基于多维感知的玉米大田巡检平台设计与试验

为了提高对大田种植玉米生长动态、干旱胁迫和病虫害等方面的智能巡检监测能力，设计了一种基于多维感知的移动巡检平台。首先，对底盘总成的转向系统、驱动系统和控制系统进行设计，并基于Arduino UNO控制器实现了巡检平台的转向及行驶功能。其次，搭建了包括GNSS/INS(Global navigation satellite system/inertial navigation system)组合导航系统、激光雷达(Light detection and ranging, LiDAR)和工业相机的多维感知系统，对感知系统时间同步方案、数据通信结构和信息采集软件进行设计，实现了巡检平台对环境的感知和数据可视化。最后，在玉米大田对巡检平台进行了底盘行驶性能试验和感知系统环境感知试验。试验结果表明：巡检平台左转平均最小转弯半径为2 922 mm,右转平均最小转弯半径为2 736 mm,最大爬坡度大于26.7%,位置PID控制下直线行驶平均速度为0.523 m/s,与期望速度0.5 m/s的误差为4.6%,行驶15 m平均偏移量为0.636 m,平均偏移率为4.24 cm/m,满足田间行驶性能要求...     

基于自校准变结构Kalman的农机导航BDS失锁续航方法

针对农机自动导航作业过程中存在的BDS信号失锁导致系统突然失控的问题,提出了一种适用于轮式农机的基于自校准变结构Kalman滤波器的农机导航BDS失锁续航方法。依据4自由度农机运动学模型,设计了BDS/INS信息融合Kalman滤波器;进行INS导航定位误差不确定度分析,并设计了基于自回归模型的航向校准方法、INS传感器角速率测量零偏实时校准方法,结合上述方法设计了自校准变结构滤波器,进行位姿信息处理,结合导航跟踪控制方法实现失锁续航功能。根据分米级精度要求,进行了机器人直线、矩形路径失锁续航试验和农机田间直线续航试验。机器人续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,与运用未校准滤波器的续航系统相比,该方法实际平均横向偏差减小34%,横向偏差达到20 cm时机器人在路径上的平均行驶距离提高80%。农机田间续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,在实际偏差小于20 cm的条件下,农机在路径上的行驶平均距离达到16. 65 m。     

果园电动自走式履带底盘动力系统匹配设计与试验

果园作业包括除草、喷雾、碎枝、采摘以及搬运等,作业种类繁多,作业空间狭闭且环境复杂,对作业机械的动力要求较高。针对现有电动底盘在动力方面无法满足果园多种作业要求的问题,对果园履带式底盘进行电动动力系统的匹配设计。在对电动自走履带式底盘的总体结构和工作原理进行阐述的基础上,进行动力系统匹配的理论分析和初步设计;建立果园电动自走履带式底盘动力系统的仿真模型,验证动力系统匹配设计的理论分析结果;研制底盘样机,并进行动力系统试验。结果表明:底盘最高行驶速度平均值为6.52km/h,两种爬坡工况底盘行驶速度为1.75km/h和1.28km/h,续航里程约为17.8km,满足果园多样化作业对作业机械动力的设计要求。     

环保自走式芦蒿有序收获机的研制与样机试验

根据芦蒿收获农艺要求,针对芦蒿机械化收获效率低、成本高、工序复杂的实际问题,设计了一种实现芦蒿有序切割、有序输送、有序收集的环保自走式收获机。介绍了该机的基本结构和工作原理,对夹持输送装置、转向装置和切割装置等关键部件进行结构设计与参数分析,确定了整机电池动力容量为48V/100Ah、输送倾角θ为30°、割茬高度可调范围为40～400mm以及各驱动电机的型号等。田间试验表明:设计的芦蒿有序收获机结构合理、操作简便,平均作业速度可达0.84m/s,前进速度可达6m/s,喂入量0.62kg/s,作业效率0.23hm2/h,能一次完成芦蒿有序切割、有序输送、有序收集作业。作业质量满足行业标准以及后续生产要求,有助于设施农业机械化发展。     

