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.     

2JT-M-2014型茄果类蔬菜嫁接切削器的研制

针对茄果类蔬菜气动嫁接切削器价格较高、作业不方便等问题,研制出2JT-M-2014型手动切削器,有效解决了以上问题。为检测其性能,设计了以切削苗切削作业质量为目标函数,以刀片磨损度、切削苗茎径和切削速度为影响因素的三因素三水平试验。试验表明:刀片磨损度是主要的影响因素,植物茎秆直径和切削速度对切削效果影响不大;刀片磨损微小时,切削表面拉丝少而短,更有利于后期嫁接作业。另外,通过对切削器顶丝伸出高度和植物切削角度关系的测试,得出该切削器的切削角度可在35°~51°内调节。     

山地果园钢丝绳牵引货运机超声波避障系统

为避免山地果园钢丝绳牵引式货运机运行时碰撞穿越轨道的行人或其他障碍物,提高果园轨道货运系统的安全性和稳定性,开发了山地果园钢丝绳牵引式货运机避障系统,包括STC单片机、超声波测距、红外光电检测、无线通信、语音报警及手动控制等模块.系统设计指标为:障碍物检测距离不小于150 cm,避障成功率达到100％.系统应用试验结果表明:使用静态障碍物,上坡避障完成后货运机前端与障碍物间最小距离为100 cm,下坡避障完成后该间距为90 cm;使用动态障碍物,上坡避障完成后货运机前端与障碍物间最小距离为98 cm,最小延时为0.64 s;下坡避障完成后该间距为66 cm,最小延时为1.30s.     

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。     

基于电子鼻的果园荔枝成熟阶段监测

为了无损快速监测荔枝成熟阶段,该文提出了一种基于电子鼻技术的果园荔枝成熟阶段监测方法,采用PEN3电子鼻获取挂果约25 d到果实成熟过程中6个成熟阶段荔枝样本的仿生嗅觉信息并同步获取了各成熟阶段荔枝的3项物理特征(果实直径、果实质量与果实可溶性固形物含量)。根据不同成熟阶段荔枝物理特征变化可知,荔枝果实直径与果实质量2项物理指标在挂果约32 d~39 d,以及53 d~60 d增长较快,可溶性固形物含量在挂果约32 d前无法测量,53 d~60 d阶段增长速度较慢。提取各样本电子鼻采样数据75 s时刻的各传感器响应值作为特征值后,采用载荷分析(loadings)进行传感器阵列优化,优选了传感器R2、R4、R6、R7、R8、R9和R10的响应数据进行后续分析。将优化后的传感器响应数据进行归一化处理。采用线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)进一步提取特征信息,降低数据中包含的冗余信息。LDA对荔枝成熟阶段的分类识别效果不佳。为进一步探究电子鼻监测果园荔枝成熟阶段的可行性,采用模糊C均值聚类分析(fuzzy C means clustering,FCM)、k最近邻函数分析(k nearest neighbor,KNN)和概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)进行模式识别。研究结果表明,FCM对果园荔枝成熟阶段识别的正确率为89.17%。采用KNN与PNN建立识别模型后,KNN与PNN识别模型对训练集的回判正确率均为100%,对测试集的识别率均为96.67%,具有较好的分类识别效果。试验证明了采用电子鼻进行果园荔枝成熟度监测的可行性,为果园水果品质的实时监测提供参考。     

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。     

基于显微图像处理的稻瘟病菌孢子自动检测与计数方法

稻瘟病菌孢子的检测通常在显微镜下由人工目测完成,该方法费时、费力、自动化程度低。因此,该研究提出了一种基于显微图像处理技术的稻瘟病菌孢子自动检测和计数方法。首先,采用显微图像系统获取稻瘟病菌孢子图像;然后提出一种分块背景提取法对其进行光照校正;根据显微图像中孢子的边缘特征,利用Canny算子进行边缘检测,其中Canny边缘检测过程中的阈值应用模糊C均值算法在梯度图上自动确定;接着对边缘检测后的二值图像进行数学形态学闭开运算处理。根据孢子和主要杂质的形态特征,利用椭圆度、复杂度和最小外接矩形宽度等形态特征参数对目标物进行分类,提取只含孢子的二值图像。最后,提出了基于距离变换和高斯滤波的改进分水岭算法对粘连孢子进行分离。测试结果表明:在100幅测试的显微图像样本中,孢子检测的平均准确率为98.5%,满足稻瘟病菌孢子自动检测和计数要求。     

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。     

果园在线混药型静电喷雾机的设计与试验

为提高果园轻型机动喷雾机的作业性能,设计了一种果园在线混药型静电喷雾机,进行了混药均匀性与稳定性试验和静电喷雾沉积试验。试验测得混药均匀性和混药稳定性的最大变异系数分别为4.46%和3.51%。采用风辅静电喷雾方式的无冠层采样架上采样点正面的雾滴附着率相对于无风辅无静电喷雾方式分别提高了9.3%、46.3%和53.2%,采样点反面的雾滴附着率分别提高了82.9%、164.3%和184.2%。风辅静电喷雾下在仿真柑橘树冠层内部叶片正面的雾滴附着率为48个/cm2左右,叶片反面为37个/cm2,相对于无风辅无静电方式分别提高了166.7%和428.6%。试验结果表明：所设计的在线混药系统具有良好的混药性能,风辅静电式喷雾系统可提高雾滴吸附能力和穿透能力,能够满足25个/cm2的病虫害防治附着率要求。该研究为果园喷雾机的机构设计和性能优化提供参考。