一种基于振动排序的玉米种子胚面定向装置。设计了胚面定向装置螺旋轨道上的选向机构和定向机构,探明了玉米种子胚面定向原理,确定了选向机构和定向机构的尺寸参数和空间位置。采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化。以控制器输出电压、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离和翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离为试验因素,以胚面定向成功率为评价指标,进行了三因素三水平的Box-Behnken旋转正交试验。试验结果表明：控制器输出电压101 V、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离4.38 mm、翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离7.96 mm为最优参数组合。在最优参数组合条件下,胚面定向成功率为94.82%,且排料速度可达85个/min。为验证玉米种子胚面定向装置对不同品种玉米的适应性,进行了品种适应性试验,试验结果表明所选的玉米品种的胚面定向成功率均大于91%,满足设计要求。     

基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法研究

针对采后甘蓝人工连续定向效率低、劳动强度大等问题，以“中甘15号”甘蓝为研究对象，提出了一种基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法。首先，建立了采后甘蓝的简化几何模型，对3个惯量主轴的转动惯量及其定向运动稳定性进行了理论分析；其次，建立了定向仿真模型，基于ADAMS软件分析了26种初始姿态的采后甘蓝在定向过程中的位移差值和采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角随时间的变化规律；最后，搭建自动定向试验平台，以辊轮直径、轴向间隙、径向间隙和角速度为试验因素，以采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角和定向成功率为试验指标，进行了单因素和正交试验。理论分析和仿真结果表明，采后甘蓝在定向运动过程中，逐渐趋向绕转动惯量最小且唯一的中心轴转动，且该运动状态动态稳定，即实现了采后甘蓝的自动定向。试验结果表明，试验因素对采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角影响的显著性主次顺序为辊轮直径、角速度、轴向间隙、径向间隙，试验因素对定向成功率影响的显著性主次顺序为角速度、辊轮直径、轴向间隙、径向间隙；最优参数组合为辊轮直径80mm、轴向间隙80mm、径向间隙70mm、角速度6rad/s。在最优参数组合下进行了验证试验，结果表明，采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角平均值为（6.72±1.23）°，定向所需时间为6.8s，定向成功率为96%，满足采后甘蓝自动定向及后续高通量处理的需求。     

制干番茄定向切分机的设计与研究

机械化切分番茄在农产品加工生产上具有重要意义.沿番茄的长轴线将番茄切分为均匀的两瓣,是番茄制干加工的重要前期处理工序,自动定向是番茄切分顺利进行的必要条件.本文分析了番茄切分机的定向和切分工作原理,为番茄切分机整机的设计和改进提供了理论基础.     

农业领域自动定向技术研究进展分析

随着信息感知、机器人等技术的快速发展，自动定向作业具有更多的需求和实现方法。自动定向技术为智慧农业生产过程自动化、智能化提供有利条件，是提高作业效率和品质的重要环节之一，已成为农业生产自动化、智能化作业技术的发展方向。本文首先阐述了自动定向技术的基本概念与内涵，综述了在田间播种、采后处理、畜产养殖加工等农业领域自动定向技术的国内外研究进展，并分析比较了不同应用领域的特征和优缺点。然后对自动定向关键技术应用研究进行了系统分析，包括定向机理与方法、定向机构与装置、自动检测与控制等多方面的共性关键问题，归纳了该领域技术的开放性问题。最后总结了当前自动定向技术面临的挑战和机遇，展望了农机农艺高度融合的自动定向、专用与通用自动定向、多功能全面融合的自动定向和融合智能化技术的自动定向等农业领域自动定向技术和装备的未来研究方向。     