多功能全液压果园作业平台的设计与试验

为解决果园作业的机械化程度低和人工劳动强度大的问题,设计了一种多功能全液压果园作业平台。该平台采用全液压四轮驱动,双轮和四轮2种转向模式增强了行走能力、减小了转弯半径,适宜于复杂地形;采用了剪叉式升降机构和可展开式工作台,满足了不同高度和不同株距果树的果实采摘、果枝修剪的需求。同时,设计了调平机构实现平台坡地作业时工作台始终处于水平状态,且前、后两端安装果箱升降装置,便于装卸与运输。对样机进行性能试验,结果表明:其最大负载下行走速度为1.94m/s,最小转弯半径为3m,最大举升高度为2.4 3 m,最大作业宽幅为3 m,调平最大误差1.5°,采摘效率为0.4 2 hm2/h,满足果园作业使用要求。     

3EC-160B型电动果园管理机的性能试验与分析

针对目前果园作业劳动强度大、缺少合适机具等问题,引进3EC-160B型电动果园管理机进行作业性能试验。试验结果表明:该机具在额定举升负载状态起升、额定举升负载状态下降、空载状态起升和空载状态下降时的速度分别为21.0 mm/s、24.1 mm/s、23.2 mm/s和24.9 mm/s,最大沉降量为2.3 mm,高速挡和低速挡时的行走速度分别为7.1 m/s和4.6 m/s。机具移动灵活、沉降量小、升降平稳,实际作业效果可以满足当地果园作业需要。     

基于轮毂电机驱动的电动拖拉机总体设计与试验

针对温室大棚、果园、茶园等复杂作业环境及绿色环保作业要求,在完成了基于轮毂电机驱动的电动拖拉机三维设计及样机研制的基础上,进行了整车性能试验及ADVISOR2002仿真。在建立电动拖拉机驱动系统仿真模型的基础上,对软件上自带的前驱特性功能模块进行了二次开发,完成了基于轮毂电机驱动的电动拖拉机后驱特性的性能仿真,得出电动拖拉机0～40km/h的加速时间为6.5s,1.5m/s速度时最大爬坡度为17.8°,在CYC_1050_6PRIUS工况下的总里程为69.9km。对电动拖拉机进行爬坡和牵引试验,得出电动拖拉机以1.5m/s的速度在水平路面行驶时最大牵引力为700N,以1.5m/s的速度坡面行驶时最大爬坡度为11°。在完成仿真分析与试验结果对比分析的基础上,给出了电动拖拉机结构及性能优化设计的建议。     

无人驾驶喷雾机电控系统设计与试验

针对黄淮海地区实行秸秆全量还田模式下的麦玉轮作、麦豆轮作等,使得田间秸秆覆盖量较大,虽有效改善了土壤理化环境,却造成田间地表病虫害加重。为有效解决该问题,并提高作业效率,以自主设计的四轮驱动底盘为研究对象,设计了一种以电能为纯动力的无人驾驶喷雾机电控系统。该系统以STM32F103ZGT6微处理器为控制核心,基于模块化思想分别对喷雾机动力系统、网络通讯系统、转向系统和喷雾系统进行设计,实现远距离遥控精确行走和智能喷雾。性能试验结果表明:行驶速度为2～4 km/h时,低速转向的外轮转角小于等于23°,转弯半径大于等于1. 45 m,转弯路径无偏移现象,转向可靠;直线行驶50 m的平均偏移量为2. 42 m,单位距离平均偏移率4. 84 cm/m,偏移率较小;行驶速度为10 km/h整备状态下的喷雾爬坡度不大于25°;大田内试验时,在蓄电量充足情况下,行驶速度2～10 km/h时,最大续航时间不小于5. 50 h;在最大续航工作时间内,网络通信掉线次数小于等于1次,通信可靠性较好;遥控距离为0～500 m时,车速调节控制、转向调节控制以及药液电磁阀控制响应时间均小于0. 4 s。     

