低内存占用采摘作业机器人设计——基于分类器和top-k优化算法

为了提高采摘作业机器人的智能识别和自主作业能力,对路径规划大数据背景下的监测数据进行实时处理,并降低计算和通信过程中占用的内存,提出了一种基于K邻近和top-k的数据分类及低内存占用优化算法。利用该算法可以将机器人路径规划的各个节点数据进行筛选,依据K邻近算法对路径进行优选,调整实时监控数据的分类结果和数据处理流程,从而使数据更新可以不依赖于网络通信,只将少部分数据进行通信传输,有效减轻了通信负担。以机器人的采摘作业为实验对象,对优化算法进行了实验验证,结果表明:采摘机器人采用实时监测数据分类器可以对大量的数据进行有效地筛选,从而降低了通信负担,提高了内存的利用率和采摘作业的效率。     

基于KD-Tree与DBSCAN的水电机组状态监测数据清洗方法

针对水电机组状态监测数据量逐步增大,数据质量差的问题,提出了一种基于改进K维树（K-Dimensional Tree,KD-Tree）与基于密度的空间聚类算法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN）的水电机组状态监测数据清洗方法,首先对输入数据建立KD-Tree,再使用DBSCAN在最近邻样本上扫描完成聚类,聚类结束以后会分离出噪声点,将噪声点去除即可完成对水电机组状态监测数据清洗。选取某水电站状态监测系统上导摆度数据1 088条,再以相同时间间隔插入随机数据100条,通过算例与常规DBScan、K-means、OCSVM算法对比聚类性能与时间性能,所提出的方法识别正确率最高,为97.78%,消耗时间最少,为0.007 732 s,数据清洗效果最优,并可以大幅减少计算时间。     

玻璃幕墙清洗机器人清洗系统的设计

随着现代化建设的快速推进,高层建筑愈来愈多,针对高层建筑壁面的清洗业也不断发展。玻璃幕墙清洗机器人在改善工人作业环境、提高作业效率和降低清洗成本方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景。文章主要针对清洗机器人的清洗系统进行设计,并进行三维建模,能够实现清洗工艺的高效性、清洗机械机构的可靠性和清洗液的回收循环再利用等效果。     

育苗穴盘自动清洗装置的设计

工厂化育苗过程中,使用过的穴盘中常含有有害病原菌,影响种子出苗质量,重复使用前需进行清洗消毒处理。针对传统手工清洗方式劳动强度大、效率低、易伤盘,且部分穴盘基质固结不易洗净的问题,提出了清水浸泡-水压冲洗-风力干燥的方式,即浸泡后的穴盘竖直送入清洗舱,两侧对称喷头多次冲洗,后续风力干燥,最终设计了一种育苗穴盘自动清洗装置。该装置主要由清洗系统、干燥系统和控制系统组成,通过控制系统实现清洗水压和清洗速度可调,并利用压力变送器和变频器的PID控制稳定清洗压力,同时清洗用水可循环利用。该设计有效地提高了穴盘清洗效率和作业性能,避免了穴盘损伤,满足了育苗穴盘重复利用清洗需求。     

导板式扇形喷嘴清洗射流流场的数值模拟

为了提高导板式扇形喷嘴射流清洗效率和清洗质量,优化喷嘴结构,针对以水为单介质流体的导板式扇形喷嘴的流场特性,利用Pro/E软件建立了不同导流距离、导流面倾角和清洗距离的三维导板式扇形喷嘴模型.采用标准k-ε模型,并运用ANSYS Workbench软件对导板式扇形喷嘴的流场速度、压力等物理量进行了射流流场数值模拟.在边界条件和初始条件相同的情况下,分析了导板式扇形喷嘴在不同结构参数和不同清洗距离下的射流特性变化规律,从而为导板式扇形喷嘴的设计和优化提供了一定参考依据.结果表明:随着导板式扇形喷嘴倾斜角度θ的增大,打击在清洗件上的压力值逐渐减少,相反清洗范围则逐渐增大;随着清洗距离的增大,被清洗件轴线上压力逐渐减少,同时清洗范围有小幅度的增大;在20°的扇形倾斜角度、15和25mm的导流距离及80~120 mm的喷头清洗距离下,导板式扇形喷嘴的清洗效果最佳.研究结论可为扇形喷嘴的设计和优化提供参考.     

