穴盘苗取投苗装置的设计与试验

设计了一个将蔬菜和烟草幼嫩脆弱型穴盘苗取出并投送至指定位置的机构,该机构包含定位输送装置与取投苗装置。在穴盘输送台上对生长至3~4片真叶的烟草穴盘苗进行取投苗试验,以伤苗率、取苗成功率、投苗成功率为评价指标,对取苗机构的电机转速、苗夹安装高度、机械手指的插入角度等进行了单因素试验与多因素正交试验。单因素试验结果表明,取苗机构的电机转速为120 r/min时,伤苗率为1.5%,取苗成功率为92.5%,投苗成功率为93.12%;苗夹的安装高度为90 mm时,伤苗率为1.32%,取苗成功率为91.2%,投苗成功率为94.45%;机械手指的插入角度为7°时,伤苗率为1.28%,取苗成功率为93.35%,投苗成功率93.1%。正交试验结果表明,取苗机构的电机转速为120 r/min,苗夹的安装高度为90 mm,取苗爪的插入角度为7°时,为最优组合,伤苗率为1.8%,取苗成功率为94%,投苗成功率为96.9%。     

环形一级倒立摆系统单神经元PID控制仿真

【目的】针对环形一级倒立摆的稳定控制问题,提出一种基于单神经元PID的控制算法.【方法】通过拉格朗日方法推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,设计了单神经元PID控制器,该控制器不但结构简单,而且具有良好的自适应性和鲁棒性,并采用有监督Hebb学习规则对加权系数进行修正.在Matlab中的Simulink仿真平台下,分别使用单神经元PID控制、常规PID控制和LQR控制,对环形一级倒立摆进行控制仿真.【结果】单神经元PID控制较常规PID控制与LQR控制获得更好的控制效果,能够有效地解决环形一级倒立摆的控制问题.     

木材曲线锯送料平台动力学解析及补偿控制策略研究

目的送料平台是模仿木材锯切时人工送料研发的新型机构,平台末端姿态的准确性是保障锯切质量的关键。但是平台驱动支链多,误差从硬件方面进行控制很难实现,为提高板材曲线锯切时的送料精确度,本文提出一种补偿控制策略。方法运用拉格朗日法建立平台的动力学传递函数,通过动力学解析,分析平台关键部件的运动特征。通过数学解算、模拟仿真等方法,研究末端姿态的误差及其特性,从而建立相应的误差模型;以传统PID控制为基础,融合RBF神经网络进行参数优化,设计适用于送料平台的单神经元PID控制器,用以补偿各支链的驱动位移误差,实现实时补偿控制;运用Matlab和Adams联合仿真的方法对补偿控制策略进行验证和分析,并将成功的算法移植到试验台控制器中进行板材锯切试验。结果经文中设计的单神经元PI经文中设计的单神经元PID算法补偿后,送料平台末端轨迹曲线在X、Y方向偏移误差从补偿前的3 mm降至小于等于1.5 mm,倾斜角误差从补偿前的3.5°降至1.5°,平台末端轨迹曲线与指令曲线相比,在大部分曲线段完全重合。结论文中所设计的单神经元PID补偿控制策略可以有效提高木工锯送料平台末端姿态的准确性,经过补偿控制的送料平台可以实现板材的精密曲线锯切任务。      

足球机器人运动控制算法研究

在建立基于小转角的足球机器人运动学模型的基础上,提出了单神经元自适应PID控制算法和基于Kalman滤波的PID控制算法.通过仿真分析,系统在单神经元自适应PID控制下,超调量、上升时间和峰值时间分别是常规PID控制下的30.7%,54.3%和72.7%,完全满足足球机器人现场比赛竞技性的要求;基于Kalman滤波的PID控制能够抑制干扰,提高控制精度,控制效果明显改善.     

蔬菜移栽机可调式喂苗装置设计与试验

【目的】为扩大移栽机适用性,实现对多种规格蔬菜穴盘苗的自动取喂苗作业,本文设计了一款蔬菜移栽机可调式喂苗装置。【方法】设计了带有可调节取喂苗爪的取喂苗臂,优化了喂苗爪的相关参数,并进行了运动学分析。通过调节取喂苗臂上的取喂苗爪数量及间距,选择不同的PLC控制程序,可以配套使用不同穴孔数的穴盘。通过对取喂苗工作过程分析,综合考虑影响喂苗成功率的关键性因素,以苗坨含水率、穴盘苗苗高、苗针入土深度为试验参数,选取72、105、128穴规格的生菜穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,探究各因素对喂苗成功率的影响。【结果】当穴盘苗基质含水率(w)为40%、苗高为50 mm、入土深度为38 mm时,可调式喂苗装置的喂苗成功率最高,72、105、128穴生菜穴盘的喂苗成功率分别为95.83%、96.19%和96.48%。【结论】可调式喂苗装置设计符合蔬菜移栽机取喂苗的技术要求,移栽效果较好,可为通用全自动蔬菜移栽机的研制与开发提供参考。     

