植保无人机药箱防晃性能检测试验台设计与试验

针对植保无人机在飞行作业过程中由于不同种类药箱和航线以及转向、急停、旋转时药液在药箱中不规则运动产生晃动导致对药箱产生冲击的情况,设计一款可对植保无人机复杂工况下药箱内药液晃动情况进行模拟检测的试验台。试验台利用六自由度运动平台可在三维空间内加载激励的特性,充分模拟植保无人机在飞行作业时的工况,并设计可适配不同形状大小药箱的加载组件,以保证试验台可以对市面上大部分药箱进行试验分析,最后利用试验台对市面上通用的矩形药箱进行试验验证,选择水平激励3 m/s~2和圆周激励下的不同充液比的工况进行模拟试验,对其内壁压力、液位等药箱晃动的判定指标进行检测,对结果进行分析发现药箱充液比0.7～0.9时药箱内药液晃动程度最为剧烈。     

液位监测技术在植保无人机中的应用分析

为了探究适合植保无人机药箱液位实时监测的可行方法,阐述了国内外常见的接触式和非接触式液位监测方法,包括差压式、浮体式、电极式、电容式、超声波式、激光式、光电式、流量计式、机器视觉式、雷达式等主要方法,指出了植保无人机作业过程中,其药箱存在的特点,包括液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等,并对上述常见液位测量方法用于植保无人机药箱液位测量时存在的局限进行了分析,在此基础上,探讨了适合植保无人机质量轻、功耗小、精度高、耐腐蚀药箱液位监测方法及装置,并针对植保无人机药箱液位监测中需克服的难题,提出了气压式液位无线监测的解决方案,为进一步开发适用于植保无人机的药箱液位监测装置提供参考。     

简谐激励下喷雾机矩形药箱内液体晃动力矩的实验研究

在液体晃动引起的横向力和倾覆力矩作用下,喷雾机本体及喷杆系统的平衡均会受到影响,进而影响行驶稳定性和施药效果.为此,以常用的矩形药箱为研究对象,以压电式力传感器为主要测量元件,设计并构建了实验系统,探讨了液体深度、激励幅值和激励频率等因素对液体晃动力矩的影响规律,并将实验结果与基于浅水波理论的线性模型进行比较.结果表明...     

喷雾机内药液晃动横向力测量系统的设计

喷杆式喷雾机作为主要的农田施药装备,药箱内液体和喷雾机组构成了液固耦合系统,该系统在作业时产生的附加载荷会影响喷雾机整机性能。因此,研究喷雾机药箱内液体晃动载荷对喷雾机底盘技术、整机安全性能,喷雾作业性能的提升有着重要意义。为了研究喷雾杆式喷雾机在田间作业时药箱内药液晃动产生的横向力,对喷雾机药箱药液晃动进行了力学分析,并设计了一种测量药箱药液晃动横向力的测量系统。该横向力测量系统的线性度为0.915%F·S,重复性误差为1.597%F·S,迟滞为0.83%F·S。     

喷雾机药罐液体纵向晃动等效力学模型建立与应用

针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下，药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题，基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则，建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型，并利用力学等价原则，对模型参数进行了求解。应用Fluent流体仿真软件建立罐内液体晃动仿真模型，并通过台架实验验证了其仿真结果能够反映真实的液体晃动冲击作用。应用Matlab/Simulink软件，建立等效力学数值解析模型，结合Fluent仿真结果对比分析了充液比为0.1、0.5、0.9时液体纵向晃动作用在容器壁的力矩变化规律，验证了所建等效模型的准确性。将所构建的等效力学模型应用于喷雾机垂向动力学特性分析，得到药液晃动和药液质量变化对整机行驶平顺性有较大影响且充液比为0.8时整机行驶平顺性较差的结论。     

江门市植保无人机应用现状与发展趋势分析

植保无人机的出现,改变了传统农业的作业模式,提高了工作效率,节省了大量的人力、物力等资源。本文调查分析近年来江门地区植保无人机的应用推广情况的主要影响因素,对植保无人机的推广工作提出相关建议,以促进江门地区植保无人机的应用范围和深度,推动江门市植保无人机未来应用的可持续发展。     