农业机械作业大数据清洗方法与试验优化

针对农业机械大数据平台中,已有数据清洗算法不适用于大规模、多源异构、高维度和强时空相关实时数据的问题,分析了复杂田间环境下农机作业数据异常来源及特征,研究了异常数据检测及修正技术,提出一种基于滑动窗口机制的农机作业数据在线清洗方法。该方法基于方差约束原则识别异常数据,基于最小变动原则生成候选修正数据,基于数据时间相关性通过AR、ARX模型迭代优化得到最终修复值,依托Flink分布式计算平台,从而适应农机数据吞吐量大、并发度高的特点。基于某省农机作业数据对算法进行了有效性验证,结果表明,在数据规模达到1×105条、数据异常率为5%的情况下,算法异常识别率达到0.94,且与已有清洗算法相比均方根误差更小。基于Box-Behnken方法设计试验,通过响应面分析得到回归模型,分析算法参数对均方根误差和运行时间的影响。基于二进制编码的混合遗传算法对参数进行优化,优化后的参数组合可使算法均方根误差达到0.16、运行时间达到0.13s。该数据清洗方法能够为农机大数据平台的实时处理提供高质量数据支撑。     

穴盘自动清洗装置性能试验研究

工厂化育苗作业中,穴盘再次使用前需进行清洗消毒,以免影响种子出苗质量。物理水压冲洗是目前公认的最科学、经济和环保的方法,适宜的清洗条件既能保证在较高效率下达到最优的清洗效果,也可尽量地减小水压对穴盘的冲击损伤。为研究穴盘自动清洗装置清洗性能,优化最佳清洗参数,在前期装置设计基础上,完成试验装置研制。通过分析装置工作原理,定义清洗洁净率为评价指标,以清洗次数、清洗速度和清洗压力为试验因素,进行了三因素三水平正交试验。结果表明:影响清洗洁净率的主次因素依次为清洗次数、清洗压力、清洗速度。当清洗次数6次、清洗速度15Hz(900盘/h)、清洗压力500k Pa时,清洗性能最佳,清洗洁净率达98.56%。本试验为穴盘清洗装置工作参数的确定和结构参数的优化提供了理论参考依据。     

基于大数据的农业机械作业自动化测量仪优化应用

大数据技术的发展和普及,在提高农业生产效率和质量方面具有巨大潜力,而农业机械作业自动化测量仪作为关键的农业智能装备,具有采集、处理和分析农田及作物信息的重要功能。研究团队通过系统分析农业机械作业自动化测量仪的发展历程及大数据的应用现状,提出了农业机械作业自动化测量仪的优化思路,即数据预处理与清洗优化、大数据分析与智能决策优化、优化算法应用以及系统架构与设计优化等方面。最后,从智能化、数据共享与农业信息化整合、可持续发展和绿色农机作业以及区块链技术的应用等角度展望了基于大数据的农业机械作业自动化测量仪的未来发展方向。     

莲藕清洗设备的研制

介绍了莲藕清洗原理和设备的基本组成,建立了莲藕清洗的数学模型,优化了清洗装置的结构和运动参数,分析了各参数对清洗性能的影响规律。试验结果表明,莲藕清洗装置的未洗净率和损伤率均较低。在生产实践中,用此装置代替手工清洗作业,可提高生产效率,降低劳动强度和生产成本。     

七自由度番茄收获机械手运动学求解

番茄收获机械手能够提高劳动生产率和作业质量,降低劳动强度,改善工作环境,实现收获作业机械化、自动化和智能化。为此,采用Denavit-Hartenberg坐标系,通过齐次坐标变换建立了7DOF番茄收获机械手的运动学模型,并对正运动学及逆运动学进行了求解。     

保护性耕作农机作业监测技术现状

总结了秸秆覆盖率、免耕精量播种参数、机具作业面积等主要保护性耕作农机作业监测技术发展现状,并对典型保护性耕作监测设备进行了阐述和分析。在此基础上,归纳了现有保护性耕作农机作业监测技术面临的主要问题,并提出兼顾不同需求发展产品化、系列化、标准化的保护性耕作农机作业监测装备展望与建议,为解决制约保护性耕作快速发展的瓶颈问题提供参考。      