油菜纸钵苗移栽机气动插入式取苗过程分析与试验

设计一种油菜纸钵苗移栽机气动插入式取苗装置,构建取苗过程的力学模型,通过取苗各阶段的关键参数优选试验,获得取苗装置最优参数组合。选择倒四棱台形纸钵,并设计一种双针插入式取苗末端执行器,根据取苗针间距要求确定取苗执行气缸型号为MHS4-20D。气动取苗过程分为取苗阶段、送苗阶段和脱苗阶段,各阶段力学分析与参数优选试验表明,取苗针与苗钵基质间摩擦力不小于3.67 N、苗钵脱落高度低于380mm时取苗装置可有效实施取苗功能。台架试验表明,当取苗针为直径4mm不锈钢、插入苗钵基质深度20mm、脱苗高度340mm时,取苗成功率达92%。田间试验结果表明,气动插入式取苗装置取苗效果满足钵苗移栽机技术要求。     

穴盘苗变形滑针式取苗器的研究

半自动移栽机受到人工取苗的限制,单行移栽频率约为45株·min-1,生产率较低.对于穴盘苗移栽,自动取苗代替人工取苗是穴盘苗移栽机械的发展趋势.取苗器是自动取苗系统的末端执行器,其结构及作业条件对穴盘苗取苗成功率的影响直接关系到移栽机械的作业质量.设计了变形滑针式取苗器,运用正交试验和方差分析获得了该取苗器的取苗成功率、影响取苗成功率的显著因素及最佳取苗工作条件.正交试验选取穴盘苗苗龄、苗钵含水量、取苗夹持角度、取苗速度和取苗滑针数这5个因素,结果表明:变形滑针式取苗器平均取苗成功率达83.61%,影响取苗器成功率的显著因素有取苗滑针数和苗龄,取苗夹持角度影响其次,最佳取苗工作条件以25 d穴盘苗苗龄、4根取苗滑针以36°取苗夹持角度为宜.     

基于高速摄影技术穴盘苗抛投运动试验与分析

针对吊杯式移栽机喂苗机构抛投穴盘苗准确率低下的问题,在吊杯式移栽试验台上进行投苗试验,用高速摄影机对穴盘苗从喂苗机构落苗口到栽植器的运动轨迹进行拍摄,采用图像后处理技术分析穴盘苗质量、穴盘苗植株高度和喂苗杯速度对穴盘苗抛投运动的影响,并进行正交试验,采用响应面分析法确定影响喂苗机构抛投穴盘苗准确率的投苗参数最佳组合。结果表明:1)穴盘苗高度、穴盘苗质量和喂苗杯速度影响抛投过程中穴盘苗的姿态和运动轨迹,并对水平位移产生较大影响。栽植器接苗时穴盘苗的水平位移区域为[30,50]mm,喂苗机构落苗口相对于栽植器接苗点水平位移(L)为32.1mm≤L≤42.8mm;2)影响喂苗机构抛投穴盘苗准确率的主次因素依次为穴盘苗高度、穴盘苗质量和喂苗杯速度;当喂苗杯速度为0.184m/s、穴盘苗质量为(20±4)g、穴盘苗高度为(130±10)mm时,投苗准确率达到99%。     

基于机器视觉的穴盘烟苗自动间苗算法研究

【目的】为了满足烟苗快速、准确、自动间苗的要求,提出了基于机器视觉的穴盘烟苗自动间苗算法研究,避免传统的人眼观察效率低、随意性大等缺陷。【方法】采用基于Lab空间下的K-means聚类彩色图像分割算法,根据矩阵行列求和法,在两峰之间取像素坐标,定位其区域位置,把穴盘分割成128个单元格,将目标区域转化为二值图像。通过分别比较烟苗的圆形度、长宽比和矩形度,发现这3种成分的同一形态特征有一定差异,可作单、多株及空穴烟苗识别参数。利用幼苗植株的面积和周长,在不同生长期设定一个合适阈值,实现自动间苗的目的。【结果】仿真和数据分析表明:取圆形度1.256 6、长宽比1.571 4、矩形度0.716 5的区分效果最好。取面积分布在111～243 (像素),周长分布在16～33 (像素)可以判定为壮苗。在MATLAB R2015a环境下开发了机器视觉烟苗自动间苗软件系统。【结论】烟苗数目正确识别率达到97.04%以上,空穴位置达到100%,间苗位置及壮苗识别平均准确率分别达到94.76%和89.58%,为进一步开发基于机器视觉的烟苗自动间苗机提供了理论基础和技术支持。     

