气力式矮密栽培红枣捡拾机研制

为满足在矮密栽培模式下实现红枣收获机械化的工作要求,该文针对落地红枣捡拾效率较低、机械化捡拾易伤枣及红枣与杂质分选困难等问题,研制了一种适用于新疆矮化密植红枣的气力式红枣捡拾机。该机主要由柴油机、风机、拨轮分选装置、吸气室、闭风器、吸气管、传动系统、行走系统以及振动分离筛机构等组成,根据其工作原理,确定振动分离筛机构的偏心距为60mm,曲柄转速范围为131.61～160.62r/min。运用Design-Expert10.0.3.1软件,根据Box-Benhnken中心组合设计方法,以机器前进速度、风机转速、曲柄转速为影响因子,红枣拾净率和含杂率为响应值进行三因素三水平二次回归正交试验设计,并对各因素进行优化。结果表明:对红枣拾净率和含杂率的显著性影响顺序为:风机转速曲柄转速机器前进速度;验证试验结果表明:当机器前进速度为0.60 m/s、风机转速为3 080 r/min、曲柄转速为140 r/min时,红枣拾净率为96.41%、含杂率为1.54%。田间试验值与理论优化值相对误差分别为1.71%和3.40%,均小于5%。该研究可为矮密栽培红枣机械化捡拾提供参考。     

用于水果实时分级系统的同步跟踪自动控制装置

研究了一种用于计算机视觉水果自动分级系统的同步跟踪自动控制装置.图像处理结果从计算机并行口输出到移位寄存器,利用接近开关产生的脉冲作为寄存器的移位信号,将处理结果在移位寄存器输出端口的位置与水果的实时位置保持一致,实现对水果的同步跟踪,并利用硬件操作步进电机的脉冲分配和相关动作,从而完成对分级执行机构的正确控制.     

用于水果实时分级系统的同步跟踪自动控制装置

研究了一种用于计算机视觉水果自动分级系统的同步跟踪自动控制装置。图像处理结果从计算机并行口输出到移位寄存器，利用接近开关产生的脉冲作为寄存器的移位信号，将处理结果在移位寄存器输出端口的位置与水果的实时位置保持一致，实现对水果的同步跟踪，并利用硬件操作步进电机的脉冲分配和相关动作，从而完成对分级执行机构的正确控制。     

基于机器视觉图像特征参数的马铃薯质量和形状分级方法

马铃薯自动分级过程中,存在既要保证分级精度又对分级速度有一定要求的难点问题。该文探讨了利用机器视觉技术快速获取马铃薯图像特征参数,结合多元线性回归方法,建立马铃薯质量和形状分级预测模型,实现基于无损检测的马铃薯自动分级。搭建了同时获取马铃薯三面投影图像的机器视觉系统,通过图像数据处理获得马铃薯俯视图像轮廓面积、两侧面图像轮廓面积、俯视及侧面图像外接矩形长度及宽度数据等图像特征参数,通过多元数据回归分析,建立了马铃薯质量和形状分级预测模型。选择100个试验样本运用该方法进行质量和形状分级模型构建和预测,采用电子称获取样本实际质量,采用目测法对马铃薯进行形状分选。对比试验结果表明,质量分级相关度系数R为0.991,形状分级分辨率为86.7%。表明该方法对马铃薯质量和形状分级进行预测具有可行性,可运用于马铃薯自动分选系统中。     

链式气动冲切自动化干红枣去核机设计

红枣去核是干红枣产业深加工的关键技术,现有的红枣去核机普遍存在自动化程度低、人工辅助多、去核机构复杂等缺点。为解决现有的技术问题,该文研究设计了一种链式气动冲切自动化干红枣去核机,整机由单片机程序控制所有工序动作,包括辊轮输送链上料、摄像头拍照检测红枣排布情况、辊轮夹持链定位、间歇时间内气缸驱动旋转插杆去核机构去核和卸料输出。选择横径范围为20～30 mm,纵径范围为35～45 mm的干制红枣去核对象进行样机试验,结果为红枣定位率≥98.3%,去核率≥93.75%,平均破碎率为1.46%。该文设计的链式气动自动化干红枣去核机可实现个体自动定向排布上料、有效去核,同时采用图像检测和机械装置结合技术实现精确定位,降低无效的空冲概率。该研究为进一步完善机械装置的设计,实现机构连续性去核提供了参考。     

