基于改进YOLOv3的果园复杂环境下苹果果实识别

为使采摘机器人能够全天候的在不同光照、重叠遮挡、大视场等果园复杂环境下对不同成熟度的果实进行快速、准确的识别，该研究提出了一种基于改进YOLOv3的果实识别方法。首先，将DarkNet53网络中的残差模块与CSPNet（Cross Stage Paritial Network）结合，在保持检测精度的同时降低网络的计算量；其次，在原始YOLOv3模型的检测网络中加入SPP（Spatial Pyramid Pooling）模块，将果实的全局和局部特征进行融合，提高对极小果实目标的召回率；同时，采用Soft NMS（Soft Non-Maximum Suppression）算法代替传统NMS（Non-Maximum Suppression）算法，增强对重叠遮挡果实的识别能力；最后，采用基于Focal Loss和CIoU Loss的联合损失函数，对模型进行优化，提高识别精度。以苹果为例进行的试验结果表明：经过数据集训练之后的改进模型，在测试集下的MAP（Mean Average Precision）值达到96.3%，较原模型提高了3.8个百分点；F1值达到91.8%，较原模型提高了3.8个百分点；在GPU下的平均检测速度达到27.8帧/s，较原模型提高了5.6帧/s。与Faster RCNN、RetinaNet等几种目前先进的检测方法进行比较并在不同数目、不同光照情况下的对比试验结果表明，该方法具有优异的检测精度及良好的鲁棒性和实时性，对解决复杂环境下果实的精准识别问题具有重要参考价值。     

浅谈青贮玉米收获机械的现状及发展趋势

玉米作为主要的饲养原料,其收获的机械化程度大大影响了畜牧业的快速发展,本文从传统的玉米联合收获机的特点与青贮玉米收获机的特点着手,基于国内外现状分析与比较,提出了国内研发的主要方向,并对青贮玉米收获机的市场前景进行了展望。     

玉米收获机割台高度自动调控系统设计与试验

针对目前国内玉米收获机割台操控仍依靠机械调控、调整不便等问题，设计了一种割台高度自动调控系统。该系统包括浮动压紧式仿形机构、STM32控制单元、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块等。浮动压紧式仿形机构由角度传感器、仿形板、扭簧、固定轴等组成，利用ADAMS软件得到了仿形板垂直高度变化情况并设计了扭簧，能够较好贴附地面行走。建立了割台高度自动调控参数模型，采用PID控制算法实现割台高度的自动调控。控制系统通过仿形机构检测割台的离地高度，经STM32控制单元处理后，通过割台油缸自动调整割台的离地高度。测试结果表明，割台在按键模式下调控时平均响应速度为0.42m/s，在自动调控模式下割台实际高度与设定高度的误差在20mm以内，均满足玉米收获机割台调控的需要。研究结果可为玉米收获机智能化设计提供参考。     

低对比度条件下联合收割机导航线提取方法

针对强光照下成熟小麦已收割区域和未收割区域对比度低、收割边界获取难度大的问题,该文提出了一种基于区域生长算法的联合收割机导航线精确提取方法。对摄像头采集的作物收割图像,利用区域生长算法分割出图像中未收割区域。生长阈值通过对图像灰度直方图高斯多峰拟合进行自适应计算。对分割得到的二值图像进行形态学处理,获取作物已收割和未收割区域分界线,然后采用最小二乘法拟合收割机作业导航线。试验结果表明:在小麦已收割和未收割区域对比度很低的情况下,所提方法能够精确地提取出小麦收获边线,并得到收割机作业导航线,与人工标定导航线夹角平均误差小于1.21°,可以为联合收割机的自动导航研究提供参考;处理一张900×1 200像素的图像时长约0.41 s,基本满足联合收割机导航作业的实时性要求。与传统方法对比发现,该文方法不易受作物生长密度和麦茬的干扰,导航线的提取精度更高,单幅图像的处理时间略有增加,但基本满足实时性作业要求。     