六自由度转台的神经网络控制

针对六自由度转台单通道电液伺服系统的特点，探讨了一种神经网络PID控制方法，通过BP神经网络的线学习对被控对象进行辨识，采用单神经元调节PID参数，仿真表明该方法具有较好的控制效果。     

温室大棚LED智能调光的补光装置设计

针对传统温室大棚补光方法存在能耗高和智能化程度低的问题,采用改进单神经元和模糊算法设计了温室大棚发光二极管(LED)智能调光的补光装置.首先在控制器UC3852的基础上设计了功率因数校正电路,然后利用BH1750FVI光传感器将环境光照度转换为电流指令信号,并引入了改进的单神经元PID(比例-积分-微分)控制算法和模糊算法在线调整控制增益,不仅实现了根据周围环境变化自动调光的功能,还提升了驱动电路的稳态性能和动态性能,最后通过控制金属氧化物半导体场效应晶体(MOS)管的通断实现了功率因数校正.试验结果表明,设计的LED功率因数校正电路将功率因数由0.524提高到了0.989,有效提高了LED的电能转换率,智能自动调光算法具有更快的响应速度,能在0.3 s内稳定跟踪电流指令信号,且最大误差范围仅为0.3 mA,采用设计的装置对番茄进行了补光试验,与自然补光相比使产量提升了25.7％,生长周期缩短了12 d,能耗降低了23.2％(与文献[15]中的方法相比),为智慧农业的发展提供了技术支持.     

基于神经网络PID的无人机自适应变量喷雾系统的设计与试验

【目的】针对传统植保无人机在定量喷施作业时由于飞行速度的变化造成施药不均匀以及传统控制算法无法满足无人机变量喷雾系统所需的实时性和稳定性等问题,设计一种基于神经网络PID的自适应无人机变量喷雾系统。【方法】采用风压变送器测出无人机的飞行速度,根据速度采用脉宽调制(PWM)方法进行自适应变量喷雾,同步用流量传感器测出实际喷雾流量,融合BP神经网络PID控制算法调节喷雾流量。由MATLAB构建BP神经网络PID控制算法,并与PID、模糊PID和神经元PID对比及分析;田间试验过程中,对比分析无人机定量喷雾与随飞行速度改变的变量喷雾效果,采用水敏纸获取雾滴沉积量分布,分别从整体区域、飞行方向和喷杆方向评价沉积量分布的均匀性。【结果】算法仿真对比试验结果表明,与PID、模糊PID和神经元PID相比,BP神经网络PID阶跃响应上升时间分别少28.57%、84.73%和31.03%,正弦跟踪平均误差分别小63.01%、87.03%和0.58%,方波跟踪平均误差分别小74.00%、79.53%和6.80%,鲁棒性强,无静差,超调量为1.20%;喷雾对比试验结果表明,本系统能够根据飞行速度自适应调节喷雾流量,实际流量与目标流量的平均偏差为8.43%,水敏纸扫描结果表明总体区域雾滴沉积量的变异系数对比定量喷雾平均降低26.25%,喷杆方向平均降低18.79%。【结论】该研究结果可为农业航空变量喷雾技术的应用提供理论基础。     

穴盘苗夹茎式取投苗机构优化设计与试验

针对目前中国蔬菜穴盘苗全自动移栽作业中取投苗装置复杂等问题,设计了一种穴盘苗夹茎式自动取投苗机构,并分析了该机构的工作原理,建立了运动学模型;以运动学模型为理论基础,利用MATLAB GUI模块开发了取投苗机构辅助优化软件,基于该软件通过人机交互分析了主要结构参数对苗夹尖点运动轨迹和运动特性的影响,得到了各结构参数优化方向;以穴盘苗取投苗轨迹要求为目标,采用人机交互的优化方法,通过该软件确定了一组较优结构参数,并以此参数在CREO软件中完成了三维建模并进行仿真分析,得出了仿真轨迹.搭建了自动取投苗试验平台,分别进行了轨迹验证试验和取投苗性能试验,验证了穴盘苗取投苗机构设计的正确性与可行性.多组取投苗试验结果显示,该装置取苗成功率最高可达92.44%,平均取苗成功率大于89%,投苗成功率最高可达98%,平均投苗成功率大于90%,伤苗率最低为1.4%,平均伤苗率低于3%,表明了该装置能够较好地完成取投苗作业,且取投苗频率可达80株/min,该研究可为蔬菜移栽机全自动化提供理论参考.     