果园自走式电动底盘控制系统设计与试验

为解决果园作业机械化设备少、效率低,大型机械不便作业的问题,研制一机多用的果园自走式小型灵活的电动底盘,设计其核心部分控制系统。依据果园作业环境,提出设计目标性能要求和整体结构方案;分析电控系统的电机驱动器、整车控制器、遥控器各自应具备的功能,进行硬件电路设计和软件编程;最后调试和实地试验。试验结果表明:所设计的果园自走式电动底盘控制系统能够使电动底盘满足最高车速为6.72 km/h,通过圆直径2 740 mm,具备通过30%坡度路面的能力,续航里程可达17.5 km,无线遥控距离达到200 m,符合果园作业性能要求。     

温室多功能轨道作业车的研制

温室的种植面积逐年扩大,温室内工作人员劳动强度大、作业环境较为恶劣。针对这一特点并结合实际生产需求,为降低工作人员的劳动强度、改善工作人员的作业条件,设计了一种辅助人们在温室内进行绑蔓、摘果作业且可升降的作业车。作业车以蓄电池作为电源,通过液压系统推动剪叉升降平台精确地实现升降功能,并通过小型电机驱动作业车的平稳前进与后退。在研制出作业车样机的基础上,对作业车进行了调试与试验,确定作业车最大运行速度约为0.15m/s,工作平台的正常上升速度为0.11m/s,正常下降速度为0.05m/s,并进行了载人作业平台的振动试验测试。试验结果表明:作业车运行速度与工作平台的升降速度满足设计要求,达到了预期的设计目的,对提升温室机械化作业水平具有重要意义。     

双轮驱动电动拖拉机传动性能研究

提出了双轮驱动电动拖拉机的总体结构方案,从作业受力和牵引效率2个方面分析了电动拖拉机的牵引性能,并进行了传动部件的匹配分析。在此基础上搭建了电动拖拉机传动试验平台,分别进行了牵引性能、带载启动及运输工况等试验。试验结果表明,所设计的电动拖拉机牵引转矩达到1 800 N·m,可满足更大耕深作业。带载启动时,驱动转矩从700 N·m增至1 600 N·m,车速由0增至7 km/h,所用时间约为1.1 s。运输试验运输货物为1 710 kg时,速度达到6.5 km/h。     

现代果园作业平台设计与试验

针对现代矮砧密植果园中苹果采摘、运输等作业环节劳动强度大、人工作业效率低以及人工作业安全保障性差等问题,设计制造了一种现代果园作业平台。该作业平台采用全液压驱动系统,前轮转向,后轮驱动,具备低速大扭矩特征,通过液压缸升降实现果箱在作业平台中装卸和平台的升降以及扩展功能。对样机进行爬坡、转弯和行走等性能测试,相关指标达到设计要求。结果表明,样机升降1.3 m,最大行驶速度8 km/h,最小转弯4 m,平台展开宽度3 m及外形空间尺寸等指标,满足工作实际要求,适合现代矮砧密植果园作业模式需求。      

农机作业3D平台设计

农机作业3D平台适用于日光温室蔬菜机械化生产作业。该平台以电源为动力，可将设施蔬菜生产中各环节所需的农机具集合安装在平台上，实现一机多用；并采用程序化设计实现自动化或半自动化控制功能。工作时，主机平台配套农机具后可实现纵向行走、横向行走和上下升降三维化运动，大幅度提高设施蔬菜生产综合机械化作业水平和作业质量。在同一园区，可实现主机平台在温室间转移作业，提高设备利用率。      

多功能自走式果园作业平台的设计与试验

针对目前我国果园管理中存在的采摘修剪难度大、效率低等问题,设计一种新型全液压动力的多功能自走式果园作业平台。介绍该平台的工作原理、结构特点及主要结构部件,并进行操作性能试验,结果如下:最大行走速度2.16km/h,满载最大上升速度0.30m/s,满载最大下降速度0.45m/s,作业幅度3m。     

