基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验

对于工厂化育秧作业的水稻、蔬菜、花卉等,尤其是超级杂交稻,其机械化秧盘育秧播种的理想目标为2~3粒/穴,且普遍存在空穴和单粒穴的情况,为了保证秧盘育秧成秧率,提高精密播种合格率就显得非常重要。该文基于机器视觉技术,提出了一种智能补种方法,设计并研制了智能补种装置,主要用于超级杂交稻钵体秧盘育秧播种质量检测与补种过程。首先利用CCD摄像头采集秧盘图像,对图像处理与分析后得到空穴和1粒穴位置坐标,再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能。应用LabVIEW图形化编程软件,针对空穴和单粒穴的补种方案,开发出秧盘播种质量在线检测与补种运动控制系统,实现了智能补种任务。由试验结果统计可知,当补种率小于2%时,双补种器能够满足450盘/h的生产需求。     

双季稻区杂交稻机插秧低播量精密育秧试验

根据杂交稻种植少本稀植的要求,该文以杂交稻天优998和五优308为材料,采用机械化精密田间育秧试验方法,研究了4种秧盘和4个播种量水平对机插杂交稻秧苗成毯效果、秧苗素质和栽插质量的影响。结果表明:钵体毯状秧盘播种量在65 g/盘以上、毯状秧盘在45 g/盘以上、窄行秧盘在36 g/盘以上,应用华南农业大学研制的"水稻田间工厂化育秧精密播种机"进行精密播种,采用常规田间育秧管理育成的秧苗成毯效果能满足机插的要求;不同秧盘类型对秧苗素质的影响存在显著差异,4种不同秧盘育秧方式中,以钵盘培育的秧苗素质最好,整齐性也最好,钵毯秧苗次之,毯状秧苗与窄行秧苗相差不大;不同播种量对秧苗素质的影响较大,不同播种量之间,秧苗素质各项指标的差异都达显著水平,随着播种量的增加秧苗素质明显下降,表现为叶龄减少,苗高变矮,苗茎宽变细,根长变短,百株鲜质量、百株干质量和百株根质量都变轻;而秧盘与播种量的交互作用对秧苗素质的影响不显著;从栽插质量和满足栽插的农艺要求角度看,对杂交稻天优998而言,钵毯和毯状秧盘的最佳播种量范围为65~80 g/盘,窄行秧盘的最佳播种量范围为52~64 g/盘,钵盘的最佳播种量范围为41~50 g/盘。本文的研究结果对解决杂交稻机插秧技术问题具有理论意义和实际应用价值。     

生物降解秧盘及播种量对机插水稻秧苗素质及产量的影响

为探明生物降解秧盘稀播育秧、带盘机插的生产适用性,以籼型杂交稻中浙优8号和籼粳型杂交稻甬优538为材料,普通平盘作对照,研究了生物降解秧盘不同播种量(30,50,70和90 g/盘)育秧对机插水稻秧苗素质、机插特性与产量的影响。结果表明,生物降解秧盘育秧显著提高出苗率(P0.05),且播种量越低,出苗率越高,中浙优8号30 g/盘处理的出苗率较普通平盘育秧高20.57个百分点。生物降解秧盘采用上毯下钵设计,所育秧苗根系独立成钵状,白根多且粗壮,其平均根直径较普通平盘宽8.63%,且盘根力均大于100 N,满足机插对秧块成毯的要求。同时,可带盘按钵精准机插,中浙优8号30 g/盘处理的漏秧率仅7.78%,较普通平盘机插低6.67个百分点。生物降解秧盘处理结实率和千粒重略低于普通平盘,群体颖花量则高于后者,最终产量较普通平盘机插略高。综合育秧、机插效果及产量表现,生物降解秧盘育秧播种量以70 g/盘为宜。因此,生物降解秧盘带盘机插可发挥稀播培育壮秧优势,提高机插质量,有助于杂交稻少本稀植、充分发挥增产潜力。     

2BP-2000型水稻育秧播种机分盘装置研制

针对现有育秧播种机分盘装置生产效率较低、高速作业时易出现卡盘和秧盘输送不连续等问题,该研究设计了一种生产效率不低于2 000盘/h的机械气动式自动分盘装置,可快速、准确完成分盘和供盘,适配2BP-2000型水稻育秧播种机高速播种。阐述了分盘装置的基本结构和工作原理,开展分盘、接盘过程分析,确定装置稳定分盘、接盘作业的关键机构与工作参数。分盘稳定性试验结果表明,生产率为1 600～2 000盘/h时,分盘稳定性不低于98.67%。开展以层叠秧盘数、生产率和秧盘质量为试验因素,以接盘成功率为试验指标的三因素三水平正交旋转组合试验,得到影响接盘成功率的因素主次关系为生产率、层叠秧盘数、秧盘质量,其中生产率、层叠秧盘数对接盘成功率影响显著（P <0.05）,秧盘质量对接盘成功率影响不显著（P≥0.05）,表明分盘装置对不同质量的秧盘适应性较好,其最优参数组合为：生产率2 000盘/h、层叠秧盘数6盘/层、秧盘质量750 g/盘,该条件下分盘装置的接盘成功率均值为98.43%,与预测值仅相差0.29个百分点。研究结果对提高水稻硬盘育秧播种机械化水平具有实用价值。     

