基于多元聚类分析的草莓形状分类算法

为尽可能地去除人为主观性对草莓分类结果的影响,简化形状分类算法,采用多元聚类分析对草莓进行分类。按一定顺序和位置在草莓轮廓上选取12条直线作为草莓形状的特征参数,对特征参数作归一化处理消除草莓大小对形状的影响;对特征参数进行多元聚类后,从聚类结果中每类选取一定数量的多维参数,作为该类草莓形状的标准特征参数;根据待分草莓的特征参数与各类标准特征参数距离的远近,将其分入相应的类中。选用不同形状的80个草莓进行试验验证,结果表明：草莓分类准确率达90%以上,每个草莓的平均处理时间≤1 s,满足实时分类处理要求。     

植物工厂立体栽培系统多功能作业平台优化与试验

植物工厂中多采用立体栽培架进行育苗与栽培,立体栽培架上的栽培床搬运是其中重要一环。目前,栽培床多为人工搬运,存在劳动强度大、自动化水平低等问题。针对此问题,该研究研制了一种多功能作业平台,可实现自主循迹、定位和栽培床的自动搬运和输送。根据栽培床质量和立体栽培架高度要求,设计了升降机构,并确定了关键参数;研究了栽培床自动对接和自动输送机构,实现了栽培床的自动装卸;确定了基于RFID（Radio Frequency Identification）传感器的定位系统方案。采用STM32单片机作为自动控制系统的主控制器,自动控制系统主要包括导航系统、定位系统、通信系统、行走系统、升降系统、自动对接系统和自动输送系统等部分,并基于Android平台设计了人机交互界面,通过设置相应指令实时监控多功能作业平台的运动状态和作业参数。为评价多功能作业平台作业效果,以升降机构高度范围、前后定位偏差、高度定位偏差和平台与立体栽培架对接成功率为试验指标,进行了性能试验。试验结果表明,多功能作业平台升降高度范围为833～2 460 mm,前后定位偏差小于9 mm,高度定位偏差小于5 mm,对接成功率不小于96%,满足作业要求。该研究为进一步提高植物工厂立体栽培自动化水平提供了参考。     

刮板式有机肥条铺与旋耕混合施肥机设计与试验

针对果园有机肥人工施肥量不准确、施肥不均匀等问题,本文根据施肥农艺要求,设计了一种有机肥条铺与旋耕混合施肥机。该装置采用刮板式结构,通过圆环链带动刮板向前排肥,将有机肥呈条状铺撒在地表,通过旋耕装置将其与土壤混合。通过计算确定了施肥装置最大开口高度、肥箱容积等结构参数,分析了上、下层有机肥排肥过程。以排肥口开口高度、前进速度、链轮转速和刮板间距为试验因素进行离散元仿真试验,以有机肥相对误差和变异系数为评价指标,对排肥过程工作参数进行优化求解,得到最优参数组合：开口高度为53.17mm、前进速度为2.8km/h、链轮转速为15.96r/min、刮板间距为160mm。在最优工作条件下进行试验验证,得到有机肥平均排肥量为5.099kg/m2,与理论施肥量相对误差为4.5%,变异系数为8.8%,表明仿真优化结果可靠,排肥量准确且排肥均匀性较好,该施肥装置施肥性能较优。在旋耕混合试验中,通过测定得到上层有机肥混合比例为11.83%,下层有机肥混合比例为6.29%,表明经过旋耕后,能够实现土肥混合效果,上层土肥混合比例高于下层。     

基于局部建模方法的卧式柔性清土辊性能优化

针对基于整体建模的卧式柔性清土辊性能优化方法存在仿真成本高的问题,该研究提出一种局部预测整体的建模方法,既降低仿真计算量,同时可以对柔性清土辊进行优化设计。首先,提取柔性清土辊的最小结构特征,并基于几何相似性原理构建整体性能预测模型。其次,基于离散元法（Discreteelementmethod,DEM）与多柔性体动力学（multi-flexible-bodydynamics,MFBD）耦合仿真技术优化求解最小特征结构的最优作业性能。最后,依据预测模型估算柔性清土辊的整体性能。柔性清土辊的清土率和阻力矩与其刷片数量的线性拟合决定系数分别为0.987和0.99。基于局部建模方法和EDEM-RecurDyn耦合技术建立最小特征结构与土壤互作模型,其接触计算量仅为整体建模方法的8%左右。前进速度、安装角、轴向长度和叶片锥角对最小特征结构和刷片的作业性能影响显著,仿真优化结果分别为0.3 m/s、30°、50 mm和0°。上述条件下最小特征结构的清土率和阻力矩为36.87%、18.91 N·m,单个刷片的清土率和阻力矩为2.80%和2.78 N·m,最小特征结构的物理试验结果与仿真结果的相对误...     