农业机械适用性的评价方法

《中华人民共和国农业机械化促进法》在涉及农机产品质量监督、农机推广、国家对农机补贴的规定中，均要求对农机的适用性进行调查、检测和鉴定。本文结合免耕播种机选型试验中，对免耕播种机进行的适用性试验及评价方法的研究、探索和实践，提出了采用性能试验法、用户调查法、跟踪考核法和综合评定法等方法对农机适用性进行评价，并对目前实施农机适用性评价存在的问题进行了分析，提出了相应的解决办法。     

基于运动特性的农机导航控制方法

农业机械（农机）运动学模型的精度影响导航控制精度和稳定性,为提高农机路径跟踪控制器精度,提出了一种基于运动特性的农机导航控制器设计方法。该方法主要是对传统二轮车运动学模型建模方法进行改进,针对传统二轮车模型小角度近似替代（方向角等于横摆角）的缺点,采用加入侧偏角的方法优化农机运动学建模过程。采用相同的控制方法（状态反馈控制）和不同的运动学模型设计控制器进行对照实验。直线路径跟踪时,侧偏角对模型精度影响较小,引入侧偏角可以在一定程度上影响农机的跟踪精度;曲线路径跟踪时,侧偏角对方向角的变化影响较大,可以大幅影响路径跟踪精度。以安装有自动导航设备的拖拉机为实验平台进行实地实验,结果表明：直线行驶的最大横向误差平均值为0.0454m,绝对平均误差平均值为0.0149m,标准差平均值为0.0119m;曲线行驶的最大横向误差平均值为0.1613m,绝对平均误差平均值为0.0688m,标准差平均值为0.0434m;基于本文提出的优化模型设计的路径跟踪控制器对直线路径跟踪有一定提升,对曲线跟踪精度有大幅提升。     

农机装备智能测控技术研究现状与展望

农机装备正朝着智能化方向发展,智能测控是实现智能农机的核心技术。农机装备智能测控技术以农机装备为载体,包括农机作业相关信息智能感知、精准监控和作业决策与管理等技术。目前,我国农机装备智能测控存在高端装备、核心技术国产化程度低的问题。本文从农机作业智能感知技术、农机装备精准监控技术和农机作业智能决策与管理技术等方面对国内外研究现状进行综述。阐述了作物生长信息、土壤信息和农机作业状态信息等智能感知技术的大量成果;阐述了耕深、平整地、土壤消毒、播种、植保和收获领域的农机装备精准监控技术的研究进展;阐述了农机作业智能决策与管理技术在农机作业质量监管、农机调度方面的技术突破;重点阐述了农机装备智能测控技术在土地耕整机、土壤消毒机、播种机、施肥机、植保机、收获机及农机作业管理平台的应用现状,分析了各环节待解决的问题。最后,提出了农机装备智能测控技术未来发展方向：农机装备智能测控系统化技术研究;无人农场农机自主作业关键测控技术研究;田间复杂环境农机核心部件及传感器研发;农机大数据支撑的作业决策模型研究。     

基于卷积神经网络的拖拉机工况识别

农机工况识别在细化农机作业状态和帮助掌握区域污染物排放趋势方面有着重要的研究价值。基于拖拉机不同运行状态下的行驶速度、发动机转速以及实时油耗等时间序列,首次提出将图像识别方法引入到拖拉机工况识别中的思路,并分别应用参数优化的支持向量机与卷积神经网络对实际作业拖拉机工况进行研究。结果表明:(1)基于参数优化的支持向量机可以较好地实现样本点的工况识别且识别准确度达到99.851 9%,但无法实现农机工况的连续性识别,同时无法对农机工况转换阶段进行有效识别。(2)以拖拉机运行速度与发动机转速等信息构建样本图像来描述农机工况变化的数据表达,并在此基础上应用卷积神经网络可以有效实现农机工况的连续性识别,且识别准确率可以达到93.3%。本研究在农机工况识别方面具有一定参考价值,并为后续农机不同工况下区域污染物排放研究提供技术支持。     

2BMF-4型秸秆全粉碎玉米免耕播种机的研制

针对目前玉米播种后地表秸秆残留量大以及现有玉米免耕播种机在作业过程中存在的秸秆拥堵、播种均匀性差等问题,采用计算机辅助设计的方法,研究并设计了一种新型秸秆全粉碎玉米免耕播种机.该机可一次性完成秸秆粉碎、施肥、播种、覆土镇压等多项作业,缩短了工序间隔,有利于抗旱保墒,减少拖拉机进地次数,减轻对土壤的压实,减少能源消耗,降低作业成本.为此,从整机作业方案出发,阐述了该机的技术性能、结构特点和工作原理,并对试验结果进行了分析,总结了作业性能.     

