作物株间机械除草技术的研究现状

作物行间除草技术和装备已趋于成熟,而株间除草技术由于受到作物识别与定位技术的限制,至今仍是一个研究热点。为此,针对株间机械除草,国内外均从纯机械的株间除草机开始研究,后得益于传感器技术和计算机技术的发展,自动控制逐渐得以应用。目前,研究最多的是基于机器视觉和GPS导航的株间除草技术,而作物识别与定位依然是研究的关键点和难点。未来将着力研究用于杂草和作物检测的传感器技术,并利用"互联网+"、大数据、云计算等技术,以期实现作物株间除草的在线控制,进而实现全过程自动化。     

基于新工科新农科的《生物生产自动化与机器人》课程体系优化

现代农业的高速发展要求培养多学科交叉的创新型人才,教育部等部门发布“六卓越一拔尖”计划2.0,鼓励发展“新工科、新农科”,大力推动新型人才培养。在新工科新农科的理念下,《生物生产自动化与机器人》提升课程目标和知识体系,着重强化案例剖析,提升教学内容,夯实教学实验操控,训练学生的理论与实践结合、解决实际问题的能力,构建学生发散型科研思维、提升专业基础技术和创新能力,为现代化农业培养创新型人才。      

我国草莓生产作业机械的设计特点探讨

在农村经济结构调整中,草莓逐步成为部分农村地区的支柱产业之一。但草莓的种植仍然停留在人工作业上,限制草莓生产的发展。根据草莓生产中的作业工序,本文着重对育苗机械、铺膜机和残膜回收机、移栽机械、灌溉施肥机械、喷药机械、收获机械以及分选机械的设计特点以及目前的技术水平进行了分析,为促使草莓生产实现机械化奠定了基础。     

双臂式茶叶采摘机器人的改进设计

针对现有龙门式茶叶采摘机器人成本高、作业效率低的缺点,改进设计了双臂式采摘机器人。每个臂采用直角坐标式结构,X轴采用双臂式结构,避免了因Y轴悬臂长而产生的变形和作业震动。X方向两个滑台以联轴器相连,保证两根X轴的同步运行。X、Y、Z这3个方向的滑台由3个步进电机驱动,以同步带为传动方式,实现3个方向的自由移动。控制系统以TMS320F2812为控制芯片,采用"S型曲线加减速",以最快的速度实现满足精度要求的定位。改用开环的控制系统,双臂式机械手对称布置同时进行作业。室内和田间试验结果表明:平均每小时采摘3 581次,效率比原来的机器人提高了83%,并且采摘准确,满足生产作业的要求。     

针式嫁接法与靠接法的比较试验

蔬菜嫁接是一项费工、费时的作业。传统的嫁接方法有靠接、斜接、劈接、插接等,这些嫁接方法已经广泛应用于蔬菜生产中。针式嫁接法是日本蔬菜生产者开发出的一种新的嫁接方法,主要适用于番茄、茄子、西瓜、黄瓜、甜瓜等果菜类蔬菜。     

基于双目视觉的葡萄园变量喷雾控制系统设计与试验

为提高果园喷雾装备的精准化并提高农药利用率,该研究基于3WF-400Z型风送式果园喷雾机,设计了一套葡萄园自动变量喷雾控制系统。系统选用双目相机实时探测葡萄叶幕深度并结合喷雾机前进速度计算冠层体积,通过脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制各电磁阀占空比实现药液的变量喷洒。提出冠层体积计算方法并在葡萄园中进行体积探测精度试验,相机探测结果与手动测量结果的线性拟合决定系数为0.933。通过试验标定确定流量调控模型,在静态条件下对控制系统的变量喷雾一致性进行测试,试验结果表明,冠层体积大于0.036m3时单喷头实际流量与理论流量的线性拟合决定系数为0.990。田间变量喷雾试验结果表明,与常量喷雾相比,所设计的变量喷雾系统在保证药液覆盖率和沉积量基本不变的情况下,可以在一定程度上细化雾滴直径并增加雾滴密度,其中雾滴的数量中值直径(Number Median Diameter,NMD)和体积中值直径(Volume Median Diameter,VMD)分别减小了87.71和182.79μm,雾滴密度增加了79.31个/cm2,左、右两侧喷头的实际喷雾流量与理论预测流量的线性拟合决定系数分别为0.897和0.877,表明实际喷雾流量与理论预测流量具有较强的相关性。实际喷雾流量与冠层体积的总体变化趋势基本一致,变量喷雾模式下的用药量节省了约55.27%,表明所设计的变量喷雾控制系统可以根据冠层体积实现变量喷药。该研究可为果园病虫害防治提供新方法与新装备,为实现果园精准变量喷雾提供理论与方法参考。     

