一种无人多旋翼喷雾飞行器的设计

鉴于南方田块小、分布散、不适合使用大型机械等特点,根据植保飞行作业的负载要求,设计制作了一种用于农田喷雾作业、负载10 kg的多旋翼飞行器。飞行器机架采用全碳纤维结构,连接部分采用硬化铝材。通过农田试验对设计方案的可行性进行验证,结果表明,飞行器整体结构稳定,性能可靠,在满载的条件下可持续作业15 min左右,作业效率高而劳动强度低。     

植保四轴飞行器的模糊PID控制

针对当前植保四轴飞行器在作业过程中自身载荷发生改变后的飞行控制性能下降、抵抗环境扰动能力差的问题,该文改进了传统比例积分微分(proportion,integration,differentiation,PID)控制算法,提出了一种模糊PID控制算法。该文通过研究四轴飞行器的姿态解算和飞行原理,设计了以STM32系列的单片机为核心处理器的四轴飞行控制系统。采用AHRS模块实时解算飞行器姿态参数,结合模糊控制和PID控制算法调节电机的输出量来控制飞行姿态。试验结果表明:与传统PID相比,模糊自整定PID控制算法适应性强,参数整定简单,系统的动态响应能力和稳定性获得了提高,实现了四轴飞行器的稳定飞行。该文为植保无人机控制算法研究提供了一定的参考。     

荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置研制

针对荸荠收获泥果分离难、果实损伤率高的问题，根据旱地环境下荸荠采收作业需求，该研究提出一种由正反旋弹簧并排布置的荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置。通过对荸荠与弹簧辊的相对运动过程动力学分析，确定了影响荸荠收获泥果分离的关键因素为弹簧外径、螺距、相邻弹簧间距、高度差及弹簧转速、线径、作业速度。利用EDEM软件建立泥果混合物离散元模型，对弹簧辊结构参数与工作参数进行单因素试验，分析各因素对泥果分离效果的影响。以荸荠筛分率和土壤筛分率为指标进行二次回归正交试验，得到弹簧辊最佳参数组合为外径100 mm、螺距30 mm、间距9 mm、转速420 r/min，该参数组合下荸荠筛分率为80.00%，土壤筛分率为80.69%。进行仿真验证试验，对比试验结果与模型预测值，荸荠筛分率平均相对误差为2.09%，土壤筛分率平均相对误差为2.42%。以明果率、伤果率、破皮率、挖净率为指标开展模拟采挖试验，分析不同线径弹簧辊的泥果分离能力，确定12 mm线径弹簧兼具较好的振动筛分性能和较低的损伤率。通过实际收获试验测得作业速度0.21 m/s，作业效率0.19 m² /s，碎土率75.61%，明果率82.42%，伤果率14.73%，破皮率7.01%。研究结果可为荸荠收获机研制和优化改进提供参考。     

自走式西瓜盆栽土壤信息采集装置设计与试验

为满足高频次获取西瓜植株种植土壤中湿度和其他养分含量的需求,同时解决西瓜温室大棚内由于盆栽种植密集、空间狭小所带来的人工采集数据劳动强度大、作业环境恶劣等问题,设计了一种电动自走式土壤信息采集装置。该装置的移动平台可沿预设轨道到达盆栽相应位置,多关节机械手模拟人工检测方式伸至西瓜盆栽土壤中,对湿度数据自动采集。利用设计的采集装置整体结构以及多关节机械臂机构、传感器检测部件的结构,构建了该装置的控制系统和通信系统,并进行了西瓜盆栽土壤湿度采集试验。结果表明,该采集装置稳定行走的最大速度为0.24 m/s,多关节机械臂搭载传感器能精确插入盆栽土壤中,其水平方向定位误差最大值为11 mm,装置检测盆栽的漏检率为0.92%,采集土壤信息的效率为3.2盆/min,作业流畅、性能稳定,采用循环轮检方式可替代人工完成所有盆栽土壤信息的自动采集工作。研究表明,该采集装置相比人工采集提高了盆栽信息采集的效率,也实现了高频次、高通量采集盆栽土壤信息的要求。     

鲜莲籽离散元仿真参数标定

【目的】确定鲜莲籽机械化加工过程中离散元仿真模型参数，为鲜莲籽机械化加工仿真试验提供数据参考。【方法】本研究利用EDEM仿真软件开展鲜莲籽离散元仿真参数标定。以产自湖北洪湖的‘太空莲36号’为试验对象，通过落种试验测定鲜莲籽实际落种的堆积角和休止角。基于Hertz-Mindlin (no slip)接触模型进行鲜莲籽落种仿真试验，以鲜莲籽堆积角和休止角的实测值与仿真值之间的误差为试验指标，通过PlackettBurman试验确定对堆积角和休止角影响显著的接触参数，通过最陡爬坡试验确定鲜莲籽离散元模型最优接触参数组合。采用料斗进行实际落种验证试验，以莲籽落种速率为试验指标，对比实际与仿真落种验证试验莲籽落种速率，验证最优参数组合可靠性。【结果】莲籽间静摩擦系数、莲籽间滚动摩擦系数对堆积角影响极显著(P<0.01)；莲籽间滚动摩擦系数对休止角影响极显著(P<0.01)，莲籽间静摩擦系数、莲籽-有机玻璃静摩擦系数对休止角影响显著(P<0.05)。最优接触参数组合为莲籽间静摩擦系数0.4、莲籽间滚动摩擦系数0.02、莲籽-有机玻璃静摩擦系数0.4。落料验证试验结果表明，实际试...