旋转剪切式青花椒采摘装置设计与试验

针对基于“下桩”采摘方法的青花椒采摘设备存在喂入困难、易堵塞而造成采摘效率低的问题,该研究设计了一种旋转剪切式青花椒采摘装置。首先基于花椒枝物理、力学特性确定旋转剪切式青花椒采摘过程包括花椒枝旋转驱动、花椒枝导向喂入和剪切采摘,剪切采摘功能由往复式切割器实现。并设计双动刀往复式切割器及其传动机构,确定了剪切采摘装置的结构和运动参数。进一步地,运用ANSYS/LS-DYNA构建花椒枝剪切仿真模型,确定最优齿形参数为：刀齿切割角20°,刀齿刃角50°,刀齿厚度2.5 mm,该条件下峰值切割力为3.739 N。最后通过单因素试验确定了花椒枝喂入角度、花椒枝喂入速度、花椒枝旋转速度的取值范围分别为40°～60°、20～40 mm/s、20～40 r/min;并采用BoxBehnken设计法制定三因素二次回归正交组合试验方案,运用Design-Expert 12对试验结果进行方差分析和响应面分析,得到旋转剪切式青花椒采摘装置的最优工作参数为：花椒枝喂入角度55°,花椒枝喂入速度33.21 mm/s,花椒枝旋转速度30 r/min;通过试验验证得出在最优工作参数下,单人单枝喂入时青花椒平均采摘效率...     

手动背负夹爪式简易梨采摘器研制

针对梨采摘效率低且劳动强度大的问题,该文通过分析梨果实特征,并搭建剪切力测量平台,对不同品种和成熟度的梨进行果柄剪切试验,测得剪断果柄的最大剪切力为5.4 N;设计了一款操作简单且不伤果实的手动背负式梨采摘器,该手动背负式采摘器由操作执行机构通过拉索拉动采摘头,使夹爪和刀片先后动作,完成采摘;采摘完后,松开操作手柄,在复位弹簧的作用下,刀具和夹爪顺序动作,果实通过收集布袋落入果篮中;基于Recurdyn对采摘器关键部件进行仿真,得出剪切力平均为13.5N,大于剪断果柄所需的剪切力;基于ANSYS软件对主要的受力杆件组进行强度分析,验证了所设计的采摘器强度满足要求;开展实地试验验证设计的合理性。试验表明:该手持式采摘器操作简单、舒适,采用采摘器采摘,采摘效率比人工采摘效率提高了57.1%,可以实现不同高度梨的采摘,提高了果农的采摘效率和采摘过程安全性。     

基于改进YOLOv8n的茶叶嫩稍检测方法

针对名优茶智能采摘中茶叶嫩梢识别精度不足的问题,该研究对YOLOv8n模型进行优化。首先,在主干网络中引入动态蛇形卷积（dynamic snake convolution,DSConv）,增强模型对茶叶嫩梢形状信息的捕捉能力;其次,将颈部的路径聚合网络（path aggregation network,PANet）替换为加权双向特征金字塔网络（bi-directional feature pyramid network,BiFPN）,强化模型的特征融合效能;最后,在颈部网络的每个C2F模块后增设了无参注意力模块（simple attention module,SimAM）,提升模型对茶叶嫩梢的识别关注度。试验结果表明,改进后的模型比原始模型的精确率（precision,P）、召回率（recall,R）、平均精确率均值（mean average precision,mAP）、F1得分（F1 score,F1）分别提升了4.2、2.9、3.7和3.3个百分点,推理速度为42 帧/s,模型大小为6.7 MB,满足低算力移动设备的部署条件。与Faster-RCNN、YOLOv5n、YOLOv7n和YOLOv8n目标检测算法相比,该研究提出的改进模型精确率分别高出57.4、4.4、4.7和4.2个百分点,召回率分别高出53.0、3.6、2.8和2.9个百分点,平均精确率均值分别高出58.9、5.0、4.6和3.7个百分点,F1得分分别高出了56.8、3.9、3.7和3.3个百分点,在茶叶嫩梢检测任务中展现出了更高的精确度和更低的漏检率,能够为名优茶的智能采摘提供算法参考。     

黄瓜抓持特性与末端采摘执行器研究

为了设计用于黄瓜采摘的末端执行器,首先测定了黄瓜的抗压特性、表面摩擦系数和果柄切断阻力等物理特性。针对黄瓜抓持模型进行了力学分析,建立了气动驱动器中的气压值与抓持能力之间的关系。最后,研制了可用于黄瓜采摘的末端执行器,由抓持器和切割器组成,抓持器由2个基于气动柔性驱动器的弯曲关节构成,切割器由旋转气缸和刀片构成。该采摘执行器机械结构简单,输出力较大。试验结果表明：黄瓜抓持成功率为90%,黄瓜果柄割断成功率为100%,采摘时间为3 s。该采摘执行器采摘黄瓜效果良好,具有较好的实际应用前景。     