基于Fluent的大豆脱粒机旋风分离器模拟与优化

为了对大豆脱粒过程中未脱净荚果进行有效的分选、回收并进行二次脱粒,在已设计的有吊桶旋风分离器基础上,利用Fluent软件对有、无吊桶2种模型进行对比试验,结果显示2种模型压降无明显差异,有吊桶旋风分离器分离效率更高。建立了吊桶长度、吊桶直径两因素同逃逸时间、损失率及压降的数学关系模型,模拟试验结果表明：吊桶直径主要影响螺旋上升气流速度,吊桶长度主要影响入口区域气流场分布,确定吊桶最佳参数为长度94mm,直径为196mm,以该参数改进的模型进行试验验证,结果表明损失率降低为2.2%。     

自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土壤清除率为59.73%,与仿真试验的土壤清除率相对误差约为8.50%,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,满足自动避障式葡萄藤防寒土清土作业要求。研究结果可为触土机具避障机构的整体设计及优化提供理论依据和技术支撑。     

基于卓越农林人才2.0计划的农业机械化及其自动化专业培养方案优化

中国农业大学的农业机械化及其自动化专业，自1952年成立以来，取得了可喜的成绩。基于时代背景和发展需要，该专业积极进行了培养方案的优化提升，对培养目标、课程体系、实验实践和国际化等方面，全面进行优化，旨在培养具有中国特色和国际化视野，懂农业、爱农村、爱农民的一流农林人才，服务乡村振兴发展、生态文明建设和美丽中国建设。      

果蔬果实收获机器人的研究现状及关键问题和对策

该文在分析果蔬果实收获机器人工作对象特点的基础上，从果实的辨认与定位、成熟度检测、机械手设计、末端执行器设计等方面对国内外果实收获机器人的研究现状进行了分析。为促进果实收获机器人在生产实际中的应用，提出收获机器人目前应解决的3个关键问题：作业效率、结构体积和利用率，并对此提出相应的对策。     

枸杞气吸采摘参数试验研究

为了获取气吸采摘枸杞果实的最佳工作参数,首先测得枸杞的相关力学参数,运用FLUENT软件对气吸式枸杞采摘试验装置的气吸管道进行建模仿真,得到了气吸管道内气体压力云图及速度云图,并对枸杞进行了气吸采摘试验。将仿真与实测的数据对比分析后,发现管径22、25、32mm的气吸管出入口的压差和风速差的仿真结果与实测数值接近,误差较小,证明了试验结果的可靠性。最终,确定了采摘枸杞的最佳工作参数:气吸管径为25mm,风速为27. 5m/s,气吸角度为90°,此时成熟枸杞脱落所需时间平均为1. 92s,破果率为6. 67%。该研究可为气吸式枸杞采摘机的研发提供参考依据。     

葡萄防寒布平整卷收速度控制系统设计与试验

针对中国新疆地区葡萄防寒布平整卷收难的问题,该研究分析了防寒布平整卷收原理,并设计了葡萄防寒布平整卷收速度控制系统。该系统可自动检测防寒布的卷收状态,在平整卷收状态时采用增量式PID算法输出PWM(Pulse Width Modulation)信号,基于机具前进速度和布辊半径实现防寒布卷收速度的实时调节;在偏斜卷收状态时通过调节卷布辊轴转速改变卷布辊轴实时转速相对于目标转速的超前或滞后关系,使防寒布恢复平整卷收状态。通过在Simulink中建立电机PID控制模型进行仿真。通过直流电机转速静态标定试验得到电机转速与PWM信号占空比的对应关系。防寒布自动调偏性能试验验证了本文方法的可行性,优化得到激光开关传感器与防寒布边缘的距离为20mm。由直流电机转速调节性能试验对仿真试验结果进行校验,得到优化后的稳态响应时间约为0.4 s,响应延迟约为0.1 s。田间试验结果表明,防寒布卷收平整度均大于90%,平均为92.78%,满足防寒布卷收作业要求。研究结果可为葡萄防寒布回收机的设计与优化提供技术参考。