温室株间电驱锄草机控制系统设计与试验

根据温室机械锄草的需要,针对电驱锄草机械设计了一种圆盘锄刀株间锄草控制系统。该系统以MC9S12DG128双核单片机为硬件核心,融合霍尔传感器、旋转编码器的信号实时输入,通过RS232串口中断实时接收上位机(PC)视觉信息,采用CAN总线与下位机(电动机驱动器)实时通信,对圆盘锄刀转速与转角进行实时控制,从而实现株间锄草和避苗。温室大棚内锄草试验结果表明,前进速度为1.2 km/h时,伤苗率小于10%。     

智能锄草机器人系统设计与仿真

针对锄草机器人田间运动及锄刀避苗锄草等作业问题,阐述了智能锄草机器人系统工作原理,研究了移动机器人平台,平台为四轮驱动、四轮独立转向,可实现运动速度在0～1.5 m/s内连续可调,每组转臂可绕其自身Z轴360°自由旋转.设计了三指手爪锄草机械手,三指公转,其中一指为活动手指可同时自转,锄草机器人工作时两个固定指的割刀连续入土锄草,系统根据机器视觉苗草位置信息,通过控制活动手指的旋转速度与方位角实现瞬时位置调整,进而通过拟合指端旋移曲线即可完成锄草和避苗等作业任务.苗间锄草仿真分析表明,在有效避苗基础上,作物行两侧各布置一组锄草机械手时锄草率可达90％以上.     

智能锄草机器人通过技术装备鉴定

<正>中国农业大学李伟教授主持完成的十二五国家科技支撑计划——智能锄草机器人关键技术与装备通过了教育部组织的成果鉴定,并得到国家科技支撑计划支持。成果以作物株间、行间同步高效锄草为目标,研究了适应不同作物的苗草信息获取与视觉伺服控制技术,研发了田间锄草机器人和设施农业电驱锄草机器人系统,在蔬菜、玉米、设施农业种植     

苗间锄草机器人锄草刀优化设计

建立了苗间锄草机器人锄草刀的运动学模型,并通过仿真锄草刀工作过程设计了锄草刀的运动轨迹。选取锄草刀的不同参数和水平进行正交试验,将覆盖率和入侵率代替除草率和伤苗率作为评价指标,分析了锄草刀直径、豁口夹角、刀刃切除距离、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距等因素对苗间除草效果的影响,优化出最佳结构参数组合为:锄草刀直径175 mm、豁口夹角140°、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距45 mm、刀刃切除距离10 mm。验证试验结果表明,模拟仿真及正交试验优化结果准确有效,样机作业效果良好,平均除草率为88.5%,伤苗率仅为1.6%。     

株间锄草机器人刀苗信息优化系统设计与试验

为提高株间锄草机器人机器视觉刀苗信息获取精度,提出采用里程信息和视觉信息融合的刀苗距优化方法,设计了基于C8051F020单片机的刀苗距优化系统,分析了优化系统构成,为提高里程精度和系统抗振动干扰能力,设计了精准里程采集逻辑电路对测速脉冲进行倍频、辨向及逻辑处理。根据里程信息与视觉信息相对误差的分布规律提出了双阈值权重判断算法对刀苗距进行优化,并给出了软件实现流程。刀苗距优化试验发现该系统可有效过滤机器视觉出现的错误和不稳定信息,静态测试刀苗距误差达6.7 mm,误差减小10.3%。模拟锄草试验表明,在动态下该系统可降低锄刀多转可能性,提高系统的稳定性。     

摆动式间苗机器人锄刀优化设计与试验

为提高条播作物的间苗作业效率,针对作物秧苗的初次间苗,设计了摆动式间苗锄刀。建立了间苗锄刀的运动学模型,并通过仿真间苗锄刀工作过程,模拟了间苗锄刀的运动轨迹。选取间苗锄刀的不同刀刃长度、刀刃与刀柄夹角、刀柄长度和刀柄顶端与作物行中心偏距优化参数进行正交试验,将覆盖率和入侵率作为间苗除净率和伤苗率的预测模型,得出最佳结构参数组合为:刀柄顶端与作物行中心偏距55 mm、刀刃长度75 mm、刀柄长度130 mm、刀刃与刀柄夹角65°。对优化后的间苗锄刀进行大田间苗试验,试验结果表明:平均除净率为89.4%,伤苗率为7.2%,满足间苗要求。     