脐橙采摘机器人末端执行器设计与试验

针对脐橙无损采摘的需求,基于欠驱动原理设计了一种双V型手指脐橙采摘机器人末端执行器,主要由吸附机构、夹持机构和旋切机构3部分组成,吸附机构可以实现果实与果簇快速分离,夹持机构能够对果实进行无损稳定夹持,旋切机构可以将果实与果梗快速分离。建立脐橙数学模型并分析了手指工作空间。依据夹持机构的受力分析,并对关键部件进行了选型。结合电阻式薄膜压力传感器设计了手指的力反馈系统,使夹持机构达到稳定无损采摘要求。搭建末端执行器实体样机,以步进电机转速为因素,以单果采摘时间、采摘成功率和损伤率为指标,进行了105次采摘试验,根据试验结果,选取250 r/min作为最佳步进电机转速,此时单果采摘时间为1.76 s,采摘成功率为94.28%,损伤率为0。该文研究的脐橙采摘末端执行器采摘速度高、控制难度低、与机械臂集成度高,可为脐橙采摘机器人的整体研发提供参考。     

干红花收获机立式辊刷采摘装置设计与试验

针对旱地干红花人工采收时不易捏取导致采摘效率低、掉落率高等问题,该研究结合红花的物理特性和种植模式,设计了立式辊刷干红花收获机采摘装置。根据机具结构对刷丝排布方案进行理论分析,确定刷丝排布方案为螺旋式,螺旋升角为30°,旋向为右旋。对辊刷采摘干红花进行力学分析,得出使花丝脱离果球的关键作用力为法向力F_N。采用Hertz弹性接触理论对F_N进行分析,并建立刷丝-果球接触力学模型,揭示干红花的采摘原理,明确影响采摘质量的主要因素为刷丝材质、丝径、长度和辊刷转速,进一步对立式辊刷结构与运动参数进行分析,得出采摘装置优化参数组合为：辊刷长度300 mm,辊刷直径100 mm,辊刷转速360 r/min,刷丝材质为聚酰胺610(PA-610),刷丝长度30 mm,刷丝丝径0.3 mm。通过植株通过率试验确定立式辊刷与栅条架的间隙为12 mm。田间采摘试验表明,该装置的红花采摘率和伤果率分别为87.04%和4.19%,机具采摘效率为人工采摘效率的7.71～10.92倍。研究结果可为辊刷式干红花收获机的设计与优化提供参考。     

苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法

为解决由于果实振荡影响采摘机器人采摘效率的问题,该文研究了苹果采摘机器人在果实振荡状况下的快速采摘方法。首先对振荡果实进行动态连续采集,其次对所采集的图像进行振荡果实识别并提取其二维质心坐标,然后由FFT建模,求取果实的振荡周期,在测得振荡果实的深度距离后,计算出采摘机器人直动关节的行程速度,随即开始采摘,抓取时果实正处于平衡位置。最后通过试验可知,采摘成功率达到84%,对于果实静态状况下采摘速度较快的采摘机器人来说,采摘振荡果实,该研究方法明显优于以往采摘方法,能够显著提高采摘机器人果实采摘的整体速度。此外,该采摘方法简单、通用性好,可满足苹果等类球状果实采摘机器人的需要,对实现其实用化和商品化提供参考。     

基于多目标识别的葡萄果串采摘点定位方法

为减少采摘点定位不当导致末端碰撞损伤结果枝与果串，致使采摘失败及损伤率提高等问题，该研究提出了基于深度学习与葡萄关键结构多目标识别的采摘点定位方法。首先，通过改进YOLACT++模型对结果枝、果梗、果串等葡萄关键结构进行识别与分割；结合关键区域间的相交情况、相对位置，构建同串葡萄关键结构从属判断与合并方法。最后设计了基于结构约束与范围再选的果梗低碰撞感兴趣区域(region of interest, ROI)选择方法，并以该区域果梗质心为采摘点。试验结果表明，相比于原始的YOLACT++，G-YOLACT++边界框和掩膜平均精度均值分别提升了0.83与0.88个百分点；对单串果实、多串果实样本关键结构从属判断与合并的正确率分别为88%、90%，对关键结构不完整的果串剔除正确率为92.3%；相较于以ROI中果梗外接矩形的中心、以模型识别果梗的质心作为采摘点的定位方法，该研究采摘点定位方法的成功率分别提升了10.95、81.75个百分点。该研究为葡萄采摘机器人的优化提供了技术支持，为非结构化环境中的串类果实采摘机器人的低损收获奠定基础。     