基于英语语言数据库的无人机农田信息获取技术应用

无人机作为一种新型的农业机械在农业生产过程中发挥着越来越重要的作用,有力地促进了现代化农业的发展.为了准确获取农田的信息,将无人机应用到了农田信息采集系统的设计上,基于图像融合处理技术,提高了图像信息的清晰度,避免了因图像曝光而造成的信息缺失,并基于英语语言数据库提高了信息图像拼接的准确性.以农田信息的获取为例,通过划...     

农业装备运维与作业服务管理信息化技术研究进展

智能农业装备是信息化、自动化、智能化的综合体,其智能化水平主要表现在作业过程状态感知、数据分析、科学决策与自主控制等先进技术的应用。目前,我国农业装备在作业服务方面主要存在故障自动监测实用性差、维修服务资源配置失衡以及服务调度成本高等问题。本文以农业装备中典型机具——联合收获机为例,重点综述了国内外联合收获机运维服务管理相关典型技术的现状和特点,阐述和剖析了农业装备远程运维服务平台、作业数据监测、多机协同作业以及运维服务优化等方面的研究现状和发展动态。阐述了运维服务管理平台总体构架与技术进展;并分别阐述了作业工况、作业质量感知与车载终端管理等远程运维数据监测技术研究进展,路径规划、协同控制与任务分配等多机协同作业技术研究进展,故障诊断预测、维修策略与群体调度等运维服务优化技术研究进展;最后,结合实际应用场景,总结分析了农业装备运维服务管理技术所面临的挑战和机遇,提出了农业装备信息化管理技术的未来发展方向;并指出我国农业装备运维服务管理信息化技术未来研究方向。     

基于TD-LTE的多机协同导航通信系统研究

为实现多个农机在农田环境中自主导航协同作业,设计了基于TD-LTE的多机协同导航通信系统。该系统由导航定位传感器、无线通信模块、车载控制终端和远程通信软件组成,其中：传感器包含GNSS接收机、惯性测量单元（IMU）和角度传感器,用于获取每台农机的地理位置、自身姿态和车辆转向角信息。无线通信模块采用4G DTU作为系统通信设备,与车载终端串口相连,实现RS232串口转TD-LTE网络功能。4G DTU经配置软件配置好串口参数等信息后,连接目的服务器IP地址和端口号,将车载传感器采集的数据按设计好的通信协议经TD-LTE网络传输到远程服务器的通信软件中。车载控制终端采用工控机（IPC）,实现农机自动导航控制与人机交互。远程通信软件应用Socket网络编程开发了数据接收显示与数据发送的功能模块。系统对每台农机的状态信息实时上传的同时也可以接收远程服务器端对多台农机的协同控制命令,对于软件界面中显示的在线农机,可以根据优先级有选择的进行通信。以4台雷沃欧豹拖拉机为试验平台,每台农机状态信息的发送频率为5Hz,进行了系统稳定性试验测试,丢包率均为0.1%,且均无延迟,系统具有较高的可靠性与实时性。     

轻量化玉米垄作免耕播种机设计与试验

针对目前东北地区的免耕播种机主要依靠自重增加下压力来保证开沟深度的问题,设计了2BQM-2型轻量化玉米垄作免耕播种机,重量为一般免耕播种机的一半,可减轻对土壤的压实。轻量化垄作免耕播种机采用悬挂方式与拖拉机联结成作业机组,利用拖拉机液压系统的位置调节法来控制破茬深度。为了验证作业机组的工作性能,田间试验以播种机速度、播种深度、秸秆覆盖量为试验因素,以免耕播种机的工作阻力和粒距合格率为试验指标,进行三因素五水平二次回归正交试验。试验结果得到的最佳工况组合为:播种机速度为1.21 m/s,播种深度为4.96 cm,秸秆覆盖量为0.73 kg/m2时,播种机工作阻力为3.62 k N,粒距合格率为93.63%。经过对免耕播种机优化设计有效减轻了免耕播种机的重量,减少了机器的制造成本和工作时对土壤的压实,降低了能耗。经田间测量镇压轮压实土壤的深度平均为10 mm,相对现有的垄台被压平的机具,工作效果良好。