基于机器视觉的种子间距识别及其应用

介绍了基于机器视觉的精播排种器性能检测方法,在对获取的样本图像进行处理的基础上完成帧种子间距特征的识别.通过分析种子运动特征,实现了排种时间间隔样本的提取.利用理论排种和实际排种时间间隔之间的关系,构建了以时间间隔为特征量的排种质量统计模型,计算出排种器性能指标.试验表明,此方法检测误差小、速度快、精度高.     

帧频率变换下帧种子数分布的独立性

为构造排种器机器视觉检测的模式识别算法,采用统计分析方法对不同帧频率下的帧种子数分布进行了研究。理论推断,帧种子数分布与视觉检测的帧频率无关。排种器试验的观测结果和方差分析均证实,改变帧频率,帧种子数分布的频率、均值、标准差和变异系数均无显著变化,具有明显的一致性。四个统计量的显著性检验尾概率最小值为0.138 2,最大值达1.000 0;效应模型决定系数最小值为0.947 8,最大值达0.999 7。每个样本逐一检验,获得了相同和更强的结论。该结果为构造简便有效的排种器机器视觉检测方法提供了一个可资利用的优良特性。     

棉花精量排种器排种性能试验研究

为实现南方棉花种子的精量播种,设计一种满足南方棉花种子"一穴两粒"农艺要求的机械式精量穴播棉花排种器,将该排种器安装在JPS-12型全自动排种器性能检测台上进行棉花种子排种性能试验。分别以合格指数、漏播指数和重播指数为评价该排种器排种性能指标,以适用于南方的棉花种子(湘杂棉3号、湘杂棉8号和慈抗杂3号)为试验对象,对排种器转速、勺孔直径和种室曲面曲率半径3个因素进行单因素试验,得出各因素作业时的最优范围。正交试验结果得到排种性能各因素的最优组合为:排种器转速100rad/s,勺孔直径9mm,种室曲面曲率半径25mm;该组合下,棉花种子精量排种效果较好,穴粒数合格指数为93.62%,重播指数3.87%,漏播指数2.51%。该机械式精量穴播棉花排种器满足国家标准对棉花种子的播种要求。     

基于响应曲面法的窝眼轮式三七精密排种器性能试验

【目的】优化三七窝眼轮式排种器的结构参数,提高排种器的排种性能。【方法】以三七种子为研究对象,选取排种器的型孔数量、型孔直径、型孔深度和窝眼轮转速4个因素进行2次正交旋转组合试验;利用自制土槽试验台测试试验组排种合格指数、重播指数和漏播指数;通过响应曲面法对试验结果进行分析;建立各因素和试验指标的二次回归模型;分析各因素、各因素交互项和二次项对合格指数的影响规律;优化试验因素,并进行试验验证。【结果】影响排种器合格指数的因素主次顺序为型孔直径、型孔深度、型孔数量和窝眼轮转速。当型孔深度为5.4mm,窝眼轮转速为35 r·min-1,型孔数量为12~14,型孔直径为7.7~8.2 mm时,排种合格指数大于90,重播指数和漏播指数均小于5。优化参数后的验证结果与优化结果基本一致。【结论】可通过响应曲面法优化排种器性能。该研究可为三七播种机设计提供理论依据,为三七机械化种植奠定基础。     

基于EDEM的窝眼轮式油菜排种器排种性能仿真与试验

【目的】研究不同型孔结构对窝眼轮式油菜排种器种子群扰动及排种性能的影响。【方法】借助离散元分析软件EDEM对3种不同型孔结构的窝眼轮式油菜排种器进行仿真分析,并进行试验验证。【结果】型孔结构对种子群扰动影响明显,种子群扰动量越大充种性能越好;转速在10~50 r·min~(-1)时,种子群扰动最大的30°倒角窝眼轮合格指数为86.6%~95.8%,明显优于不倒角窝眼轮的67.5%~90.6%和半径1.25 mm倒圆角窝眼轮的79.2%~93.5%。各轮对比试验发现,相同转速下,种子群扰动量越大漏播指数越小,型孔囊种空间大小因倒角方式而不同,且囊种空间越大,重播指数和变异系数也越大。【结论】影响各轮排种性能的主要因素是工作转速;由于重播指数较小,故合格指数主要受漏播指数影响;仿真与试验的结果有偏差,但变化趋势及其相互之间关系基本一致,用EDEM对排种器进行仿真分析具有一定可行性。     