荔枝树枝能量传递特性与去梗式振动采摘作业参数

为评价荔枝去梗式振动采摘效果,开展了树枝能量传递特性研究,利用一种动-定梳排组合式采摘机构进行了荔枝采摘试验与品质对比分析。研究结果表明,激振点在靠近外侧树冠位置的分支时,传递到末端枝条的振动能量衰减少,动-定梳排组合采摘方式通过激励相对固定的挂果枝条可有效利用振动能量。综合加权评分法确定的采摘机构的最佳作业参数条件:梳排振动频率为26.67 Hz,定梳排间距为20 mm,动梳排摆动角度为40?,试验测定的生产率为4.1 kg/min,破损率为5.05%。振动采摘和人工采摘2种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在8 d的贮藏期内无显著性差异,即振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。该研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

圆盘切割式蓖麻采摘装置设计与试验

针对现有蓖麻收获装备采摘损失率较高、对低矮植株收获适应性差的问题,该研究结合蓖麻植株的生理特性,设计一种圆盘切割式蓖麻采摘装置。该装置配套于水稻或玉米联合收获机,通过双圆盘刀对蓖麻植株进行切割分离,再经过收割机的清选完成蓖麻收获。通过对装置关键部件的受力及作业原理分析,设计其关键结构参数。并以割茬高度差和采摘损失率为评价指标,以刀盘结构、刀盘转速、前进速度为试验因素进行三因素三水平的正交试验,在保证割茬高度差的前提下,以采摘损失率为主要指标,利用综合平衡法确定较优参数组合。田间验证试验表明：刀盘结构类型为波浪形,刀盘转速为600 r/min,前进速度为1.1 m/s时,平均割茬高度差为0.85 mm、平均采摘损失率为3.13%,切割过程平稳、损失率低,对种植农艺适应性好,满足蓖麻收获的田间作业要求。该研究可为蓖麻收获装备的研究和设计提供参考。     

不同技术措施对碳氮在茶树内分布及茶叶品质的影响

本文用核素示踪技术研究了不同技术措施对茶树碳氮代谢和茶叶品质的影响,认为秋冬施肥可增强茶树冬春季的光合强度;钾素能增强光合产物运转速度,提高光合产物利用率;头茶后适当修剪能提高夏茶品质,而修剪应选择在体内营养物贮藏较多时进行,春茶后不宜重剪;在茶树体内贮藏物质丰富时施用赤霉素(GA)才能促进新梢的生长,否则将产生不利的效果。     

清香型乌龙茶品质形成中游离氨基酸指纹图谱变化规律

为探明游离氨基酸在茶树新梢生育过程的代谢变化及清香型乌龙茶制作工艺对其指纹图谱化学模式的影响,分别以铁观音、黄棪、金观音和黄观音品种春茶新梢为供试材料,对其新梢生育及乌龙茶制作过程中的游离氨基酸进行高效液相色谱-AQC(6-氨基喹啉基-N-羟基琥珀酰亚氨基甲酸酯)柱前衍生化检测分析。结果表明,18种已标定游离氨基酸指纹峰面积经标准化(尤其是自然对数变换)数据预处理后,再进行相似度分析(夹角余弦)、聚类分析法(欧氏距离-近邻法)和主成分分析,均可获得较为一致的可视化模式识别结果。4个茶树品种可划分为铁观音和黄棪、金观音和黄观音2个类群,不同生育期芽叶与清香型乌龙茶在制品可进行较好区分。茶氨酸、甘氨酸、谷氨酸等8种主要游离氨基酸在茶树新梢生育过程中发生较为明显的增减变化,且在中、小开面2～4叶中的含量相对较低;在清香型乌龙茶制作过程中,各主要游离氨基酸含量发生小幅变化,毛茶成品中略有增加。由此可见,游离氨基酸在茶树新梢生育过程中含量及组成的动态变化较清香型乌龙茶制作工艺的影响更为明显。该研究结果可为清香型乌龙茶鲜叶原料选取和品质工艺控制提供参考。     

水平摘锭式采棉机采摘头传动系统优化与试验

为了提高水平摘锭式采棉机的作业效率,针对国产采棉机在高速作业过程中存在采摘速比系数匹配不当、采摘头传动系统不合理的问题,该研究根据水平摘锭式采棉机采摘头结构与工作原理,对采摘头传动系统、采棉机采摘机理进行分析,根据传动系统传动要求和采棉机采摘条件,建立目标函数与约束条件,运用遗传算法和1stOpt软件对采摘头传动系统进行优化分析。优化结果为:滚筒动力齿轮齿数为72,离合器上齿轮变位系数为-0.14,滚筒动力齿轮变位系数为1.208,齿轮顶隙系数为1.25。结合采棉机作业要求搭建棉花采摘性能试验台,选取采摘滚筒转速113～143 r/min、作业速度5.93～7.20km/h,对优化前后采摘头的作业性能进行验证试验。结果表明:优化后的采摘头作业速度由6.4km/h提升至7.2 km/h,工作效率由4.86 hm~2/h提升至5.47 hm~2/h,提高了12.5%;优化后的采摘头在7.2 km/h的作业速度下,采净率由90.4%提升至93.7%,采净率提高了3.6%,含杂率由10.28%降至9.72%,含杂率降低了5.4%,验证了传动系统优化结果的合理性。该研究可为国产采棉机采摘头的研发提供参考。     