复式大蒜种子方向控制装置设计与试验

为提高大蒜播种机对杂交蒜的播种正芽率,提出串联使用大蒜种子重心靠下和大蒜种子芽尖细长特征进行种子方向控制的方法,即在排种器运种阶段设计分段式护种槽,利用大蒜种子重心靠下特征提高种子直立进入定向器的概率,在换向阶段设计弧形开口定向器,使大蒜种子芽尖尽可能露出定向器,提高短芽尖大蒜鳞芽的正芽率。以定向速度和种子芽尖长度为试验因素,正芽率为试验指标,进行台架试验,结果表明,蒜瓣芽尖长度对播种机正芽率影响较为明显,正芽率随定向速度的增加而降低。以金乡杂交蒜为试验对象,对定向系统进行田间播种性能试验,试验结果表明：行走速度为0.14～0.19 m/s时,金乡杂交蒜的正芽率达85%,整体满足大蒜播种农艺要求。串联使用大蒜种子两种物理特征从作业原理上可提高大蒜种子定向稳定性,为大蒜播种机械化发展提供参考。     

禽蛋大小头自动定向排列中翻转运动机理研究

为了探讨禽蛋大小头自动定向排列关键技术的设计计算方法,对禽蛋在输送辊上的翻转运动进行了机理研究,并进行了不同输送辊直径、输送辊间中心距、不同品种禽蛋的试验验证。研究表明,禽蛋在输送辊上的翻转运动符合凸轮传动原理,构建了禽蛋与输送辊和导向杆之间的传动关系模型,建立了禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离的理论计算方法,以及处理通道宽度和导向杆弯曲段长度的设计计算方法,禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离理论计算结果与试验值吻合,禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离与输送辊中心距呈线性负相关关系,与输送辊直径呈线性正相关关系,决定系数都大于0.94。用凸轮传动原理分析禽蛋在输送辊上的翻转运动是正确的、可行的。     

基于嵌入式和机器学习的农用车辆自动驾驶系统

首先从PCA技术和SVM技术分析了自动驾驶系统路况识别检测原理,然后从训练模块和分类识别模块设计了系统模型和系统功能,最后采用模块化的思想设计了自动驾驶系统硬件平台,并基于QT环境开发搭建了系统上位机,实现了基于嵌入式和机器学习的农用车辆自动驾驶系统。试验结果表明:系统能够在常规作业中正常进行自动驾驶功能,符合设计要求,证明了系统的可行性、稳定性和有效性。     

茶叶智能化揉捻设备自动喂料装置的设计和试验

为提升茶叶揉捻过程的机械化、自动化水平,降低茶农劳动强度,提高茶叶生产效率,课题组对某型号茶叶智能化揉捻设备进行了自动喂料装置设计,简述了自动喂料装置的结构,介绍了自动喂料装置的功能以及工作原理,并对样机进行试验。试验结果表明,该自动喂料装置能够满足该型号茶叶智能化揉捻设备的自动喂料需求。     

基于电磁振动的玉米种子定向排序输送技术

根据振动送料原理,提出了一种实现玉米种子定向排列输送的方法,对种子的定向过程进行了动力学分析,探讨了定向过程中种子各种姿态的变化过程与力学参数之间的关系。以郑单958玉米种子为试验对象,建立了振动定向试验装置;以台阶高度A、滑槽倾角B、振幅C和频率D作为影响因素进行了正交试验。试验结果表明:台阶高度A、滑槽倾角B及其交互作用对种子定向效果具有极显著影响;通过多重比较分析得出试验条件的最佳组合为:台阶高度为4 mm、滑槽倾角为4°、振幅为0.18 mm、频率为51.5 Hz。在最佳试验条件下分别对顺行和逆行种子进行10次重复试验,试验结果表明:顺行定向成功率为93.5%,逆行定向成功率为89.4%。采用高速摄影技术分别对顺行和逆行的种子进行了观察验证分析,分析表明:种子的实际运动状态与理论分析基本吻合。     

基于Exynos嵌入式的精密播种机自动射种装置的研究

为了提高田间播种效率和质量,满足农业现代化的精密播种需求,首先分析了精密播种机的结构及自动射种装置原理,然后基于Exynos嵌入式处理器,设计和实现了射种过程的自动控制。试验表明:基于Exynos嵌入式的精密播种机自动射种装置排种检测精确度、播深精准度及株距精准度均较高,能够满足设计要求。     