沟栽葡萄防寒布覆土卧式刷辊清除装置设计与试验

针对中国西北地区沟栽葡萄春季防寒布上方大量覆土影响防寒布回收的问题,该研究设计了一种水平卧式刷辊清土装置,用于清除防寒布上方埋土。首先,通过理论分析确定了清土总成结构和工作参数取值范围。进一步,基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立柔性清土总成-土壤作用模型,模拟清土作业过程。以清土率和清土总成的转动扭矩为试验指标,设计Plackett-Burman和Box-Behnken仿真试验,以清土率最大和扭矩最小为优化目标,获得最优参数组合为：机具前进速度0.3 m/s、转速550 r/min、安装角30°、叶片偏角0°,清土率和扭矩预测值分别为86.72%、73.36 N·m。最后,采用最优参数组合进行田间试验,结果表明,清土率和扭矩分别为84.12%和78.62 N·m,与仿真优化结果的相对误差分别为3.0%和7.2%。研究结果可为防寒布辅助埋土防寒模式下清土机械研究提供技术参考。     

马齿型玉米种子定向播种推送装置设计与试验

为了实现玉米种子的定向推送,该文以定向处理完毕且呈平躺姿态的马齿型玉米种子为对象,设计了一种玉米种子定向播种推送装置,能够对玉米种子进行定向接收、移动和推送。对装置的定向接收功能进行了原理分析,以分选缺口的2个形状参数圆弧角度和深度为因素,以保留成功率和剔除成功率为指标,分别对尖端朝前和大头朝前的玉米种子进行仿真试验,得到了最佳的分选缺口参数:圆弧角度为14°、深度为3 mm。搭建玉米种子定向播种推送装置试验平台进行性能试验,结果表明装置的定向接收、移动和推送3个功能实现效果良好,对于定向接收功能,尖端朝前玉米种子的保留成功率达到93.8%,大头朝前玉米种子的剔除成功率为100%。该研究为后续的定向玉米种子弹夹制作及玉米机械化定向播种提供了参考。     

篱架式栽培葡萄株间除草机自动避障机构优化设计

针对篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机作业时需要避开葡萄藤的要求,该文设计了一种自动避障机构,分析了自动避障机构躲避葡萄藤的工作原理。自动避障机构包括平行四连杆机构和避障触发机构,避障触发机构的关键部件是触杆,触杆由两段直线及连接两者的圆弧部分构成。在ADAMS中建立了参数化除草机模型,以触杆较长直线部分的长度L、中间过渡圆弧的角度θ和触杆与除草部件边缘的3个距离d1、d2、d3的组合D为试验因素,以作业后未除杂草面积S3为指标进行正交试验,得出D为显著因素。以D作为优化变量,对S3进行优化。优化结果表明,当D为225、300、212 mm时,S3取得最优值。田间试验表明,优化后平均除草作业覆盖率比优化前提高8个百分点以上,除草作业覆盖率的标准差降低,作业稳定性较好,可为篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机优化设计提供参考。     

梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化

针对目前中国枸杞人工采收效率低、成本高的问题,该文采用梳刷振动相结合的采收方式,设计了梳刷振动式枸杞收获装置,并进行了试验。首先基于ADAMS软件建立了枸杞果实、枝条模型与梳刷振动机构模型。枸杞果实、果柄间连接力采用广义力连接,通过设置传感器来监测果柄断裂条件,实现了枸杞果实、果柄在外力作用下的分离过程控制。通过仿真分析,确定了收获装置的梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度3个因素为影响采收效果的主要因素。然后以梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度为因素,以采收效率、成熟枸杞采收率、青果脱落率以及成熟枸杞破损率为评价指标,进行了田间试验,试验结果表明:在梳刷转速80 r/min、圆盘转速100 r/min、振动幅度80 mm的因素水平组合下采收效率为13.12 kg/h,成熟枸杞采收率为87.46%,青果脱落率为13.81%,成熟枸杞破损率为2.82%,采收效果最佳,相比于其他单一原理的采收机构,本装置既达到了较高采收效率与成熟枸杞采收率,也保证了相对较低的青果脱落率与成熟枸杞破损率。该文可为枸杞机械化采收机械的设计提供理论依据与数据支撑。