宽皮柑橘剥皮机对辊式剥皮装置工艺参数优化

为了提高宽皮柑橘在机械剥皮过程中的果皮去净率,降低果肉损伤率,该文以桔瓣罐头加工的主要原料温州蜜柑为试验对象,以预处理方式、对辊转速、拨板移动速度作为主要影响因素,利用自行开发设计的剥皮机研究各因素对对辊式剥皮装置剥皮效果的影响。在主要影响因素的单因素试验的基础上再进行正交试验,试验结果表明,预处理方式、对辊转速、拨板移动速度对柑橘果皮去净率影响显著(P0.05),对果肉损伤率的影响较小;运用综合平衡法获得的最佳参数为:热蒸汽加热3 min、对辊转速为60 r/min、拨板移动速度为12.98 mm/s,此参数条件下得到的柑橘机械剥皮果皮去净率为100%,果肉损伤率为1.96%,研究结果可为对辊式柑橘剥皮设备的运行及优化提供技术依据。     

利用机器视觉与近红外光谱技术的皮蛋无损检测与分级

为了对优质蛋、次品蛋和劣质蛋这3种皮蛋进行检测及分级,该文应用机器视觉结合近红外光谱技术,研究利用皮蛋凝胶品质无损检测的分级方法。首先采集皮蛋透射光图像,提取18个图像颜色特征值,然后将所提取的18维特征利用主成分分析(principal component analysis,PCA)进行降维,对PCA降维后的3个主成分建立遗传算法优化支持向量机(genetic algorithm-support vector machine,GA-SVM)分级模型,把皮蛋样本分为两大类:可食用蛋(优质蛋与次品蛋)与不可食用蛋(劣质蛋),劣质蛋测试集识别率为100%。然后在机器视觉分类结果的基础上,利用近红外光谱技术获取可食用蛋(优质蛋与次品蛋)的原始光谱,并进行多元散射矫正(multiplicative scatter correction,MSC),利用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)降维提取特征波长,基于支持向量机(support vector machine,SVM)对特征波长变量建立分级模型,区分出优质蛋与次品蛋,优质蛋测试集识别率为96.49%,次品蛋识别率为94.12%。研究结果表明:基于机器视觉和近红外光谱进行皮蛋凝胶品质无损检测分级是可行的。     

马铃薯种薯切块机分级装置的设计与试验

针对传统马铃薯种薯切块机存在的切块均匀性差、不便于直接进行播种的问题，设计了一种安装在马铃薯种薯切块机上的分级装置。对分级装置的结构和工作原理进行了阐述，通过力学分析和运动分析确定了分级装置分级辊拨轮各部分的结构参数。选取分级辊组组数、分级辊组转速、上料量为试验因素，分级精度为试验指标进行正交试验，并用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析，确定较优参数组合为分级辊组组数为7，分级辊组转速为110 r/min，上料量为40 t/h，并对较优参数组合进行了验证试验，验证试验结果表明在较优参数组合下的分级精度为98.7%，能够满足分级要求，本研究提供了一种用于马铃薯种薯切块机上的高效率、高分级精度的分级装置。     

染色竹条分级流水线的自动控制系统

针对目前竹制品加工业采用人工配色分级效率低的问题,提出了一种用于染色竹条分级流水线的自动控制系统该系统基于单片机系统,包括拍摄位置传感器、分级位置传感器、分级电磁铁以及串口电路。控制算法采用双向链表数据结构算法来存储竹条的分级级别和通过顺序,同时分级传感器指针数组中记录分级传感器的触发信息,由电磁铁堆栈控制分级电磁铁的动作。通过试验验证,结果表明竹条在8个级别的分级流水线上分级动作准率达到100%,研究为染色竹条的在线分级控制问题提供了新的解决方法。     

变量齿轮同步分流器的设计及特性仿真

针对智能农业机械多执行机构同步动作、调速及变载荷恒速运动问题,提出一种变量齿轮同步分流器。分析了中心轮齿数和行星轮均布个数对同步状态的影响,得到各分流单元瞬时状态全部相同的工作条件是中心轮齿数能被行星轮均布个数整除,各分流单元瞬时同步。利用Fluent软件的动网格技术,对分流器流量特性进行非定常模拟,分析出不同中心轮齿数对平均流速和分流器体积的影响。研究了负载压力不变齿轮转速变化、负载压力变化齿轮转速不变、负载压力和齿轮转速均变化的工况下,瞬时流速和平均流速的变化规律。结果表明:行星轮和中心轮回转中心的连线与中心轮参与拟合轮齿的对称中心线重合误差为0.05?和0.1?时,6个出口瞬时流量误差分别为?0.56%和?1.12%;负载压力不变时,根据平均流速与齿轮转速的线性关系,通过伺服电机调节中心轮转速实现变量控制;负载压力变化时,伺服电机调节中心轮转速实现恒流控制,理论上实现了执行机构瞬时同步、调速或恒速动作,试验验证了恒流控制的可行性。     