基于多路由协议的株间锄草机器人结构和控制优化设计

为获得理想的苗间机械锄草效果,提出了一种新的锄草机器人结构优化方法.该方法主要采用多目标优化模型对锄草末端结构进行设计,采用多路由协议对多锄草机器人进行协同控制,大大提高了田间锄草机器人的工作效率.在建立了机械锄草齿运动轨迹数学模型的基础上,结合现代农艺对机械锄草参数的限定及要求,建立了多目标优化模型,并利用MatLab优化工具箱得到最优解,将其应用在多机器人系统控制的多路由协议框架中.为了验证优化方法的有效性,在田间对多锄草机器人协同作业进行了试验,结果表明:优化后的多路由锄草机器人不仅大大提高了作业速度和锄草效率,而且降低了作物苗损失率,为大型中耕除草机的设计提供了理论依据.     

行星刷式株间锄草机械手优化与试验

针对根系较发达作物和易板结土壤工况下的株间锄草,设计了行星刷式株间锄草机械手。研究了锄草机械手避苗锄草的工作原理,建立了运动学模型,研究了刷盘上点的运动轨迹和速度曲线随行星轮系传动比变化的规律。将覆盖率、入侵率及保护区范围作为锄草效果的评价指标,通过设计锄草机械手的结构参数,对锄草刷盘运动轨迹进行仿真,分析刀杆偏心距、锄草刷盘直径及装置相对作物行横向偏移对覆盖率和入侵率的影响。仿真结果表明刀杆偏心距80 mm、横向偏移20 mm以及锄草刷盘直径60~180 mm为最优参数,可获得直径30~140 mm的保护区及80%以上的株间覆盖率。对优化后的机械手进行大田锄草试验,选用传动比为3的行星轮系,平均锄草率可达89.3%,平均伤苗率为3.5%,满足锄草要求。     

薅草锄

<正>锄,是农民田间作业的重要工具。锄又分大、小两种,那种大钩长柄供人站立作业的锄叫作大锄;还有一种就是小钩短柄供人蹲着作业的锄,学名叫作花锄,农民的口头语则叫作薅草锄(见图1),也有叫作薅兰锄的,听起来非常诗意。玉米、高粱等高秆作物的禾苗出土长到约7~9 cm高时,用大锄间苗、锄草兼松土的作业叫作"锄";禾苗长大后,用大锄以松土为主兼锄草的作业则叫作"耪"。像谷子这样的低秆作物,幼苗出土时非常     

基于多体动力学的圆盘式开沟机虚拟仿真与功耗测试

目前圆盘式开沟机功率消耗主要通过理论计算或样机试制后的田间试验等方法得出,测试结果受环境、设备精度影响较大,为此提出了利用虚拟测试平台评估圆盘式开沟机功率消耗的方法。首先建立圆盘式开沟机工作部件的ANSYS动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟圆盘式开沟机在开沟深度400 mm、前进速度0.8 km/h、刀盘转速180 r/min和开沟深度500 mm、前进速度1.5 km/h、刀盘转速220 r/min 2种工况下的功率消耗,仿真结果为31.26 kW和32.67 kW;然后构建相同工况的田间功耗测试系统,测得的实际功耗为33.57 kW和35.41 kW,仿真值与实测值相对误差分别为6.88%和7.73%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种开沟深度、2种前进速度和3种刀盘转速因素组成18种开沟工况,对其进行仿真分析,结果表明:刀盘转速在200 r/min时,无论前进速度高低,圆盘式开沟机均具有最低的功耗。