苹果采收平台输送装置设计与优化试验

针对国内苹果园人工采收效率低和损伤率高的问题,设计了一种苹果采收平台输送装置,实现苹果自动输送作业。首先通过对苹果输送过程进行运动学分析,确定影响苹果机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。其次根据Box-Behnken试验设计原理,以输送速度、果托倾角、果托形状为试验因素,以损伤率为试验指标,对苹果采收平台输送装置的作业参数进行试验研究,建立试验指标与试验因素之间的回归模型。最后分析了各因素对试验指标的影响规律,并根据回归模型对试验因素进行综合优化。试验结果表明：当输送速度为0.2m/s、果托倾角为30°、果托形状为圆台体时,苹果损伤率为3.69%,苹果机械损伤明显低于未经参数优化的苹果采收平台输送装置,输送作业效果最好。研究结果可为苹果园采收平台的结构优化和输送作业参数控制提供参考。     

一种多功能铰接式玉米田间管理机底盘的设计

玉米种植前、中期是玉米生产的重要时期,期间生长速度快、环境要求高,主要的田间管理作业包括施肥、防病防虫、洒水、中耕除草等;但现有玉米管理机大多功能单一,无法满足玉米田通过性等要求。为此,设计开发了一种多功能铰接式玉米田间管理机强动力底盘。试验结果表明:该管理机离地间隙为1.2m,配备农机具可顺利完成玉米所需的田间管理作业,空载行驶速度最高可达20km/h,配载作业速度可控在0~8km/h。该底盘为推动玉米管理的全程机械化发展提供了技术支持。     

木薯种植机种茎切断装置的设计

机械化种植技术能够大大提高木薯种植效率,降低种植成本,是木薯田间生产大势所趋,而国内木薯种植设备研究起步晚,尚存在诸多问题。为此,结合木薯种植农艺要求及木薯种茎特性,针对木薯种植机种茎切断装置设计中存在的问题,进行了有关切秆装置设计的理论研究,分别对外形尺寸、整体结构、切秆刀辊、刀片及护盖等进行了分析与设计。试验表明:所设计的木薯种茎切断装置能够稳定切断木薯秆,拖拉机行驶速度约1.2 m/s时,作业稳定性高,无故障作业面积可达4 0 hm2以上。     

水稻无人机精量条直播技术

正一、适用区域适用于水稻直播种植区域。二、技术要点1.机型选择。依据地形地貌、田块大小、作业规模等,选择智能化播种程度高、负载量大、续航能力强、安全性高的水稻精量条直播无人机。播种行距20～30 cm,可自由调节;种子行落点最大幅宽不超过8 cm;亩播种量为1.2～6 kg,能够智能化调控,作业速度为2～6 m/s,作业离地高度为0.4～3 m,具备自主避障、漏堵预警、轨迹记录、实时监控、断点续播,     

基于机器视觉和北斗定位的小麦变量喷雾系统研究

针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题,以生长前期的小麦为研究对象,设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取,研究了速度、植株密度对喷雾的影响,提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内,通过机器视觉处理实现变量喷雾,试验结果表明,相同机组速度下,植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%;相同植株密度下机组前进速度0.75 m/s相对1.50 m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下,可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度,进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭,试验结果表明,在行驶速度为0.50 m/s时准确度最高,区域边界行驶超出量误差平均值为48.72 cm;为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响,使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验,试验结果表明,驶入目标区域超出量误差平均值为7.20 cm。     

韭菜收获机圆盘切割装置设计与试验

针对现有韭菜收割机作业时出现的不完整、漏割等问题,结合韭菜的物理特性,设计一种兼具扶禾、切割、收集组合式韭菜收集机械。对关键部件圆盘刀进行结构参数、运动参数的确定,开展切割理论分析;利用MATLAB软件,选取机具作业速度分别为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s,对切割圆盘进行运动仿真,得到不同作业速度下的切割区域变化规律;以机具的作业速度为试验因素,以割台损失率、漏割损失率为指标,进行单因素试验,确定机具作业速度范围。结果表明,当韭菜收获机圆盘刀转速为3 000 r/min时,作业速度为0.4 m/s,韭菜切割收获装置性能最优,此时韭菜割台损失率均值为2.8%、漏割损失率均值为2.2%。