水稻秧盘育秧播种机气动式自动供盘装置设计与试验

为减轻工人劳动强度,提高水稻秧盘育秧播种机的生产效率,研制了一种气动式自动供盘装置。通过建立秧盘输送模型确定了输送机构的输送过程和速度关系,根据秧盘外形特征和自动供盘装置工作原理,研制了气动式落盘机构及控制系统,由接近开关对秧盘进行检测,利用落盘机构快速升、放秧盘,实现秧盘的自动供送。为研究生产率、放盘时间和叠盘偏差对自动供盘装置性能的影响,以供盘合格率为指标进行了自动供盘正交试验。试验结果表明,叠盘偏差对供盘合格率的影响最显著,放盘时间对供盘合格率有一定影响,生产率对供盘合格率的影响不明显;当生产率为600~1 000盘/h、叠盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时,供盘合格率为98.67%~100%,试验结果满足水稻秧盘育秧播种机育秧技术使用要求。该研究对提高水稻秧盘育秧播种机的自动化程度具有重要意义。     

杂交稻机插秧育秧播种密度与取秧面积耦合关系

为了确保杂交稻机插秧质量,选取育秧播种密度和取秧面积为2个主要因素,进行了二因素三水平全面试验设计,试验品种为杂交稻1596。试验结果表明,育秧盘播种质量、育秧盘成苗质量和大田栽插质量的主要指标之间大都呈现出显著的相关性;0.05水平下对样本t检验结果表明,空格率（漏插率）之间有显著差异,成苗均匀度合格率和育秧盘播种均匀度合格率有显著差异,大田栽插均匀度合格率和育秧盘中成苗均匀度合格率没有显著差异;每盘播种量为73 g、取秧面积为2.38 cm2的耦合为最佳试验方案,此时育秧盘播种质量、育秧盘成苗质量和大田栽插质量的主要指标空格率（漏插率）和均匀度合格率分别为1.1%和92.5%、2.6%和90.2%、5.1%和88%,能达到的基本苗为每公顷541 665株。     

气吸式纸夹定位水稻精密育秧设备的研制

大量农艺试验表明：播种量和秧苗素质是影响水稻优质高产的主要制约因素,应用先进的精密播种技术培育均质壮秧是增加水稻单产的一个重要途径。针对现有水稻工厂化育秧方式一次性投资大,秧盘土采集困难和育秧过程繁琐等问题,在分析国内外水稻秧盘育秧精密播种技术与装备的基础上,根据水稻育秧的农艺要求,提出了应用纸介夹持定位封种的一种新的水稻无秧盘育秧精播方法,设计出气吸式纸夹定位水稻精密育秧设备并进行育秧试验。试验结果为单粒率达80%以上,合格指数（每穴1～2粒种子）超过95%,重播率（每穴3粒以上种子）小于4%,粒距合格率大于90%,纸介种带封固基本可靠,培育秧苗矮壮,栽插后发根能力强。     

基于机器视觉的超级稻秧盘育秧播种空穴检测技术

针对超级稻育秧播种量少,易出现空穴而影响产量的问题,对超级稻高速连续秧盘育秧播种的空穴进行了在线检测。在秧盘育秧流水线的播种和覆表土工序之间加入检测系统,CCD摄像机不断地拍摄穴盘图像,并建立与穴孔相对应的掩模图像,利用定时读取程序,读取缓存中的图像信息。通过图像处理和分析,有效地识别了穴盘空穴,将检测结果以电子表格的形式存储在穴盘空穴数据库中,以供人工补种,进一步降低了秧盘育秧空穴率,提高了超级稻精准育秧的成秧率。     

基于机器视觉和BP神经网络的超级杂交稻穴播量检测

为了保证秧盘上每穴超级稻种子数量一致,实现精密播种作业,需对播种性能进行准确检测,但超级杂交稻播种到秧盘中,多粒种子存在粘连、重叠、交叉等情况,传统的面积、分割算法对上述情况播种量检测精度低,因此需提高上述情况种子播种量检测精度。考虑到种子连通区域的形状特征反映种子数量,该文提出一种基于机器视觉和BP神经网络超级杂交稻穴播量检测技术。针对超级稻颜色特征,采用RGB图像中红色R和蓝色B分量组成的2×R-B分量图和固定阈值法获取二值图像;投影法定位秧盘目标检测区域和秧穴;提取连通区域10个形状特征参数,包括面积、周长、形状因子、7个不变矩,建立BP神经网络超级稻数量检测模型,检测连通区域为碎米/杂质、1、2、3、4和5粒以上6种情况;试验结果表明,6种情况的检测正确率分别为96.6%、99.8%、97.2%、92.5%、86.0%、94.3%,平均正确率为94.4%,每幅图像平均处理时间0.823s,满足精密育秧播种流水线在线检测要求;研究结果为实现精密恒量播种作业提供参考。     

