基于逆运动学降维求解与YOLO v4的果实采摘系统研究

为提高采摘设备的执行效率，采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统，该系统可自动识别不同种类的水果，并实现自动采摘，可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止，并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程，从而避免了大量的矩阵运算，使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真，验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中，为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调，采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位，在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集，分别对不同种类的果实进行识别模型训练，在GPU环境下进行测试，结果表明，每种果实识别的准确率均在94%以上，单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试，该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。     

车载智能土壤采样系统设计与试验

针对传统土壤样本采集操作复杂、劳动强度大、采集精度低和缺乏信息化管理的问题，设计了一种车载智能土壤采样系统。该系统安装于无人驾驶采样车上，系统包括土壤样本自动采集装置和电气控制系统。对系统整个工作过程进行分析，确定了各关键机构及控制硬件的主要工作参数。电气控制系统以运动控制器为控制核心，土壤样本自动采集装置对不同深度范围的土样进行采集，并按地理位置信息分类收集，通过RFID读写器将GPS系统定位所解算的目标采样点的经纬度地理信息和采样深度等信息写入收集土样采样筒底部的电子标签中。性能试验表明，安装于无人驾驶采样车的车载智能土壤采样系统工作运行稳定、可靠，能够对农耕层0~200mm任意深度范围的土壤进行自动分层采样，效率高、精度高、全程自动化，能够按照位置信息进行分类管理，较好地满足了智能化高质量采集土样的需求。     

农用柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略及试验

针对农用柔性底盘前轮转向时两偏置轴转向机构难以保持联动关系而影响顺利转弯的问题,基于阿克曼转向几何与交叉耦合控制原理,设计了偏置轴转向机构联动耦合控制策略,采用模糊PID控制算法对两转向轮转角联动轮廓误差进行补偿,并依据方向盘信号大小和变化率对电磁摩擦锁PWM控制信号占空比进行调节,以匹配偏置电动轮转向的角速度,使两转向机构形成耦合而保持期望联动关系;基于MATLAB/Simulink对控制策略进行了仿真,且在硬化路面上实施了阶跃转向、蛇行转向及随机转向3种运动方式的试验验证,并对比分析了转角分配控制下的前轮转向效果。试验结果表明:耦合控制方法下柔性底盘前轮阶跃转向响应均在0.8 s内,左、右侧转角最大超调为1.3°;电磁摩擦锁的开闭可较好匹配电动轮的转向;左、右前轮对于各自目标角具有良好的跟踪性能;3种转向方式下最大与平均跟随误差值均小于分配控制方法;两轮联动的最大与平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;耦合控制下仿真与试验转角的轮廓误差变化趋势一致,最大误差为2.2°,证明仿真模型合理有效。耦合控制下偏置轴转向机构联动控制效果优于转角分配控制,转向效果良好,该文提出的柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略有效且可行。     

农药自动混药装置的研究现状与展望

目前,我国农作物病虫害防治主要依靠施用农药,现有的大多数农药剂型需要加水稀释,配制成一定浓度后再施用。近年,我国农业航空迅速发展,对农业航空的智能化农业机械装备的需求变得非常迫切。系统总结了农药自动混药装置类型以及农药自动混药装置特点,通过对农药自动混药装置研究发展概况分析,阐明了国内农药自动混药装置所存在的问题,展望未来农药混药装置的发展趋势,为后续的研究方向奠定基础。     

振动式水稻精密播种装置机理分析与试验

为提高振动式水稻精密播种装置的播种性能,分别对其定量供种机构和振动匀种机构的工作机理进行了分析与试验研究。利用离散元软件EDEM模拟了定量供种机构在有无振动作用下的供种过程。通过对比分析可知种箱振动板周期性的小幅振动可缓解种子的漏斗流动,促进扩散流动,同时使排种轮充填区的种子分布状态更加"蓬松",提高了供种频率,实现了稳定定量供种。通过模拟试验探究振动匀种机构不同种槽板对种子的流速和装置播种性能的影响,优选出V-90°、V-105°、V-120°和U1型4组种槽板,为装置优化试验提供了参考,减少了后续试验次数。分别进行常规稻供种和杂交稻低播量供种试验,得到了种箱振动板振动使排种轮供种频率提高3.64%和5.52%,验证了定量供种机构仿真研究结果具有较高的准确性。进行不同种槽板、播量和气压全因素播种性能试验,得到播种效果最佳的种槽板为V-120°种槽板,在40 g/盘杂交稻低播量播种时使用0.26 MPa气压播种,合格指数为93.91%,空穴指数为0.94%;80 g/盘常规稻播种时使用0.28 MPa气压播种,合格指数为96.10%,空穴指数为0,满足杂交稻和常规稻种子育秧播种的技术要求。     