三七种子的大小对窝眼轮排种器充种性能的影响

【目的】探究窝眼轮排种器型孔尺寸与分级后三七Panax notoginseng种子的适配性对充种性能的影响规律,确定各级三七种子与适配型孔尺寸之间的关系。【方法】将三七种子分为4级,设计了4种不同型孔尺寸的窝眼轮排种器,利用离散元软件EDEM模拟各级种子在不同型孔尺寸排种器中的充种过程,分析各级种子在不同型孔尺寸排种器中的充种性能,得到各级种子适配排种器型孔尺寸,并进行了试验验证。【结果】各级三七种子均有适配型孔排种器,5.0～5.5和6.5～7.0 mm分级段的种子适配排种器型孔尺寸为7.5和8.5 mm;5.5～6.0和6.0～6.5 mm分级段的种子适配排种器型孔尺寸为8.0 mm。各分级段的种子在其适配排种器中充种时,合格指数均大于95.83%,漏播指数均低于2.00%,重播指数均低于2.17%。确定了种子长轴(l)与孔径(L)之间以及高轴(h)与孔深(H)之间的线性关系方程分别为L=0.58l+4.28和H=0.75h+3.96。【结论】排种器充种性能满足了三七播种的农艺要求,为窝眼轮排种器型孔尺寸的设计提供了理论依据。     

型孔轮式水稻排种器排种监控系统设计

针对型孔轮式水稻排种器展开了排种监控系统研究,利用红外光电传感器采集种子在输种管内的流动信息并转换输出相应的电信号,由单片机实时监测电信号的变化,实现对排种状况的监控。设计降低了播种机的漏播和重播现象,提高了播种质量和播种效率。     

型孔齿盘式排种器工作性能的试验研究

对自行设计的型孔齿盘式排种器的排种时间，种子粒径和种子箱内充种高度等主要参数对排种器工作性能的影响进行了试验研究。试验结果表明，种子粒径和充种高度是主要的影响因素，必须针对型孔大小选择合适粒径的种子，并保持种子箱内有一定的充高度，才能使空穴率和播率都保持在较优水平。在满足生产要求的前提下，排种轮转速应尽可能选低一些。研究结果可作为进一步改进设计以及实际使用的依据。     

芝麻精量穴播排种器吸种性能分析与试验

针对芝麻人工种植效率低、出苗后间苗定苗费工费时且劳动强度大、缺乏适用的精量穴播排种器等生产实际问题,采用负压吸种、正压投种的正负气压组合排种原理,构建了排种器吸种过程临界负压模型,分析了种子吸附的不同姿态及其与型孔接触面积的关系,采用多目标优化方法,得到了型孔吸附1~4粒种子的临界负压,确定实现芝麻精量穴播的较优型孔直径范围为0.8~1.1 mm。吸种运移状态图像拍摄试验结果表明：芝麻不同吸附姿态及概率为横卧∶侧卧∶直立≈3.5∶1∶1,排种器不同吸种数目所需负压变化规律与临界负压模型一致。通过基于响应面优化试验考察排种盘型孔直径、排种轴转速和气室负压真空度对穴粒数合格率、漏播率和重播率的影响规律,试验结果表明：型孔直径为1.0 mm、气室负压为-800 Pa、排种轴转速为8.66 r/min时,穴粒数合格率为96.04%、漏播率为0.21%、重播率为3.75%,满足芝麻种植农艺要求。     