塑盘育秧不同播种量秧苗素质和产量的比较

为进一步提高机插水稻盘育秧苗个体素质,为大田水稻优质生长积累物质基础,促进水稻生物产量和经济系数的提高,进而增加籽粒产量。本试验从秧盘不同播种量入手,进行秧苗苗体素质、大田生长群体质量和产量形成对比试验,从而优选出具有应用前景的播种量范围。     

水稻秧盘自动码垛机的设计与试验

针对水稻工厂化育秧播种完成的秧盘人工取盘和层叠堆放劳动强度大、效率低、后续运输不便等问题,该研究设计了一种水稻秧盘自动码垛机,可完成秧盘精确夹取、转移和码垛;阐述了码垛机的基本结构和工作原理,对关键部件进行设计,以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)作为控制核心,搭建了...     

空气整根营养钵育苗秧盘对培育水稻稀植大秧苗的影响

研究了空气整根营养钵育秧,非空气整根营养钵育秧和普通营养钵育秧三种不同育秧方式及稀植条件下水稻的生长发育特征,生理特性及其对产量的影响。研究结果表明:空气整根营养钵培育的秧苗素质好于其他两种秧盘培育的秧苗。水稻合理稀植后,茎杆粗壮,分蘖力增强,分蘖高峰期推迟,成穗率提高,产量提高。     

关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机设计

为解决中国蔬菜育苗播种后人工摆放穴盘劳动强度大的难题,设计了关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机,并对机器的关键部件进行了理论分析及设计计算。确定了以关节式机械手作为摆盘执行机构,对其进行了数学建模并得到了摆盘机械手运动学方程。在单因素试验的基础上,进行Box-Behnken Design响应面优化试验设计,探求了穴盘输送高度、输送角度、输送速度3个关键参数对穴盘间距合格率、穴盘摆正率、穴盘排齐率3个评价指标的影响规律,利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,并进行响应面分析,得到了影响摆盘效果的3个关键参数的最佳组合为：穴盘输送速度为60 mm/s,穴盘输送角度为31°,穴盘输送高度为40 mm。并对优选出的最佳摆盘参数组合进行了试验验证分析,试验结果为：穴盘间距合格率97.6%,穴盘摆正率96.5%,穴盘排齐率95.7%,试验结果与理论预测值的误差绝对值均低于5%,表明摆盘执行机构在最佳工艺参数组合下工作平稳可靠,满足穴盘摆放技术要求。该研究可为全自动化、智能化穴盘摆放机的设计提供参考。     

蔬菜育苗播种流水线压穴滚筒装置改进与控制系统设计

为进一步提高蔬菜育苗播种流水线的控制精度和生产效率，对现有蔬菜育苗播种流水线进行了改进设计。首先将被动压穴滚筒改造为主动压穴滚筒；然后进行了流水线控制系统总体方案改进设计，完成了以传送带速度检测与控制、压穴装置的初始化与位置控制和播种装置的初始化与位置控制为核心内容的控制系统设计；最后进行了流水线的播种试验。试验结果表明主动压穴装置修正了被动型压穴出现偏差的问题，流水线的播种合格率大于90.8%，空穴率小于5.3%，重播率小于3.9%，最高生产效率可以达到800盘/h。该改进设计提高了播种流水线的播种控制精度和生产效率。     

基于区间分析的自动移栽机苗盘定位控制方法

苗盘输送部件是自动移栽机的关键部分,由于国内标准塑料苗盘易变形造成苗盘外表面的光反射率不稳定,导致单个光电传感器识别苗盘到位信息误差大,苗盘定位不准确。针对这一问题,该研究设计了一种推杆平移输送、双传感器融合定位的苗盘输送装置,并提出一种苗盘精确定位控制方法。该方法首先通过双传感器分别感知苗盘与推杆的到位信息,并融合输送装置的结构信息,得到苗盘从起始位置输送至取苗位置的精确输送距离;然后设计了一种苗盘与推杆之间放置位置的判定方法,判定苗盘当前放置位置后输入对应的位移量将苗盘输送至取苗位置,最后驱动伺服电机实现苗盘输送的精确控制。以128穴标准PVC硬塑苗盘为测试对象,开展了苗盘输送定位及取苗性能试验,结果表明：控制系统可以准确判定苗盘任意放置在输送链推杆上的具体位置,在苗盘不同放置位置及不同输送速度下,电机脉冲频率越快,定位偏差越大。当电机脉冲频率为800 Hz时,输送定位偏差最大值为1.35 mm,最小值为0.79 mm,此时定位偏差平均值最大为1.07 mm,定位偏差变异系数最大为14.1%。在不同输送速度下,取苗成功率均达100%,满足精确输送定位要求,解决了单个光电传感器定位不...