高架栽培配套基质自动移动摊铺机设计与试验

针对现有高架栽培中的基质摊铺作业仅靠人工完成、劳动量极大等现状,设计了集基质运送、箱内出料、双侧分料落料和均匀摊填为一体的高架栽培配套基质自动移动摊铺机。根据栽培高架设施结构参数和基质流动特性测定结果,提出了基于少量人工操控介入的自动作业式基质架间双侧浮动移动摊铺方案,并设计了箱内折弯出料机构、双侧落料与架上摊平机构等关键部件,解决了箱内基质向上均匀出料及出料-排料协调难题,并实现了对高架竖直方向较大尺寸误差的补偿。完成了参数定型和样机开发,并进行了性能试验验证。试验结果表明,该机实现了330 m2/h的双侧4槽基质精量摊铺作业,能满足100 mm高度误差的仿形作业,4个槽内基质深度相对误差仅分别为7.72%、6.75%、9.33%和9.66%,各槽内基质深度平均误差仅2.01 mm,达到较好的4槽基质平均和均匀摊铺效果。该机为实现高架栽培的机械化配套作业提供了装备支持。     

基于侧向光电圆弧阵列的温室路沿检测与导航方法

针对现有温室移动机器人沿边导航技术的精度与实时性不足等问题,提出了一种基于光电开关圆弧阵列的沿边导航方法.提出了基于圆弧阵列理想目标带原理的位姿检测与调控方法,并建立了基于光电圆弧阵列信号触发数与触发中心序号双指标的位姿检测模型,按照双指标的不同阈值进行车体位姿状态归类并触发相应调控轨迹程序,进而根据由该双指标数值计算得到的位姿给定各调控轨迹参数,实现实时的沿边导航.试验结果表明,在0.15 m/s速度内,小车的沿边位置与姿态偏差分别保持在-35 mm～+15 mm和-5°～+5°范围内,能够满足实际施药、搬运等作业的行走需求.同时小车的调控周期约为2m,实现了温室内低调控频度的沿边平顺导航,并且沿下沉路沿行走时,能够适应300 mm长的杂物.该方法为温室环境下的低成本快速沿边导航提供了新的技术思路.     

散体物料堆自动上料机的设计与试验

针对现有物料上料设备均靠人工或配套的机械才能完成将堆放在地面的物料向输送系统的投放或喂入,而不具备自动上料现状,研制了一种物料自动上料机。设计了曲柄摆杆式铲料机构,解决了对料堆的自动取料难题,并完成了参数定型和样机开发。以无土栽培基质为对象、上料效率为试验指标开展试验,结果表明:自动上料机在带速0.2~0.5m/s时能够顺利实现将地面基质铲运并抛洒至输送带上,可实现5.2L/s的基质装箱效率。试验验证,该设备也能有效满足谷物、面粉、肥料等农业散体物料堆的上料作业需要,为自动化上料提供了新型的实用装备。     

温室自主沿边导航的移动平台设计与试验

本研究根据规范化建设的温室行间道路环境及多作业工况等要求,开发了六轮式差速结构移动平台。针对移动平台的承载、转弯灵活性等要求,进行了移动平台承载结构设计;针对多作业模块换接与操控简单性要求,设计了多功能作业模块接口及控制电路。同时,提出了一种基于光电圆弧的沿边导航方法,通过侧向布置的光电圆弧来获取温室移动平台相对于路沿的位姿信息,并基于此位姿信息设计了沿边控制方法。最后,对移动平台进行了直线行走、作业模块搭载及沿边行走试验,结果表明:移动平台实际速度约为理论速度的92%,能够顺利地识别作业模块,且在0.15m/s速度内沿边行走的位置偏差保持在-35~+15mm,能够满足一般温室作业需求。     

机器人采摘葡萄果穗振动仿真与试验

针对机器人摘取及移送过程中导致的果穗振动与果粒脱落问题,提出了一种面向穗轴激励输入的果穗振动仿真模型。以葡萄为研究对象,在果穗"梗-果"结构特性基础上,提出了"挠性杆-铰链-刚性杆-质量球"复合果穗模型,并由试验确定了模型中各级梗间铰链弹性系数与阻尼系数、果粒尺寸与质量的正态分布规律,获得了主穗轴的抗弯特性。进而利用激光3D扫描重构得到梗系统,根据试验结果分别进行刚性、挠性杆件定义和果粒与梗间铰链的添加,构建得到果穗振动仿真模型。通过仿真精度验证试验发现,在激励作用的加速、匀速和减速阶段,经正态分布统计仿真与实测中果穗的各果粒摆角均值与标准差相差均在2%和6.6%以内,表明不同阶段其精度均良好。最终利用该模型分析了不同激励方式及不同采摘阶段对果穗振动的影响。果穗振动仿真模型的建立,为实现各类果穗的机器人"减振低脱"采摘提供了有力的分析工具。