地面弥雾机与六旋翼植保无人机在芒果冠层中雾滴沉积性能对比

为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题,并构建智慧芒果园,本研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具在芒果冠层中的药液雾滴沉积性能。将芒果冠层分为上中下层,以柠檬黄为示踪剂,使用高清相纸与滤纸采集药液雾滴,通过图像处理等手段分析雾滴沉积分布均匀性。试验结果表明,植保无人机在芒果树上部冠层叶片表面的雾滴覆盖率显著高于地面弥雾机,在其余冠层部位,两种施药机具在叶片表面药液无显著差异覆盖;植保无人机处理组叶片正反面平均覆盖率均为地面弥雾机的1.5~2倍,对叶片背面的防治优于地面弥雾机。地面弥雾机处理组叶片正面雾滴密度显著高于植保无人机,叶片背面无显著差异,植保无人机处理组正反面均未满足低量喷雾20个/cm2的病虫害防治要求。地面弥雾机药液沉积集中在中下冠层（61.1%）,植保无人机集中在上部冠层（43.0%）,冠层内部沉积比例地面弥雾机（48.6%）＞植保无人机（25.5%）,但地面弥雾机在冠层上部沉积能力不足,沉积占比仅为17%。研究表明,相较于植保无人机,地面弥雾机适用于芒果冠层中下部及内部病虫害防治,同时该机具较高的雾滴覆盖密度在喷洒杀菌剂时也有明显优势,植保无人机适用于针对芒果上部冠层如蓟马、炭疽等易发于外部花絮的病虫害防治。     

农业植保无人机变结构线性滚动时域估计器研究

植保无人机的惯导数据输出频率最高可达8 k Hz,而常用GPS输出频率最高只有10 Hz,会导致位置估计器的数据源之间存在延时问题。为此设计了一种处理延时测量值的变结构线性滚动时域估计器(Variable structure linear-Moving horizon estimator,VSL-MHE)。首先将多传感器测量数据进行序列化;然后通过线性索引来确定排列项中无数据的坐标,根据该坐标对代价函数中权重矩阵进行更新,从而改变估计器结构;最后通过VSL-MHE估计植保无人机位置。在室内测试中,通过Opti Track向植保无人机发送模拟GPS信号,输出频率范围为2～20 Hz。将VSL-MHE估计的位置、MHE估计的位置和循环迭代扩展卡尔曼滤波器(Circular iterated extended Kalman filter,CIEKF)估计的位置分别与Opti Track获取的精确位置做对比,结果表明,VSL-MHE的位置最大偏差小于CIEKF和MHE的位置最大偏差。在室外40 m×30 m范围的飞行测试中,VSL-MHE的航线位置最大偏差小于CIEKF和MHE的位置最大偏差,验证了该算法的有效性。     

基于深度学习的农用无人机自主避障研究

针对目前农用植保无人机(UAV)自主避障能力弱及避障系统繁琐等问题,提出了一种适用于植保无人机的基于深度学习的端到端自主避障方式。利用植保无人机挂载的双目相机实时采集图像,当检测到障碍物与植保无人机距离≤5m时,自主避障系统启动,将采集图像预处理后输入卷积神经网络,输出姿态角与油门量控制无人机自主飞行与避障,同时卷积神经网络通过手动飞行采集信息进行训练。实验结果表明:该方法能使植保无人机对农田常见障碍物房屋、树木、电线杆等做出自主避障,且模型具有一定的泛化能力,适当训练后,可将此避障方式应用于复杂环境下的植保无人机自主避障。     

喷杆式喷雾机药箱药液晃动三向力的测量与分析

针对3WPJ-500D喷杆式喷雾机在生产实践中出现的操控稳定性差问题,从喷雾杆式喷雾机在田间作业时药箱内药液晃动产生的附加作用力入手探索,研制了专用的三向力传感器。通过田间试验测量3WPJ-5 0 0 D喷杆式喷雾机在3种行驶速度和6种加液量情况下的药箱药液晃动三向力。药箱药液晃动三向力是一种交变载荷,总体上随加液量和行驶速度的增加而增大。其中,x方向力的峰值为2 025N,出现在400L加液量、4.78 km/h速度工况下;y方向力和z方向力的峰值分别为1 8 1 7 N和5 9 6 N,均出现在5 0 0 L加液量、4.7 8 km/h速度工况下。经计算,喷雾机500L加液量、4.78km/h速度行驶时的药箱药液晃三向力的合力最大值达到2 155 N。试验结果表明:相同工况下同时获得的药箱药液晃动三向力数据的峰值出现的时刻并不一致,但主要的波峰和波谷在相位上接近。该研究可为进一步研究药箱药液晃动力对喷雾机运动的影响以及新型喷雾机的设计提供依据。     