履带自走式果园定向风送喷雾机

设计了结构紧凑、转向半径小的履带自走式果园定向风送喷雾机。对传动系统、履带行走系统和风送系统等关键部件进行了设计和计算,对定向喷雾机构进行了设计和试验验证。试验结果表明:有风送时雾滴沉积量比无风送时提高了42.9%,变异系数降低了18.5%;定向喷雾比普通喷雾雾滴个数提高了30.9%,变异系数降低了55.3%。     

标准化池塘养殖自动投饵系统设计

基于气力输送原理,设计了一套以S7-200可编程序控制器（PLC）为控制器,触摸屏为人机界面的自动投饵系统。论述了投饵设备的组成及工作原理, 控制系统的设计以及软件实现。通过PLC系统对下料速度、投饵时间、停饵时间等参数进行设定,实现自动投饵控制。试验结果表明,该系统达到设计要求,输送管长320m时投饵量可达1.1t/h,定量精度为±     

套管式蔬菜自动嫁接机出套装置设计与试验

针对套管式蔬菜自动嫁接机中套管的供给功能,设计套管排列振动盘、输送导管、套管逐次出套机构,采用基于可编程逻辑控制器(PLC)的控制系统,设计套管式蔬菜自动嫁接机出套装置。通过试验得,在输入电压为185 V时,套管排列振动盘工作性能较为稳定,套管输出时间间隔变异系数为61.75%,套管能够较为稳定连续地进行有序定向输出。该装置的出套成功率达100%,可充分保证后续嫁接作业的套管供给。     

基于机器视觉的枳壳自动定向方法与试验

针对人工姿态调整方法在枳壳定向切分加工过程中存在人工成本高、生产效率低等缺点,设计枳壳机器视觉自动定向调整系统,并提出相应的调整识别算法。根据枳壳表面各目标颜色特征,提出基于R分量下红绿色差法对原始图像进行分割,并利用二值图像中特征几何描述提取果梗位置特征参数和最小二乘椭圆拟合提取外形特征参数;根据两特征信息建立枳壳姿态模型用于姿态识别,定向调整装置根据视觉识别结果捕捉姿态特征并将枳壳调整到理想姿态。试验结果表明,该方法较好地识别出枳壳姿态特征,识别率为93.3%,其2次定向调整后的姿态与理想姿态最大定向夹角误差为4.2°,满足枳壳定向作业要求。该研究为枳壳定向切分加工设备的研制提供参考。     

对虾定向输送装置设计与参数优化试验

针对目前对虾预处理的定向环节仍依靠人工操作、缺少对虾定向设备等问题,以去头南美白对虾为研究对象,对虾体的外形结构特征和虾体头尾定向机理进行分析,并结合对虾外形参数设计了对虾定向输送装置。选取中型和大型两种规格的对虾,以对辊间隙、输送推板运动速度和定向辊转速为试验因素,以定向成功率为指标,进行了单因素试验和正交试验,研究了各试验因素对定向效果的影响规律,并优化了试验装置的主要参数。结果表明,试验装置的最优参数组合为：输送推板运动速度40mm/s、定向辊转速90r/min、中型虾对应的对辊间隙10mm、大型虾对应的对辊间隙13mm,在最优参数组合下中型虾和大型虾的定向成功率分别为97.3%、94.7%。     

标准化池塘养殖自动投饵系统设计

基于气力输送原理,设计了一套以S7-200可编程序控制器(PLC)为控制器,触摸屏为人机界面的自动投饵系统.论述了投饵设备的组成及工作原理,控制系统的设计以及软件实现.通过PLC系统对下料速度、投饵时间、停饵时间等参数进行设定,实现自动投饵控制.试验结果表明,该系统达到设计要求,输送管长320 m时投饵量可达1.1 t/h,定量精度为±1.5%.