串番茄采摘末端执行器的设计与夹持实验

基于串番茄生长特性和采摘要求,设计了一种适应于采摘成串番茄的末端执行器。基于螺旋理论,建立了夹持接触力学模型,分析了夹持的力封闭性;同时,建立了稳定夹持模型,对夹指的可靠夹持力进行了分析,得出夹持力F≥8.24N。制作了物理样机,并对直径为3~8mm的串番茄母枝进行了负重干扰性能的夹持实验,实验结果表明:夹指所能承受的动态负重随母枝直径的增大而增大,最小动态负重为1.015kg,完全满足采摘串番茄时的夹持能力需求。     

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。     

基于双目立体视觉的重叠柑橘空间定位

果实的精准识别和定位是智能采摘面临的难题之一。基于双目立体视觉，提出了一种针对户外重叠柑橘的三维空间定位方法。首先，从双目左右图像中提取重叠柑橘果实轮廓并进行高斯平滑，通过曲率分析，找出异常的轮廓像素点；其次，依次连接相邻两个异常像素点，分析该线段上的像素点到柑橘轮廓的距离，在相邻两正常线段的交点处完成重叠柑橘轮廓分割，并通过寻找异常线段剔除对应的非柑橘轮廓像素点；再者，采用最小二乘椭圆拟合方法重建柑橘目标轮廓，并获取柑橘的中心；最后，根据双目极线约束和图像相似度，对重叠柑橘中心点进行匹配，并基于视差原理计算柑橘中心的深度值及三维空间坐标，确定重叠柑橘的遮挡关系。户外实验结果表明,所提出的方法定位误差为6.38 mm，满足柑橘采摘机器人户外采摘作业的定位精度要求。     

基于PID直流电机驱动的移动式采摘机器人设计

为了提高移动式采摘机器人的控制效率和移动精度,将直流电机驱动电路引入到采摘机器人移动控制系统的设计中,并采用PID算法对移动速度进行调节,从而避免采摘机器人在移动过程中产生较大的速度波动,提高其作业时的平稳性。为了验证PID算法在采摘机器人移动控制系统上使用的可行性,模拟葡萄采摘机器人的作业环境,对采摘机器人移动过程的速度控制进行了仿真模拟,结果表明:达到速度预定目标时,PID算法比常规算法具有更快的响应速度,调节过程也更加平稳。     

夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤，该研究针对夹茎取苗方式，提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理，建立机构运动学理论模型，并对凸轮轮廓曲线进行设计，结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点，基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化，并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系，建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型，利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析，验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验，通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性，验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明，取苗机构工作性能可靠、稳定，取苗频率为80株/min时，取苗成功率为92%，投苗成功率为94.2%，伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。     

基于深度学习的小浆果一体化智能采摘与分选研究进展

小浆果因具有较高的营养价值和保健作用深受人们喜爱，被国际市场誉为第3代水果。随着市场需求量的增加，林业小浆果的智能采摘与分选成为一种新的趋势。目前，由于现有技术自动化和智能化程度不高，导致大量人力、物力的投入。深度学习方法的飞速发展促进了检测技术的精确作业和检测精度的提高。文中概述了深度学习的发展进程，通过总结国内外关于深度学习方法在小浆果采摘与分选中的应用，提出深度学习方法在实际应用过程中存在的问题及解决措施，并展望深度学习方法在小浆果智能采摘与分选检测方面的发展趋势。     

树莓采摘机械研制必要性分析

随着树莓推广种植面积的不断增加,树莓人工采摘劳动强度大且效率低、成本高的问题已经严重影响到树莓产业的发展。在调查研究国内外树莓采摘机械化发展现状、市场需求情况和预期效益的基础上,分析研制树莓采摘机械的必要性,为促进我国树莓生产机械化发展提供依据。     

中华红叶杨的扦插繁殖技术

中华红叶杨叶片颜色春、夏、秋三季四色,既可以作为彩叶树种又可以作为用材树种,不仅集绿化、彩化、净化多种功能于一体,而且作为速生树种,经济效益显著。中华红叶杨的扦插繁殖技术要点：选地整地、剪取插穗、适时扦插,田间管理措施遵循及时浇水、中耕,松土锄草、摘芽修枝的原则。     

一种便捷剪式摘果器

目前,在我国大部分地区的果实采摘主要依靠人工进行操作,纯人工操作虽然在采摘过程中能够对果实进行保护,但采摘果实费时费力且存在高空作业危险的问题,效率较低,人工成本较高。随着社会的发展,出现了各式各样的采摘机和摘果平台,虽可提高采摘效率,但基于果树种植密度较大、果实生长高度不一及大小各异的特性,使用此类采摘机和摘果平台经常使果实在采摘过程中容易造成果实损伤而影响其外观品质,且采摘系统制造成本较高。目前也设计出各种果实机械采摘器,虽然成本得以降低,但存在携带不便或操作复杂或只局限对果树一定高度范围内果实采摘或对果实保护度不够等种种问题,导致果实采摘操作不便、效率较低且采摘质量较差。因此,发明一种可配合人工操作进行果实采摘的便携式简易便捷型机械工具显得极其重要。我们发明了一种便捷剪式摘果器,通过铰接杆带动摘果碗剪切刀片闭合剪断果蒂,从而实现果实的快速且安全采摘。该摘果器属纯机械设计,设计巧妙,结构简单,便携性好,操作方便快捷,成本较低,很适合在我国果实采摘领域内大面积推广应用。     

水平摘锭式采棉机采摘头传动系统优化与试验

为了提高水平摘锭式采棉机的作业效率,针对国产采棉机在高速作业过程中存在采摘速比系数匹配不当、采摘头传动系统不合理的问题,该研究根据水平摘锭式采棉机采摘头结构与工作原理,对采摘头传动系统、采棉机采摘机理进行分析,根据传动系统传动要求和采棉机采摘条件,建立目标函数与约束条件,运用遗传算法和1stOpt软件对采摘头传动系统进行优化分析。优化结果为:滚筒动力齿轮齿数为72,离合器上齿轮变位系数为-0.14,滚筒动力齿轮变位系数为1.208,齿轮顶隙系数为1.25。结合采棉机作业要求搭建棉花采摘性能试验台,选取采摘滚筒转速113～143 r/min、作业速度5.93～7.20km/h,对优化前后采摘头的作业性能进行验证试验。结果表明:优化后的采摘头作业速度由6.4km/h提升至7.2 km/h,工作效率由4.86 hm~2/h提升至5.47 hm~2/h,提高了12.5%;优化后的采摘头在7.2 km/h的作业速度下,采净率由90.4%提升至93.7%,采净率提高了3.6%,含杂率由10.28%降至9.72%,含杂率降低了5.4%,验证了传动系统优化结果的合理性。该研究可为国产采棉机采摘头的研发提供参考。