基于稻田除草部件横向偏距视觉感知的对行控制系统设计与试验

目的 为使水稻机械除草部件作业时能避开秧苗、降低伤苗率,设计了一种基于机器视觉与比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制的避苗控制系统。方法 利用改进超绿算法对秧苗进行灰度化,运用图像投影法对感兴趣区域(Region of interest,ROI)内的秧苗进行特征提取及图像坐标定位,采用稳健回归算法拟合秧苗,得到苗带中心线,通过小孔成像模型转换,获得秧苗的地面坐标位置及除草部件中心与苗带中心线的距离。基于PID控制算法对液压纠偏系统进行控制,并应用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究。结果 系统可实现避苗作业,模型的稳态响应时间为0.34 s。系统性能对比试验的结果表明：避苗控制系统明显减少了除草部件的伤苗情况,平均伤苗率为3.75%;而没有避苗控制系统的情况下,平均伤苗率为24.88%。结论 本文设计的对行控制系统满足除草部件作业路径实时校正要求,可有效降低稻田机械除草的伤苗率。研究结果为水稻及其他作物的机械除草对行控制提供参考。     

基于模糊免疫PID算法的施肥营养液pH值调节

精准园艺农业中一些作物会对施肥所用营养液有pH值的要求。基于此,本试验设计了施肥营养液pH值调节控制系统。针对在施肥营养液pH值调节过程中出现的非线性、大时迟滞性等问题,采用了基于模糊免疫PID算法来控制pH值。整个算法是基于微控制器STM32F104实现的,采用Matlab软件对算法进行了仿真,在仿真过程中,将模糊免疫PID算法与传统PID算法进行了仿真数据比较,试验结果表明模糊免疫PID算法在调节速度、控制pH的准确性和稳定性方面均优于传统PID算法。最后将模糊免疫PID算法应用于所设计的肥液pH值调节平台,结果表明该算法具有良好的稳定性、准确性。     

蔬菜嫁接机夹苗机械手机构设计及仿真

为了提高生产率和生产质量,设计了以黄瓜为穗木、南瓜为砧木、贴接法为嫁接方法的嫁接机。夹苗机械手是嫁接机的关键部件之一,其结构和性能参数直接影响嫁接机的工作速率和嫁接成功率。依据对嫁接过程中机械手的动作分析和秧苗的物理机械特性,设计了夹苗机械手的机构,并用SolidWorks软件建模,用COSMOSMotion进行了动态仿真分析,绘制了内外指的夹苗点轨迹,研究结果表明设计合理、可行。     

地源热泵空调控制系统控制方法的选择分析

本文简单介绍了单神经元PID控制系统和模糊控制系统的原理和特点,并根据其不同特点,提出采用两种控制系统相结合的方法利用在地源热泵空调控制系统中,以便能最优化的发挥地源热泵空调节能舒适的特点。     

柔性取苗机械手仿真分析与试验

为了探究取苗机械手结构参数和钵苗基质物理特性在取苗过程中对钵苗变形和损伤程度的影响,对2种不同的取苗机构进行了讨论,通过对比分析,选取柔性取苗机械手为研究对象,建立了该机械手的运动学模型,根据所建立方程对该装置关键部位进行有限元分析。以凸轮宽度为试验因素、基质变形率和基质损失量为试验指标,选取3种不同含水率的钵苗进行夹取试验。结果表明,3种不同含水率下,凸轮宽度对基质损失量影响很小,最大平均值为1.14 g,并且含水率和凸轮宽度对基质损失量没有明显的影响;基质的挤压变形率随着凸轮宽度和含水率的增加具有显著上升的趋势,在含水率为51.81%、凸轮宽度为37 mm时,挤压变形率为12.66%,对应的压缩量为6.08 mm。     

秋红薯取蔓来源试验总结

我省秋红薯生产中存在着薯苗供应困难的问题。群众大部分在早红薯生产田中取苗,一方面薯苗供应有限,另方面对早薯产量影响很大;有的在早薯老苗床取苗,但薯苗衰老,影响秋薯产量。我站从1954年起,设立秋红薯采苗圃,专供秋薯取苗之用。本试验从1955年开始,为研究采苗圃、生产田与老苗床不同取苗来源对秋薯生物学特性的变化和产量的影响,探求解决秋薯薯苗的供应问题。     

玉米穴盘钵苗取苗栽植机构参数优化与试验

针对玉米钵苗半自动移栽机人工投苗移栽效率低、劳动强度大等问题,为实现自动取苗作业,以玉米穴盘育苗方式为研究对象,自主研制一种基于非圆齿轮行星轮系传动的取苗栽植机构.移栽机构采用非圆齿轮行星轮系传动机构和栽植臂相结合方式,实现玉米钵苗自动取苗、送苗、栽植和回程4个动作.搭建试验台架,采用二次正交旋转中心组合优化方法,以移...