TRIZ理论在深根茎类作物挖掘机构中的应用

针对目前我国深根茎类作物挖掘机械中没有成熟的产品以及产品设计方法较为传统、落后的现状,运用一种解决发明问题的新型创新理论-TRIZ理论中的40个发明原理、39对矛盾矩阵及诸多相关理论,对深根茎类作物挖掘装置中的关键部件-挖掘铲的多种设计方案进行分析、比较和研究,最终得出较为理想的设计方案.采用该方案设计的挖掘铲在挖掘过程中可以实现不壅土,并能顺利地切断根茎,能使作物的根茎与土块、石块在挖掘铲上上升过程中高效地分离,且能实现减少根茎损伤的目标,从而达到降低挖掘阻力的目的.最后,运用Pro/E软件将最终设计的挖掘铲在计算机中进行虚拟仿真,并对仿真模型进行仿真分析,结果表明,挖掘铲的设计方案达到了预期目的.     

我国甘蔗收获机虚拟样机技术研究现状与展望

我国甘蔗收获机械化研究已有40年多历史,但一直没有真正定型的机型得到广泛推广使用,说明人们对机械化收获甘蔗过程中复杂的运动学和动力学内在规律认识还不够,没有找到有效的解决方法.为此,综述了国内甘蔗收获机虚拟样机技术的研究成果,提出了今后应在完善关键部件功能仿真、整机模型仿真、整机性能匹配仿真等方面开展深入研究,提高整机模型的仿真性能.     

整秆式甘蔗收获机内物流排杂高速摄影分析

为了研究整秆式甘蔗收获机内物流排杂运动机理,研制了甘蔗收获机内物流排杂试验台,并利用高速摄像机拍摄了甘蔗与蔗叶在物流通道内的运动全过程,并对图像进行分析。结果表明,甘蔗在物流运动过程中发生弹跳、扭转和弯曲变形,在剥叶运动过程中发生断尾,并且通过排杂装置将蔗叶与甘蔗分离后排出。通过建立甘蔗收获机内各部件元件与甘蔗、蔗叶的简化力学模型,结合甘蔗和蔗叶的力学特性分析了甘蔗和蔗叶在物流通道内的运动机理。甘蔗在物流运动中主要受到的作用力为各部件对甘蔗的轴向力、垂直于甘蔗运动方向的切向力和摩擦力。     

基于高光谱成像的水稻穗瘟病害程度分级方法

为了快速、准确地进行水稻穗瘟病害程度分级,以实现水稻品种抗性评价或精准的田间化学防治,该研究提出了一种光谱词袋(bag of spectrum words,Bo SW)模型分析方法,分析稻穗的高光谱图像,自动评判穗瘟病害程度。首先,稠密规整地将高光谱图像分割成小立方格,计算每个立方格像素的平均全波段包络矢量,用K-Means算法聚类形成典型光谱包络词典。词典中光谱包络"词"(word)用作高光谱图像表达的"基",直方图统计各光谱"词"在高光谱图像样本中的出现频度,形成光谱图像的词袋表达。采用Hyper SIS-VNIR-QE光谱成像仪获取田间采集的170株稻穗样本高光谱图像,用Bo SW方法生成其词袋表达;植保专家根据病害程度类别确定光谱图像样本标签。随机选择2/3"词袋表达-病害程度等级标签"数据对构成训练集,采用卡方-支持矢量机(chi-square support vector machine,Chi-SVM)分类算法建立穗瘟病害程度分级模型。余下的1/3样本构成测试集,测试穗瘟病害等级模型的预测性能,分类识别精度为94.72%,高于主成分分析(principle component analysis,PCA)、敏感波段选择等传统光谱分析方法,其识别精度分别为83.83%和79.83%。该研究提高了穗瘟病分级的自动化程度和准确率,也可为其他病害分级检测提供参考。     

条状组培苗负压拾取手设计与试验

目前,组培苗移植设备中针对组培苗抓取主要采用尺寸定位方式夹持,夹持手结构复杂,占用空间大,且对幼嫩的组培苗会有一定的损伤,影响后期成活率。为克服以上问题,该研究设计了一基于负压吸附的力定位单株条状组培苗拾取手,并对负压拾取手吸嘴内腔体,吸嘴材料及吸嘴口尺寸进行了设计。该论文对吸嘴内腔体形式采用CFD(computational fluid dynamic)软件进行了仿真分析,并通过拾取对比试验验证,确定吸嘴内腔体采用变形腔体结构为宜;对吸嘴材料及吸嘴口尺寸进行正交试验、单因素试验及交互作用试验,试验结果表明在组培苗吸嘴采用厚度为0.5 mm,内径为6 mm硅胶管,吸嘴口处长圆形半径为0.7 mm,吸嘴口唇高为1.5 mm的组合下,拾取手吸嘴对苗径在1.2~2.0 mm范围内的单株条状组培苗拾取效果稳定。在较优组合条件下,整体性能试验证明组培苗负压拾取手拾取系统吸附成功率可达到98%,能够满足下一步的移植插入作业要求。     

