基于EDEM的甘蓝翻转卸料过程运动与损伤分析

针对甘蓝整修系统中卸料自动化程度低、损耗严重等问题,设计了一种甘蓝整修系统配套的翻转卸料装置。利用EDEM仿真软件,依据“秦选2号”甘蓝物理特性建立了甘蓝模型,并建立了翻转卸料装置模型,进而分析了翻转卸料过程中果箱内不同区域甘蓝的运动规律;研究了果箱翻转角速度、果箱翻转角度、上盖打开角速度对甘蓝损伤率的影响。仿真结果表明:果箱翻转角速度对甘蓝损伤率的影响无明显变化规律;随着果箱翻转角度的增加,甘蓝损伤率呈上升趋势;随着上盖打开角速度的增加,甘蓝损伤率先减小后增大,且在30°~70°/s范围内甘蓝损伤率较小。在相同工况下随机选取4种等级甘蓝,进行了验证试验,结果显示:验证试验结果与仿真基本相同,甘蓝损伤率最大误差为4.1%,且甘蓝损伤率与果箱翻转角速度、果箱翻转角度、上盖打开角速度的变化趋势一致。这表明,采用离散元法分析翻转卸料装置甘蓝卸料过程和损伤是可行的。该研究为甘蓝卸料装置及整修系统的设计提供了参考。     

基于MatLab的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究

分析了猕猴桃棚架式生长环境,设计了一种在棚架栽培模式下工作的猕猴桃采摘机械臂;同时,并以猕猴桃采摘机械臂为研究对象,采用D-H法建立各杆件坐标系,应用齐次变换矩阵建立运动学方程。在Mat Lab的环境下,使用Robotics工具箱建立该机械臂的数学模型,并对其进行工作空间仿真及轨迹规划。实验数据表明:所建模型可以实现猕猴桃自动化采摘;仿真函数可以准确、有效地获得机械臂的运动参数和运动轨迹,为进一步的研究提供了重要的理论依据。     

冬枣果实物理参数与生物特性研究

为确定冬枣的机械选择性收获参数,试验测定不同成熟度果实的物理及生物特性参数,对其物理及生物特性参数之间的关系进行研究。结果表明:未熟期、白熟期和脆熟期的冬枣果实密度分别为902.15、911.68和947.06kg/m3,硬度分别为17.26、16.24和13.9kg/cm2,果实成熟度越高果实密度越大而果实硬度越小,脆熟期果实的密度及硬度与白熟期和未熟期果实的密度及硬度都存在显著性差异;未熟期、白熟期和脆熟期果实的树枝与果柄分离力都大于果实与果柄分离力,在机械振动收获时,果实脱落发生在果实与果柄连接处,分离力都随着成熟度的增加而减小,白熟期和脆熟期果实的果实与果柄分离力存在显著性差异,有望实现选择性收获;白熟期和脆熟期果实的压缩曲线趋势相似,都没有明显的生物屈服点。白熟期果实的破裂力为145.77N显著大于脆熟期果实的破裂力128.95N,果实和脆熟果实的压缩弹性模量均值分别为2.09和1.89 MPa,二者无显著性差异。果实破裂前,果实所受压力与变形呈近似线性关系。     

基于Kinect传感器的猕猴桃果实空间坐标获取方法

猕猴桃自动采摘机器人研究中,为了自动获取目标果实的空间坐标,提出了一种基于Kinect传感器的猕猴桃果实空间坐标获取方法。首先利用Kinect传感器的红外投影机和红外摄像机获取深度图像,利用彩色摄像机获取RGB图像,根据彩色图和深度图对应关系,转换成深度坐标;然后通过Map Depth Point To Skeleton Point函数得到以红外摄像机为原点的坐标系坐标。实验表明:该方法能够有效获取猕猴桃目标果实的空间坐标,其定位误差小于2mm。     

簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明：在自制超声刀工作频率(35～37 kHz)和电压(340～380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以...     

基于改进RRT算法的猕猴桃采摘机器人全局路径规划

为提高猕猴桃采摘机器人导航效率，提出一种基于采样状态实时引导随机树扩展的改进方法(Straight-RRT)。首先，针对传统RRT算法盲目搜索的问题，引入评价指数与阈值划分采样状态，根据采样状态决定采样节点的选取方式，实时引导随机树的扩展。其次，为增强算法对不同环境的自适应性及快速避开不规则障碍物，引入动态阈值并优化最近节点选择机制。最后对路径进行优化处理，去除路径冗余点并采用贝塞尔曲线平滑路径减小路径复杂度。基于棚架式猕猴桃果园环境进行路径规划实验，实验结果表明改进后算法在猕猴桃果园环境中具有更好的适应性及规划效率，为提高猕猴桃采摘机器人导航效率提供了解决方法。     

单偏心式油橄榄振动采收机仿真优化与试验

为提高油橄榄的振动收获效率，针对油橄榄密植果园的种植环境，设计一种单偏心块悬挂式油橄榄采收机。通过对果实进行受力分析得到果实脱落加速度可简化为果实果柄结合力与果实质量的比值，测量得到脱落加速度的90%分位数为1 113.35 m/s²。通过正交试验仿真研究果树树形参数(主干直径、主干高度、主枝夹角)和激振参数(激振频率、激振力)之间关系，并对仿真与试验相关性进行分析，表明仿真与试验的平均相关系数为0.73,平均相对误差为26.5%,主干直径和主干高度对激振参数有显著影响。使用采收样机对油橄榄(莱星)进行了试验，结果表明：夹持点振幅与激振频率呈正相关关系；果树侧枝3个监测点的共振频率为22.5 Hz,与响应面试验结果的21.8 Hz相近；油橄榄树的平均采净率约为91.22%,且无果实损伤。     

基于深度学习的穴盘苗缺苗穴位检测

密集性穴盘苗缺苗穴位的检测，是机械化移栽及后续管理过程中的一项重要工作。为提高缺苗检测的准确率，提出了一种基于深度学习的密集性穴盘苗缺苗穴位的检测方法。检测时，对采集的图像进行穴盘区域自动剪裁，基于YOLOv4卷积网络，提取正常光照、较强光照、苗叶越界、蛭石泛青情况下的缺苗穴位特征进行训练。最后，在测试集上进行试验，结果表明：上述4种条件下缺苗穴位检测的准确率均值为95.2%。此外，与传统图像法相比，该检测方法提高了缺苗穴位在复杂条件下的检测适应性及准确率，能够为温室穴盘育苗模式下苗株个体的生长管理及后续的自动化作业提供依据。     

农业领域自动定向技术研究进展分析

随着信息感知、机器人等技术的快速发展，自动定向作业具有更多的需求和实现方法。自动定向技术为智慧农业生产过程自动化、智能化提供有利条件，是提高作业效率和品质的重要环节之一，已成为农业生产自动化、智能化作业技术的发展方向。本文首先阐述了自动定向技术的基本概念与内涵，综述了在田间播种、采后处理、畜产养殖加工等农业领域自动定向技术的国内外研究进展，并分析比较了不同应用领域的特征和优缺点。然后对自动定向关键技术应用研究进行了系统分析，包括定向机理与方法、定向机构与装置、自动检测与控制等多方面的共性关键问题，归纳了该领域技术的开放性问题。最后总结了当前自动定向技术面临的挑战和机遇，展望了农机农艺高度融合的自动定向、专用与通用自动定向、多功能全面融合的自动定向和融合智能化技术的自动定向等农业领域自动定向技术和装备的未来研究方向。