双通道喂入式再生稻收获机研制

针对再生稻的头季稻机械化收获和低碾压率收获需要,该文设计了一种双通道喂入式再生稻收割机,主要由履带式底盘、割台、2套左右对称布置的脱粒清选装置和秸秆粉碎器、粮箱及动力与传动系统等组成。基于再生稻头季稻机械收获稻茬碾压模型确定其割幅为3000 mm,底盘轨距1500 mm,履带宽度400 mm,履带接地长度1800 mm。对双通道割台、秸秆粉碎器等关键部件进行设计分析,确定搅龙中部2个螺旋叶片起始位置的周向夹角为180°、秸秆粉碎器排草尾板外侧板倾角为8.2°、内侧板倾角为6°、上盖板与垂直方向夹角为63°。田间试验结果表明:该机作业速度可达0.8 m/s,喂入量4.6 kg/s,总损失率2.1%,含杂率0.4%,破碎率0.2%。直行碾压率26.7%,作业性能稳定,作业过程顺畅,尾部秸秆粉碎器可将碎秸导入履带碾压区。与现有常规收割机相比,该机可使再生稻头季稻的直行碾压率降低16.2%,可使再生季每公顷增产23.9%。该研究可为长江中下游地区再生稻机械化收获技术与装备研究及推广提供参考。     

定量铺放自走式大葱联合收获机研制

为了提高大葱的机械化收获水平,该文结合大葱种植模式和农艺制度,设计了一种自走式大葱联合收获机。该机能够一次完成大葱的挖掘、抖土、喂入、夹持输送、二次去土清杂、收集、成堆铺放作业,主要由挖掘抖土装置、柔性夹持输送装置、收集卸料装置等关键部件组成。通过作业过程的理论分析和计算,确定了各关键部件参数。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以整机前进速度、挖掘铲水平倾角、抖土频率、气缸伸缩周期作为试验因素,以大葱含杂率和损伤率为评价指标,开展了四因素三水平正交试验。通过Design-Export 8.0.6.1数据分析软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,分析各试验因素对大葱含杂率和损伤率的影响,并对试验因素进行参数优化。试验结果表明:影响大葱含杂率的各因素显著性顺序为整机前进速度>抖土频率>挖掘铲水平倾角>气缸伸缩周期,影响大葱损伤率的各因素显著性顺序为挖掘铲水平倾角>抖土频率>气缸伸缩周期>整机前进速度;最优工作参数组合为整机前进速度0.7 m/s,挖掘铲水平倾角35°,抖土频率4.3 Hz,气缸伸缩周期2.5 s,此时大葱含杂率的模型预测值为3.00%、损伤率为1.66%,田间试验的大葱含杂率为3.14%、损伤率为1.74%,与模型预测值的相对误差均小于5%。研究结果可为自走式大葱联合收获的结构完善和作业性能优化提供参考。     

玉米收获机自动对行系统设计与试验

为提高玉米收获机的对行质量,减轻驾驶员的劳动强度,设计了一套玉米收获机自动对行系统,包括自动对行感知系统和路径跟踪控制系统。感知系统由激光雷达、机械式对行传感器、陀螺转角仪等组成,激光雷达检测进入地块前的横向偏差,机械式对行传感器检测收获作业时的横向偏差,陀螺转角仪检测航向偏角。以纯追踪模型作为路径跟踪的控制方法,利用模糊控制原理动态调整纯追踪模型中的前视距离,结合收获机的运动学模型,确定收获机转向轮的期望转角,并通过Matlab/Simulink软件对模型进行仿真分析。将自动对行系统搭载于4YL-6型玉米收获机上进行田间试验,结果表明,激光雷达静态检测试验的偏差均值为0. 077 5 m,标准差均值为0. 130 9 m,偏差在±15 cm和±30 cm内的比例均值分别为80. 5%和95%;激光雷达地头自动对行试验的平均调整距离为7. 89m,平均偏差为0. 146 m;基于机械式对行传感器的收获作业自动对行试验的偏差均值为0. 087 6 m,标准差均值为0. 097 6 m,偏差在±15 cm和±30 cm内的比例均值分别为83. 1%和100%。试验结果满足玉米收获机的对行作业要求,可为玉米收获机的自动对行提供理论支持。     

