水稻插秧机分插机构的运动学特性分析

运用数学解析方法,建立了曲柄摇杆分插机构和偏心行星齿轮分插机构的运动学模型,并对这两种机构进行了运动学特性分析和比较,为机构的设计、分析提供了理论依据     

农业机器人导航中两类纹理边缘的快速跟踪与透视变换

野外田间的主动摄像机视觉,尤其是对作物割过与未割过的高相似颜色表面进行实时识别与跟踪是一项极具挑战性的工作。提出了两种全新的快速分割方法,以用于农业机器人导航。其关键是基于多尺度特征提取,通过求取k-层行像素极值的加权均值来形成窄带兴趣区,以及基于相邻行像素两类特征证据增强与多证据模糊判别进行分割增强。提出了新的方法,分割出导向线能够自适应环境的一些变化。同时,本研究还提出了一种快速透视变换算方法和摄像机主姿态的一次性校正方法,能够在1 ms内完成对分割导向线参数的透视投影变换,在0.5 s内通过自校正获取相机的主姿态角。开发了一套对园艺草割过与未割过的边缘进行在线跟踪的分析软件。试验和相应的误差分析结果令人满意（160×120显示分辨率下,能在55 ms内自主做出经透视投影变换的作业机理想移动方向决策,普通难度的相似颜色序列图像的分割误差被控制在了平均5%以内）。对最佳适应步法（BFS）做了改进,提出了多行最佳适应步法（MR-BFS）,在不降低正确性的前提下使其分割速度提高了100%以上。通过折衷组合多行最佳适应步法（MR-BFS）与多证据模糊增强法（MEFE）进行在线试验,获得了160×120分辨率下8～9帧/秒的边缘自动跟踪性能。边缘跟踪试验显示：自然图像中的不同色块和阴影对其分割影响不大,能够快速输出导向跟踪参数。如果待分割纹理表面的颜色距离相对较远,还可采用本文新提出的颜色分量运算＋颜色位屏蔽方法。该方法能在320×240分辨率下,在20～30 ms内实现全帧的鲁棒分割,获得田间实时的多边缘跟踪性能。该方法避免了耗时的计算和人的操作介入,可被进一步应用于农业机器人的实际导航控制中。     

食用菌培养料自动定量装袋机的设计

中国食用菌资源丰富,但其加工机械特别是装袋机的发展却很缓慢.为此,在当今现有装袋机的基础上设计了一种新型装袋机-自动定量装袋机,该装袋机的优点是大大减轻了操作者的劳动强度,同时还提高了食用菌培养料的装袋效率,为食用菌培养自动定量装袋机的设计提供了参考依据.     

旱田钵苗移栽机纵向送苗机构优化设计与试验

针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设计软件,得出满足设计要求的结构参数。建立了机构三维模型,试制了物理样机。根据软件优化结果,运用二次正交旋转中心组合试验方法对棘轮结构进行优化设计,以棘轮驱动面高度x_1、棘轮定位面高度x_2、取苗转速x_3为试验因素,以送苗成功率y为试验指标,进行了参数优化试验,结果表明:x1=2. 32 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min时,送苗成功率达到99. 85%。取x_1=2. 3 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min进行验证试验,得出送苗成功率为99. 17%,结果满足设计要求。     

基于机器视觉的自主插秧机导航信息的提取研究

针对基于机器视觉的插秧机的自主导航,提出了一种利用秧苗行分割线作为基准线提取导航参数的算法.根据秧苗在田间环境的特征,用EXG因子分割图像,将按列累加的灰度值所形成的曲线图,设定水平分割线找到秧苗区域,确定各苗区的起始列点和终止列点,找到定位点,拟合分割线.根据秧苗行分布呈平行线状的特点,利用分割线在图像平面上形成的灭点和成像的斜率来计算插秧机的位移偏差和角度偏差,为视觉导航提供必要的参数.实验结果表明该方法具有一定的可行性,能够用于插秧机器人的导航研究.     

高速水稻插秧机车架的轻量化设计

以某型号高速水稻插秧机车架为研究对象,利用三维建模软件UG对其参数化建模,并导入有限元分析软件ANSYS Workbench中对水稻插秧机车架进行有限元分析。该文进行了车架的应力计算,并对主要变形部位进行应力试验测量,将计算结果与田间试验数据进行对比,验证了有限元计算的正确性。以有限元分析结果为依据,建立了车架优化设计模型,通过计算提出较为合理的车架轻量化设计方案,经优化及结构改进,车架质量降幅达16.77%,证明了该优化方案的经济性和可行性。     

水稻钵苗移栽机变性卵形齿轮分秧机构的运动机理分析

针对水稻钵苗移栽机的工作要求,将变性卵形齿轮行星轮系应用于其分秧机构的设计中,设计了一种新型的旋转式分秧机构;在分析变性卵形齿轮行星轮系运动学特性的基础上,建立了分秧机构的运动学模型,编写了分秧机构辅助分析与优化软件以及变性卵形齿轮齿廓生成软件;通过人机交互方式对该分秧机构结构参数进行优化,得到了最优参数。借助虚拟仿真技术,验证了该分秧机构形成的带有"针形"凸起的"桃形"静轨迹,能够满足水稻移栽机的工作要求。     

用于机械化栽植的西兰花钵苗力学特性试验

为了降低西兰花钵苗机械化栽植过程中的破损率,避免栽植嘴已经运行到栽植位置而钵苗还未滑到栽植嘴的底部而造成移栽失败,该文采用正交试验的方法,以土钵体积(表示穴盘规格)、苗龄和含水率为试验因素,针对栽植过程农艺要求,进行了不同方案下土钵的抗压强度试验和钵苗沿栽植嘴壁面下滑的运动阻力系数测试。通过建立西兰花土钵与栽植嘴壁面碰撞过程接触力学模型,分析得到为避免土钵破损钵苗和栽植嘴碰撞时不同组合允许的最大相对速度。以栽植作业中避免钵苗破损,同时运动阻力不能过大为目标,采用综合评分法,得到适宜机械化栽植的4个土钵体积、苗龄和含水率组合,进而对这4个组合进行模拟田间栽植试验,得到最优的组合:土钵体积为中(穴盘规格为128),苗龄为2~3片真叶,含水率约为63%。该研究为栽植机构的设计提供依据。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。     

移栽机械发展现状与展望

阐述了移栽农艺对中国农业发展的重要意义,指出移栽机特别是钵苗移栽机将是大幅度提高粮食单产的农机装备,说明了移栽对北方寒地粮食增产和农民致富的积极作用。简述了国际移栽装备的发展史,提出了移栽机械发展一般经历3个阶段:初级阶段的滑道机构;中级阶段的杆机构;高级阶段的回转机构。综述了国内外移栽机械发展现状和研究水平,对其发展方向做出了展望,强调钵苗移栽研究若要进入回转机构研究阶段,研究人员须掌握机构学等系列理论基础、计算机专业知识和熟练掌握现有的市场软件,以及具备对这些市场软件二次开发的能力。对当前国内一些移栽装置重要发展方向提出了系列建议。