大枣全自动输送定向切片机设计与应用效果

为了解决大枣切片生产效率低、切片厚度不均匀、造碎率大、卫生状况差、安全性差等难题。该文在大量调研和综合分析现有设备的基础上,利用现代设计制造技术、食品加工技术和控制技术,通过对大枣加工工艺过程进行分析研究,设计了一种大枣全自动输送定向切片设备,确定了该设备的主要技术参数,对关键零部件进行了设计计算;研究分析了切片过程中切片速度与造碎率之间的关系,优化了切片速度等参数,减少了造碎率,当切片速度为15.9r/min时,造碎率在4%以内;采用实验室中试验和企业大批量生产试验相结合的方法,进一步修改完善了试验样机。试验结果表明该设备具有造碎率低、生产效率高等优点,在企业中使用,平均生产效率达到300kg/h以上,成品率达到96%以上,取得良好的效果。     

基于机器视觉的双孢蘑菇在线自动分级系统设计与试验

针对双孢蘑菇工厂化生产中人工分级劳动量大、生产效率低、标准不统一等问题,该文研究设计了一套基于机器视觉的双孢蘑菇精选分级系统,提出基于分水岭、Canny算子、闭运算等处理的双孢蘑菇图像大小分级算法,设计了基于传送速度、距离、触发时间与算法处理时间的精确控制策略,开发了基于Open CV 2.4.10和visual studio 2010的系统分析与控制软件,在最大限度减少破损情况下,实现双孢蘑菇实时在线精选分级。基于研发的双孢蘑菇自动精选分级系统样机,对新鲜双孢蘑菇进行了分级性能及分级效果的测试。试验结果表明,在输送速度12.7 m/min、相机行频1 900 Hz下,自动分级系统的平均分级速度是102.41个/min、平均准确率97.42%、破损率0.05%、漏检率0.96%,相对于人工分级效率提高38.86%,准确率提高6.84%,破损率降低0.13%,可以连续稳定工作。对于长时间分级,由于人容易疲劳,自动分级的优势更加明显。     

芒果双面成熟度在线检测分级系统

芒果属于后熟水果,芒果成熟度分级可为芒果后熟、加工、包装、运输等工作提供便利条件。针对芒果形状不规则,难以对整个外观进行检测的问题,该文提出了一种基于迁移学习的芒果双面成熟度在线检测分级系统。通过上、下层输送带将芒果运输到图像采集区域,分别获取正、反面图像;2层输送带之间利用柔性翻面机构实现芒果无损翻面,通过压缩试验及ANSYS软件建模分析芒果承受挤压力范围。合并正、反2张图像并进行预处理,将数据以8:1.5:1.5的比例拆分为训练集、验证集、测试集,并用迁移学习方法在卷积神经网络模型进行芒果成熟度分级。使用卷积神经网络模型对芒果成熟度分级平均准确率达到96.72%,系统测定单个样品的平均耗时为0.16s,研究结果为芒果成熟度在线分级提供参考。     

红枣收获机视觉导航路径检测

针对新疆地区骏枣与灰枣枣园的收获作业,该研究提出一种红枣收获机枣树行视觉导航路径检测算法。通过枣园图像固定区域中B分量垂直累计直方图的标准差d与最小值f的关系对枣园种类进行自动判断。针对灰枣枣园,首先采用色差法与OTSU法对图像进行灰度化与二值化处理,然后进行面积去噪与补洞处理,在处理区域内从上向下逐行扫描,将每行像素上像素值为0的像素点坐标平均值作为该行候补点的坐标,并将所有候补点坐标的平均值作为Hough变换的已知点坐标,最后基于过已知点的Hough变换拟合导航路径;针对骏枣枣园,在处理区域内通过垂直累计R分量的方法确定扫描区间,然后在扫描区间内从上到下逐行扫描,将每行像素上R分量值最小的像素点作为该行的候补点,并将所有候补点的坐标平均值作为Hough变换的已知点,最后使用过已知点的Hough变换拟合导航路径。试验结果表明:对于灰枣枣园与骏枣枣园,该算法的路径检测准确率平均值分别为94%和93%,处理1帧图像平均耗时分别为0.042和0.046s,检测准确性与实时性满足红枣收获机作业要求,能够自动判别枣园种类进行作业,可为实现红枣收获机自动驾驶提供理论依据。     