风送式喷雾机导流器结构优化及试验研究

风送式喷雾机风筒内部结构影响风场的分布及喷雾机的效率。该文利用仿真方法,研究了风筒内导流片数目对内部流场的影响;仿真研究柱形导流器、锥形导流器及半椭球形导流器结构对风筒流场的出风速度、压力损失的影响;以效率高为优化目标,优化导流器的形式及结构;利用试验样机,对安装优化后导流器的风筒进行了实际测量,并与导流器优化前的测量结果进行了对比分析。仿真及试验结果表明:导流片数目一般以4～5为宜;导流器优化后,当风扇工作转速为2926.5r/min时,可节约电能4.88%。导流片的安装既有利于将风筒内的旋转气流转化为轴向的气流,同时又产生压力损失;导流器的结构对风筒的压力损失率、出风口风速产生较大的影响,其中半椭球导流器产生的压力损失率最小。     

振流式精密播种装置种层厚度检测及控制系统研制

为提高振流式精密播种装置的播种合格率和播种稳定性,减少种子流动性的不同对播种合格率的影响,研制了基于超声波传感器的种层厚度检测和控制系统,对播种过程中的播种量实现全程监控和自动控制。试验表明:自动控制系统能有效检测出匀种装置筛分板上种层厚度的变化,并根据播种时种子流动性的不同,调整供种装置的振动幅度和频率,使种层厚度保持在设定的范围之内,调整时间约为4.32s;且当种子流动差异性过大时能有效报警;采用检测和控制系统后振流式精密播种装置杂交稻2～5粒/穴或取秧面积的播种合格率由80.1%提升到87.3%。该研究为杂交稻精密育秧播种装置的研究奠定了基础。     

斜插式嫁接机砧木子叶气吸夹结构及作业参数优化试验

针对目前插接式瓜类自动嫁接机作业过程中,砧木夹持采用的压苗机构,普遍存在机构复杂、机构动作耗时影响作业生产率等问题,开发了一种砧木子叶气吸夹。该文以瓜类嫁接生产中常用的黑籽南瓜砧木标准苗和黄瓜接穗标准苗为作业对象,通过砧木子叶展平特性测定和气吸夹结构与作业参数优化试验研究,确定了气吸夹的优化结构与作业参数,并在2JC-600B型斜插嫁接机上进行了带压苗机构砧木夹与砧木子叶气吸夹性能对比试验。结果表明:在气源工作压力0.25 MPa、吸孔直径4 mm、吸孔距生长点距离30 mm时,气吸夹展平子叶成功率可达100%;与压苗机构砧木夹相比,采用气吸夹可减轻操作者熟练程度对嫁接机作业性能的影响,提高子叶展平成功率和嫁接成功率,对于熟练操作者,在满足嫁接作业质量要求的情况下可减少砧木上苗作业时间1 s,使嫁接生产率由514株/h增至600株/h,提高16.7%。该研究结果可为斜插式嫁接机的开发设计提供参考。     

基于视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法

准确分割水果图像是采摘机器人实现视觉定位的关键技术。该文针对传统模糊聚类对初始聚类中心敏感、计算量大和易出现图像过分割等问题,结合机器人的视觉特性,提出了一种基于多尺度视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法。首先,选择适当的颜色模型把彩色水果图像转换为灰度图像;然后对灰度图像做不同尺度的高斯滤波处理,基于视觉显著性的特点,融合了多个不同尺度的高斯滤波图像,形成图像聚类空间;最后,用直方图和模拟退火粒子群算法对图像的传统模糊聚类分割算法进行了改进,用改进的算法分别对采集到的100张成熟荔枝和柑橘图像,各随机选取50张,进行图像分割试验。试验结果表明:该方法对成熟荔枝和柑橘的图像平均果实分割率分别为95.56%和93.68%,平均运行时间分别为0.724和0.790s,解决了水果图像过分割等问题,满足实际作业中采摘机器人对果实图像分割率和实时性的要求,为图像分割及其实时获取提供了一种新的基础算法,为视觉精确定位提供了有效的试验数据。     

基于ASP.NET技术的荔枝园智能灌溉远程监控系统的设计与实现

为了实现荔枝园环境的远程监控和智能化管理,设计了基于ASP.NET技术的荔枝园智能灌溉远程监控系统,包括终端监控设备、网关和网络监控系统。终端监控设备定时采集荔枝园的温度、湿度和土壤含水率等环境信息,通过Zigbee无线通信技术传输到网关,网关通过互联网将环境数据传输到网络监控系统,网络监控系统基于B/S模式,运用ASP.NET技术,实时显示荔枝园环境参数以及做出智能灌溉决策。用户可以通过系统实时掌握荔枝园的土壤环境信息、各个节点剩余能量、控制灌溉状况和学习荔枝种植知识。试验表明,系统在荔枝园中的平均丢包率仅为3.87%,通信效果良好;当环境信息超出正常范围时,系统会向果农发出预警信号;通过智能灌溉方法,使得灌溉区域土壤含水率平均值为17.85%,高于荔枝生长的最佳土壤含水率的下限,满足荔枝生长的要求。系统运行稳定,界面友好,操作简单,能够实现远程实时监控荔枝园环境并及时做出智能灌溉决策。