滚轮圆刷式三七精密排种器的仿真分析与试验验证

为实现三七种子的精量播种,针对三七种子形状不规则、含水率较高易造成种子流动性差和不易充种的问题,设计了一种滚轮圆刷式三七精密排种器,阐述了其基本结构和工作原理,分析了型孔的形状和大小对充种的影响;为实现零速投种,对护种板安装角度进行了分析;研究了充种区种子的受力情况,建立了圆刷滚轮接触区内三七种子运动方程.对圆刷滚轮接触区内三七种子的运动情况进行了仿真分析,其结果与理论计算值基本一致.选取型孔轮转速、型孔直径和型孔深度为试验因子,以粒距合格指数、重播指数和漏播指数为评价指标,采用3因子3水平正交设计方法进行排种器台架试验.结果表明:型孔轮转速20r/min、型孔深度7mm、型孔直径8.5mm为较优组合,此时的粒距合格指数可以达到93.17%,重播指数为3.40%,漏播指数为3.43%,达到了三七种子精密播种的要求.     

气吸式辣椒精量穴直播机的研制与试验

【目的】针对辣椒种植育苗移栽方式存在的成本高、劳动强度大和生产效率低等问题,结合南方辣椒种植模式和农艺要求,研制一种气吸式辣椒精量穴直播机。【方法】该机具由主机架、仿形机构、风机、传动系统、变速器、气吸式排种器、开沟装置和镇压装置等组成,可一次完成开沟、播种、覆土和镇压作业。利用负压取种和断压排种的原理,根据辣椒种子物理特性和播种要求,确定了气吸式排种器排种盘尺寸、排种孔数量和大小,满足播种精度和播种量要求。播种部分通过平行四杆仿形机构与主机架连接,可实现播种单体对地仿形,保证开沟和播种深度。【结果】播种量1～3粒/穴的平均合格率为91.16%,平均漏播率为0.18%,平均重播率为8.66%。不同穴距试验的播种穴距合格指数均大于89%,重播指数均小于4.85%,漏播指数均小于11%,穴距变异系数均小于23.77%,播深合格率为86%。【结论】整机工作性能满足辣椒种植要求,本研究可为蔬菜精密播种机的研制和开发提供参考。     

玉米根茬地杂豆垄作播种机的改进设计

在玉米根茬地,利用联合作业机起茬、破茬碎土、垄体深松、灭茬旋耕、起垄整形等多项作业,达到杂豆种植要求,采用大垄平台的栽培模式,改进设计气吸式播种机核心部件,使种子的间距、粒距(株距)及深度都达到精确分布,并在田间进行性能试验。研究结果表明,完全满足了杂豆"大垄平台"高产栽培技术要求,公顷保苗21~25万株·hm~(-2),株距合格率达到98%,且漏播率、重播率较低,播种质量高,满足播种质量的要求。     

外槽轮排种器性能检测及分析

采用机器视觉方法,检测了外槽轮排种器的排种过程,以期对该排种器性能进行较精确地评价。小麦试验结果表明,排种量呈某种性质的离散分布,其条形图一般非对称,峰值偏左。排种器转速和槽轮工作长度愈大,则排种均匀性愈好,条形图趋于对称。两个参数对排种能力及排种均匀性均存在极为显著的影响,显著性检验尾概率的最大值分别达0 0007和0 0016,效应模型的决定系数最小值为0 9185。排种量的均值达17 0343粒/s～165 9395粒/s,标准差达13 6025粒/s～27 4819粒/s,变异系数达15 6797%～79 8534%。排种量的极差变化较小。槽轮工作长度值18mm可能处于排种量跃升的临界状态附近。     

气力式谷子精量排种器结构设计及性能试验

针对现有气力式排种器对谷子等小粒径种子难以实现精量播种问题,根据谷子形状等物理特性,通过优化排种器结构,设计一种舀勺-气吸组合式谷子精量排种器,研究排种器关键部件结构与参数对谷子精量排种性能的影响。应用JPS-12排种器性能检测试验台,以排种轴转速、舀种勺位置夹角和舀种勺圆心角为试验因素,以穴粒数合格指数、穴距合格指数、空穴指数及穴距变异系数为试验指标,进行三因素三水平正交试验,分析各试验因素对于性能指标影响的显著性。结果表明:排种器较优的工作参数为,舀种勺圆心角45°、舀种勺位置夹角-15°、排种轴转速10 r/min;优化定型后舀勺-气吸组合式谷子精量排种器综合性能试验指标为,穴粒数合格指数88.7%,穴距合格指数87.7%,空穴指数1.3%,穴距变异系数12.3%。该排种器作业性能满足小粒径作物精量播种和农艺要求。     