模拟酸雨和外源铝对茶树铝及一些营养元素吸收积累的影响

采用盆栽方法,研究了模拟酸雨和外源铝对茶树铝及一些营养元素吸收积累的影响,以期为酸沉降区茶园管理提供资料。结果表明,随着外源铝浓度的增加,茶树根、茎和叶中铝含量增加,在适度浓度外源铝处理下,模拟酸雨促进茶树根、茎和叶对铝的吸收与积累,高酸高铝则抑制茶树各器官中铝的积累。外源铝促进茶树根、茎和叶对磷、铜和铁的吸收与积累,促进茶树茎和叶对钾的吸收与积累,对茶树根中钾含量没有明显的影响,外源铝抑制茶树根对钙、镁和锌的吸收与积累,但不影响它们在茶树中的运输,茎和叶中含量增加。模拟酸雨对茶树根和茎中磷含量没有明显影响,pH4.5的模拟酸雨有利于茶叶磷的积累,模拟酸雨对茶树根、茎和叶中钾、钙、镁、铜和锌含量没有明显的影响。无外源铝处理下,模拟酸雨降低茶树根系中铁的含量,对茎和叶中铁含量没有明显影响,外源铝处理下,模拟酸雨明显降低茶树根、茎和叶中铁的含量,并且外源铝处理浓度越高,模拟酸雨对根、茎和叶中铁含量的降低幅度越大。     

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的设计与试验

为了解决玉米茎秆回收利用,提出立式摘穗茎秆切碎单元体结构,设计了玉米收获、茎秆切碎、根茬破碎于一体的玉米收获工艺,并用于4YQZ-3自走式穗茎兼收型玉米联合收获机,通过生产试验和检测证明,符合国家相关标准规定。为解决玉米穗茎兼收关键技术提供了技术方案和应用实例。     

胶棒滚筒棉花采摘头采收性能试验

为缩短胶棒滚筒采棉机设计周期,提高胶棒滚筒采棉机作业质量,借助胶棒滚筒综合性能试验台,以滚筒转速、采摘行走速度和滚筒胶棒轴向间距为影响因子,以采净率、撞落棉损失率、含杂率为采摘性能指标,进行二次正交旋转组合试验,应用Design-Expert8.0.6软件,建立了影响因子与性能指标的回归模型,分析了各因子对性能指标的影响。采用多目标优化,确定最佳参数组合为：滚筒转速450 r/min,行走速度2.4 km/h,胶棒轴向间距44 mm。根据优化参数组合,重复验证试验结果为：采净率95.78%,撞落棉损失率0.89%,含杂率17.44%,与优化结果基本吻合。田间试验表明,4FS-3胶棒滚筒采棉机采净率为95.29%,撞落棉损失率为0.97%,含杂率为17.11%,主要性能指标达到国家采棉机作业性能指标要求。该研究为采摘头关键部件设计及工作参数改进提供参考,有效提高了采收效率和作业质量,对推动采棉机国产化和促进新疆棉花产业健康发展有一定意义。     

自动化加工生产线改善机采绿茶理化品质研究

以茶树机采鲜叶为原料,选配、改装和组建了茶叶加工自动化生产线,并跟踪加工工序中茶坯理化成分的动态变化,以同一原料所制的传统炒青工艺为对照,比较新设备和新工艺对机采卷曲形绿茶色泽和品质成分的影响。结果发现:新的生产线在杀青、二青、做形和提香等关键工序中,集成应用了电磁加热耦合热风、热管余热回收和流化床干燥技术,提高了茶叶的滋味和色泽品质,所制卷曲形绿茶的感官得分比传统炒青绿茶高2分,酚氨比相对较低(P0.05),干茶的色相值、茶汤、叶底的亮度和色相值相对更好(P0.01);相比传统单机加工设备,该生产线可日均生产绿茶1 750 kg,产能提高了37.5%,能耗成本为4.6～4.8元/kg干茶;热效率提高100%,用工成本减少50%。机采卷曲形绿茶自动化生产线扩大了茶叶加工产能,减轻了劳动强度,提高了卷曲形绿茶品质,为实际生产提供了指导。