高压齿轮泵过渡区阻尼结构参数化

通过研究过渡区压力变化与侧板阻尼结构之间的关系,提出浮动侧板阻尼结构的参数化研究方法.以某高压齿轮泵为模型,对齿轮泵过渡区流场进行解析,并基于响应面方法建立过渡区压力变化的近似模型,在保证齿轮泵容积效率的前提下,以降低侧板过渡区突变为优化目标,对侧板高压油槽阻尼结构进行优化设计,结果表明过渡区压力突变由10.162 MPa降至3.670 MPa.     

基于无人机多光谱遥感的土壤含水率反演研究

为研究无人机多光谱遥感技术对裸土土壤含水率的大范围快速测定和最佳监测深度的确定,以杨凌地区粘壤土为试验材料,分别配制成2种不同深度(5 cm和10 cm)、含水率为3%~30%的土壤样本。用无人机搭载多光谱相机对土样连续监测3 d,监测时刻均为15:00。采集6个波段(490、550、680、720、800、900 nm)处的土壤光谱反射率,同时对2种不同深度的土壤样本表层(约1 cm)含水率和整体含水率进行测定。分别采用偏最小二乘回归法、逐步回归法和岭回归法,建立不同波段光谱反射率因素反演土壤含水率的回归模型,并分析其定量关系。试验结果表明,逐步回归预测精度最佳,决定系数(R2)分别为0.775、0.764、0.798、0.694,而预测均方根误差(RMSE)分别为0.028、0.042、0.037、0.038;其次为岭回归法;偏最小二乘法的预测精度最低。综合比较得最佳回归方法为逐步回归法,最佳监测深度为土壤表层(约1 cm),其次为5 cm深度,最后为10 cm深度。     

振动管式液体密度检测方法的探讨

介绍了振动管式液体密度计的工作原理,以及自行研制的悬臂梁式Ｕ型石英玻璃管式液体密度计的结构,采用集中参数法对其振动方程了推导,设计了信号采集与处理系统,并对整个测量系统进行了试验分析,结果表明,所设计的振动管式液体密度工作稳定,测量精度高,通过误差分析发现,温度是造成测量误差的主要原因,文中推导了温度修正系数。     

桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验

对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法（MRF）以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同：模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8%和14.2%,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.     

弹性约束自由磨料研抛加工的材料去除机理

弹性约束自由磨料研抛加工是悬浮液中的磨粒在工具的弹性约束下实现对工件表面的加工方法.建立了反映加工过程影响因素的球形工具加工区域模型,以及类球形和棱锥体磨粒的力学模型,讨论了材料去除机理,分析了加工自由曲面的可行性.利用Al2O3和SiC两种磨料对光学玻璃进行了加工试验,结果表明弹性约束自由磨料加工方法应用于超精密加工是有效的.并验证了对磨粒尺度影响规律的分析.     

打结嘴缠绳故障分析与曲面形态改进设计

针对打结嘴绕扣过程出现的缠绳故障问题,应用虚拟打结方法,分析夹绳盘搭绳点位置与打结嘴凸台倾角对绕扣与钳咬动作的影响,得出夹绳盘搭绳点偏差是打结嘴发生缠绳故障的主要因素,减小打结嘴凸台倾角有利于避免打结嘴缠绳故障。通过受力分析建立捆绳不沿打结嘴凸台曲面向上滑动的临界条件,获得改进的打结嘴凸台倾角。基于边界相似与B样条曲面造型方法重构打结嘴凸台曲面,获得改进的打结嘴模型。600次打结试验表明,凸台倾角50°的打结嘴模型具有更好限制捆绳沿打结嘴凸台曲面上滑的效果,能有效防止打结嘴缠绳故障发生,提高打结器的打结可靠性,可为打结嘴的改进设计提供参考。60°凸台倾角的打结嘴绕扣,夹绳盘搭绳点偏差应控制在±3°之内,而50°凸台倾角的打结嘴允许夹绳盘搭绳点偏差范围在[-4.5°,3°],可为夹绳盘搭绳点位置控制提供参考。     

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。