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。     

4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构设计

为了解决4UZL-1型甘薯联合收获机作业过程中损失率大、伤薯率高等问题,该研究在分析4UZL-1型甘薯联合收获机整机结构的基础上开展薯块交接输送机构设计。以薯块交接输送过程中伤薯率和损失率为主要评价指标,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken试验方法,以挖掘输送机构角度、刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度为试验因素,对4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构工作参数进行四因素三水平试验研究,建立了评价指标对各因素的多元回归模型,分析了各因素对作业质量的影响,并得到了最优结构和作业参数。试验结果表明:各因素对损失率从大到小的影响顺序为刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度、挖掘输送机构角度;各因素对伤薯率从大到小的影响顺序为挖掘输送机构速度、挖掘输送机构角度、刮板链输送速度、刮板链输送角度;当机器前进速度为1 m/s,挖掘输送机构角度为20°、刮板链输送角度为68°、挖掘输送机构速度为1.2 m/s、刮板链输送速度0.67 m/s时,薯块损失率为1.12%、损伤率为0.94%,与预测值相比,误差分别为3.4%和1.1%。研究结果可为甘薯联合收获机的结构完善和作业参数优化提供参考。     

4CL-1型自走式大葱联合收获机的研制

针对大葱收获劳动力短缺和有效收获机具匮乏的问题,该文结合国内大葱种植的农艺要求和种植模式,设计了一种自走式大葱联合收获机。该机由行走系统、传动系统、组合挖掘装置、链杆清送装置、除土装置、夹送装置、扭铺装置等组成,可一次性完成大葱的挖掘、清土、升运、铺放等作业。整机传动系统分为机械传动部分和液压传动部分。机械传动部分实现收获机行走系统及挖掘收获系统的动力协调,液压传动实现挖掘收获系统的位置调整、夹送装置的转速控制、扭铺装置的转速控制;旋松刀组与V型挖掘铲组成的挖掘装置,实现对土壤的分层松碎及挖掘;杆式输送链完成大葱输送及其黏附土壤的初次清理及抬升,清土辊完成大葱根部残余土壤的二次清除;柔性夹持输送带与清土装置配合,完成大葱的有效喂入及柔性夹持;扭送机构及铺放机构实现大葱由竖直向水平方向的改变,并完成大葱的有序铺放。田间试验结果表明,试验条件下的收净率为99.50%,损伤率为1.40%,损失率为0.70%,生产效率为0.049 hm2/h,约为人工收获的12倍。该机工作性能稳定可靠、作业效果好,可为大葱收获技术及装备的研发提供参考。     

基于立式辊机构的青毛豆脱荚装置力学分析与试验

为深入研究青毛豆作物荚-柄脱离分离特性,寻求影响分离效果因素的最优组合,设计了立式辊结构青毛豆分离试验装置。该试验装置由脱荚辊、输送机构、角度调节机构、间距调节机构、传动调速电机、脱荚调速电机等组成,采用电机驱动,链传动输送喂料,角度调节机构、间距调节机构、调速电机完成对脱荚角度、辊间距、辊转速无级调节。该文基于青毛豆受碰后产生冲击力克服青毛豆荚-柄连接力实现分离的原理,通过能量守恒原理建立了分离过程的碰撞能量模型,构建了荚-柄分离力学模型,基于此方程进行了定量分析,确定脱荚辊转速、喂料速度、辊间距为主要影响因素,并针对"萧农秋艳"、"豆通六号"品种开展试验研究。结果表明:作物品种对脱荚率与破损率影响较小,影响综合指标的主次因素排列顺序为:脱荚辊转速喂料速度辊间距,最优参数组合为脱荚辊转速600 r/min,辊间距18 mm,喂料速度0.3 m/s,此时脱荚率为99.0%,破损率为2.4%,综合性能明显改善。该文研究结果可为青毛豆收获装置的设计提供参考。