Nested-LET柔性铰链设计与性能分析

针对平面折展机构中柔性铰链在承受拉压载荷时变形大、转动精度差等问题,基于外LET铰链和嵌套结构的方法,提出了一种Nested-LET柔性铰链。设计了该铰链的结构,利用等效弹簧模型推导了其弯曲及拉压等效刚度计算公式并给出了修正系数。通过设计实例的理论计算和仿真分析,验证了理论分析的正确性和设计的可行性。比较了相同尺寸的Nested-LET与外LET铰链的弯曲性能与抗拉性能,结果表明,Nested-LET铰链弯曲刚度增加了1.5倍,拉压刚度提升了30倍,且转动中心漂移量有所下降。最后,通过拉伸实验验证了分析的正确性。     

Monitoring of eucalyptus sprouts control using digital images obtained by unmanned aerial vehicle

This study evaluated the effectiveness of chemical control for eradicating eucalyptus sprouts using images obtained with Unmanned Aerial Vehicle (UAV). The study was carried out in eucalyptus plantations in Itabela, BA, in replanting areas during pre-planting application of herbicide. Aerial images obtained by a UAV were used to evaluate the effectiveness of the herbicide application for sprouts control. After the images were acquired, they were processed to calculate the normalized difference vegetation index (NDVI) and submitted to a supervised classification to quantify the percentage reduction of sprout green matter. The percentage data were submitted to analysis of variance and the means were compared by Tukey test at 5%. The differences, both visual and average percentages were observed only during the evaluation period with no evident effect of the treatments on sprout control. The images provided by the UAV allowed to monitor and identify visually the plots where biomass reduced or increased and to evaluate the effectiveness of chemical control of eucalyptus sprouts, indicating areas where it was nonexistent, partial or total.     

Preliminary Study of Variable Rate Application – Organic Liquid Fertilizer by Using SPAD Chlorophyll Meter on System of Rice Intensification (SRI) Cultivation

Knowing actual nutrient requirements for rice plants is crucial in supplying the correct amount of fertilizer, especially nitrogen since nitrogen is one of the most key limiting nutrients in rice cultivation. A preliminary study of variable rate application (VRA) on System of Rice Intensification (SRI) planting by using organic foliar fertilizer was carried out to determine the effectiveness of precision fertilization. Foliar fertilizer was formulated based on actual nitrogen needed by rice plants using Soil-Plant Analyses Development (SPAD) chlorophyll meter measurements. The experiment was laid out in a randomized complete block design (RCBD) with four treatments (50% fixed rate, 100% fixed rate, 150% fixed rate and VRA) and four replications for each treatment. Plant growth performances (plant heights, number of tillers, number of panicle and flower) and yield performances (grain yield, number of grain, 1000-grain weight and number of spikelets) were recorded during the study. The results showed that foliar application of VRA resulted in significantly higher yield performances; grain yield (13.65 g), number of grain (807.50), 1000-grain weight (16.79 g), and number of spikelets (7.50) compared to uniform fertilizer applications. VRA treatments had the highest SPAD readings at every planting stage during the experiment; however, a high nitrogen supply was needed during the mid-tillering stages (35 DAT) compared to other fertilizer rates. Besides, VRA application shows the most savings in term of total nitrogen supply (415 µg) compared to uniform rates application; 50% fixed rate (400 µg), 100% fixed rate (810 µg), and 150% fixed rate (1210 µg).     

勺夹式蚕豆精量排种器设计与试验

为提高蚕豆机械化播种质量，解决蚕豆精量播种难题，结合勺轮式排种器和指夹式排种器的优点，设计了一种勺夹式蚕豆精量排种器。根据蚕豆种子物理特性，分析确定了种盘工作区域范围、弧形滑道结构参数、种夹机构参数以及托种板关键参数。以种夹长度、种夹宽度和弯折角为试验因素进行了3因素3水平正交试验，通过试验确定了种夹较优参数组合为种夹长度15.5mm，种夹宽度10mm，弯折角35°，在较优参数组合下本排种器的株距合格指数为 95.11%、漏播指数为1.61% 、重播指数为 3.28% ，满足设计要求，为蚕豆精量排种器的设计提供理论指导。     

精细农业推进现代农业发展:机理分析和现实依据

精细农业是一种现代化农业理念,也是现代农业的重要板块和有效推手。新时期需要发挥精细农业的功能和作用,推动现代农业精细化发展,实现农业提质增效。精细农业是通过提高农业中生产投入的精细化程度、生产过程的精细化程度和农业产出的精细化程度来推进现代农业发展的。但是,中国农业发展过程中,依旧存在着农业生产要素扭曲错配、现代信息技术应用不足、农村新型经营主体发育不完善、资源环境发展不平衡、农业"三本齐升"现象突出和农产品供给失衡等问题,这些问题倒逼中国加快精细农业的发展。精细农业推进现代农业发展,需要建立精细化农产品基地,建立精细农业的生产体系、产业体系和经营体系,提高农业劳动力素质和培育"三农"工作队伍,加快科技兴农、质量兴农和绿色兴农步伐。