叶片挥舞振动后风轮流场特性

为了研究水平轴风力机叶片挥舞振动后风轮尾迹流场特性的变化规律,以某NACA翼型风轮为研究对象,通过自定义UDF代码及采用动网格技术成功控制了叶片振型,使得风轮在三维旋转的同时做垂直于旋转面的挥舞运动.数值模拟中利用Fluent计算平台对风轮尾迹速度场、涡量场及压力脉动特性进行研究.研究结果显示:施加振动后风轮在1个旋转周期内均会在叶中附近产生相对速度增益区、叶尖处会产生速度亏损区域,从而使叶片受力更加不均匀,出现较大压差,加速叶片的损坏与断裂;施加挥舞振动后叶尖处涡量强度增加,叶尖涡的脱落有所延迟;施加振动前后压力脉动均呈现周期性波动,且在径向0.5 m处压力脉动波动最为明显.通过引入新的非定常因素,揭示挥舞振动对风轮尾迹流场特性影响规律,使数值模拟结果更加逼近风力机实际运行状态,对风力机叶片设计具有指导意义.     

基于Netty和Marshalling的青饲机工况远程监测系统研究

针对青饲机工况信息数据的采样频率、并发量不断增大时,会造成I/O速度降低和数据丢包率上升等问题,研究了车载终端与云服务的数据通信协议和长字符串编解码方法,分析了Netty框架和传统NIO框架对并发量的影响,比较分析了Java序列化、Protobuf和Marshalling等3种编解码方法,提出数据采集、数据传输、Web应用三者分开的技术方案,设计了基于CAN总线技术、Netty自定义通信协议的青饲机工况信息远程监测系统。模拟试验结果表明,在500 ms发送周期下,本系统比传统的数据采集系统在并发总量上提高了0.8倍;在200、100、50 ms发送周期下,采用Marshalling的系统性能比采用Java序列化的系统,在I/O速度上分别提高0.4、3.9、1.5倍。田间试验结果表明,系统运行平稳,具有很好的稳定性和可靠性。对青饲机主要部件的工况数据统计分析表明,数据对工况诊断具有参考性,系统基本满足对青饲机主要部件工况的监测需求。该系统能够在高频次、高并发量下提高I/O速度,保证稳定的数据接入量。     

大豆机收清选筛田间性能试验与分析

针对现阶段谷物联合收获机清选筛对大豆清选适用性较低以及大豆机收田间性能试验研究较少的现状,以久保田联合收获机PRO688D为试验机具,濉科20大豆为试验品种,以常规鱼鳞筛、加长鱼鳞筛、错位鱼眼筛、线性鱼眼筛和贝壳筛为上筛,网筛、圆孔筛和六棱孔筛为下筛,鱼鳞尾筛和栅格尾筛为尾筛,以清选损失率和含杂率为清选筛对大豆清选作业水平的评价指标,进行了大豆机收清选筛田间性能试验。利用模糊综合评价法对田间性能试验的数据进行了分析与评价,完成鱼鳞筛筛片开度、上筛、下筛、尾筛以及清选筛组合在大豆机收清选适用性方面的优化工作。清选作业水平评价结果表明,大豆机收清选适用性最佳的鱼鳞筛筛片开度是28 mm。进一步对不同尾筛、上筛、下筛和清选筛组合的清选作业水平进行评价,得出不同清选筛对大豆清选适用性情况为:栅格尾筛优于鱼鳞尾筛;贝壳筛和六棱孔筛是大豆机收清选适用性最好的上筛和下筛。大豆机收清选适用性最佳的上筛、下筛和尾筛组合为贝壳筛、六棱孔筛、鱼鳞尾筛,此时大豆机收田间性能试验的清选损失率为2.04%,含杂率为0.53%。试验结果表明,应用模糊综合评价法综合评价不同清选筛对大豆机收的清选损失率和含杂率,并进行清选作业水平的优选,可有效提高谷物联合收获机清选筛对大豆的清选适用性。该研究可为解决谷物联合收获机清选筛对大豆低适用性问题提供实际依据,对降低大豆联合收获机清选损失率和含杂率的田间试验研究起到推进作用,为研发适用于大豆收获的联合收获机清选装置提供参考。