不同播种方式对直播水稻产量形成的影响

为了探明不同播种方式对直播水稻产量形成的影响,以水稻精量穴直播机进行开沟起垄,开展人工穴播和人工条播两种播种方式的大田研究。试验以杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为研究材料,比较分析了2种播种方式下水稻干物质积累动态、产量及其构成因素。基于开沟起垄直播开展穴播和条播的研究结果表明,以穴播方式的水稻产量较高,穴播处理能够显著提高培杂泰丰和玉香油占的产量,分别达到23.77%和10.89%,其原因是穴播处理能够提高供试水稻品种的有效穗数,穴播方式还有利于优化水稻群体配置,增加水稻群体干物质积累。因此,开沟起垄方式下穴播较条播有利于水稻稳产和增产。     

精密播种机排种自动控制装置

为提高精密播种机的播种均匀性。解决地轮打滑和手动调换链轮或调整排种器排种量的问题．研究了一种用于精密播种机的排种自动控制装置。系统由五轮仪、智能控制单元、人机接口单元和执行单元组成，可以完成数据的输入、处理和排种器转速的控制。作业时系统采用五轮仪测量播种机的作业速度。用步进电机代替地轮作为执行机构带动排种器转动，减小了地轮打滑对播种均匀性的影响。该控制装置可以直接对五轮仪直径、排种器孔数和播种量等参数进行设置，使用方便。试验结果表明，系统运行稳定，可保证排种器与五轮仪转速同步。提高了播种机的播量均匀性，达到了设计目标。     

气吸式小粒蔬菜种子精量穴播排种器优化设计与试验

目的 小粒种子具有尺寸小、质量轻、形状不规则的特征,采用传统排种器作业时常发生吸种孔堵塞、种子损伤、播种均匀性差的问题;因此本研究在种子丸粒化技术的基础上设计了一种气吸式小粒种精量穴播排种器。方法 通过测量种子的尺寸大小和摩擦角等相关参数,采用Rocky离散元仿真软件对进种过程进行仿真模拟。为获得该排种器的最佳性能因素组合,进行了二次回归旋转正交试验,应用多目标优化方法对排种器性能影响因素进行优化。结果 通过回归系数的检验得知,影响排种器单粒率与空穴率的因素主次顺序为气压、排种器转速。当转速一定时,随着负压的增加,单粒率随之增加,空穴率随之降低,当负压一定时,随着转速的增加,单粒率随之降低,空穴率随之增加,当负压大于?2 800 Pa时,转速在5~30 r/min的范围内对排种器单粒率和空穴率影响不明显,且此时单粒率均在90%以上、空穴率均在10%以下。结论 通过优化求解,最优工作参数组合为转速15 r/min、负压?2 300 Pa、正压500 Pa。经试验验证,在此条件下该排种器的性能指标为单粒率合格指数平均值96%、漏播指数平均值3.37%、重播指数平均值0.267%,符合国家标准要求。     

光电感应式油菜种子流监测装置设计与试验

针对油菜气力槽齿盘式精量排种器高速排种过程中种子流不易准确监测的问题，设计出一种光电感应式油菜种子流监测装置，对排种器的落种数量进行实时监测。该监测装置调用ARM嵌入式系统的中断，定时器资源，在时间窗口中采集回归反射型光纤传感器的输出脉冲，计算得到排种器双路各自落种数量以及落种总数，并在液晶屏上显示。选用华油杂62号作为试验对象，以排种盘转速和吸室真空度作为试验变量，以落种数量的监测值和实际值的相对误差作为试验指标，在油菜气力槽齿盘式精量排种器上进行该监测装置的实时监测试验，得到落种数量的监测值；再利用数粒仪计算落种数量的实际值，求出监测的相对误差。试验数据表明，监测值的相对误差不大于5.21%。该装置能够有效实现油菜种子的实时监测，对提高油菜气力槽齿盘式精量排种器排种性能的监测水平，推进油菜排种监测装置的研究具有重要意义。