禽蛋破损在线检测自动敲击发声装置

本文针对禽蛋破损在线检测技术要求,设计了一种轻巧的自动敲击发声装置,该装置利用电磁吸合原理,由单片机控制线圈中电流的方向和大小变化,改变感应区的磁场方向和磁场强度,控制敲击杆的伸出、停止和返回,从而实现对蛋壳的敲击发声,密闭在敲击杆内部的麦克风采集声音信号。文中对自动敲击发声装置的结构和工作原理、硬件参数及软件实现进行了描述,并以鸡蛋为对象,进行了声音信号采集实验。结果表明：该系统运行稳定,反应迅速,敲击力度适中,采集的声音信号实时、清晰。     

基于机器人的禽蛋自动检测与分级系统集成开发

将禽蛋的破损检测、内部品质检测以及检测和分级时的搬运工作集成到一个关节型机器人上,实现了禽蛋检测与分级的自动化和柔性搬运.机器人在视觉引导下,定位禽蛋位置并将其吸取,分别运动到基于敲击声音的破损检测和基于彩色图像的内部品质检测装置处,进行相应的检测,根据检测结果分级并将禽蛋搬运到相应等级的位置放下.文章给出了各子系统的组成结构、集成原理,硬件配置和主要参数.试验结果表明,该系统硬件配置合理,各部分能够协调工作,运行稳定.     

禽蛋自动捡拾系统结构设计及机械手运动规划

针对目前国产自动集蛋设备自动化程度低,无法满足自动化禽蛋生产需要的问题,设计了包括禽蛋运输装置、震动矫正装置和捡拾执行装置的禽蛋自动捡拾系统,开发了禽蛋捡拾控制系统,实现了传送带上禽蛋的自动捡拾装盘功能;分析确定了捡拾机械手提升舵机输出力矩和吸盘吸气压力参数,优选了捡拾机械手的提升舵机和抽气泵,研究了机械手路径规划、追踪路线预估及取蛋-放蛋方案,加工了禽蛋自动捡拾系统样机,开展了样机捡蛋成功率、捡拾速率和取蛋-放蛋方案优化试验。试验结果表明:该装置操作简单、定位可靠,捡拾机械手捡蛋成功率达到98.3%,捡蛋入盘操作速率每次最快达2.4 s;禽蛋自动捡拾系统采用从传送带远离机械手一侧开始同向取蛋与蛋托左端靠近机械手一侧开始同向放蛋的组合,捡拾30枚鸡蛋平均所用时间最短为73.2 s。该研究为禽蛋自动化生产中的捡拾系统结构设计提供了参考。     

海带自然晾晒与热泵烘干级联干燥自动控制系统研制

干燥是海带加工过程中的工序之一,为进一步解决海带干燥过程中劳动强度大、能耗高等问题,该研究设计了自然晾晒与热泵烘干级联的干燥模式并研制了海带全程自动搬运、协调工作的码垛自动控制系统,其由晾晒棚、热泵房、码垛装置、桥接装置与控制室组成。采用USS协议与G120变频器通讯,采集信号通过485通讯口送到可编程逻辑控制器PLC的寄存器,PLC对行走电机进行加减速判断;同时利用Profibus协议实现PLC与Sick条码定位传感器通讯,实现晾晒杆准确定位;然后编程控制气动抓手,自动实现海带晾晒杆的抓放等动作;利用限位开关作为数据传递的触发信号,晾晒棚与热泵房导轨自动对接,实现了海带自然晾晒与热泵烘干结合。试验结果表明,该控制系统总运行时间为5.7 h,晾晒杆定位误差±1 cm,高速运行时间20 m/min,晴天自然晾晒可减少海带含水率至60%,烘干后海带含水率为15.2%左右,泥沙、杂质率为0%,为一级品。系统运行稳定,节约人工,保证海带干燥的品质。该研究有助于为藻类加工产业提供高品质、低能耗、绿色环保新模式与样板。     

利用敲击声音信号进行禽蛋破损检测和模糊识别

为了在蛋品加工中能够快速检测并剔除异常蛋(钢壳蛋、尖嘴蛋)和破损蛋，利用一个微型话筒和声卡采集蛋在敲击时的声脉冲信号，将采集到的声脉冲信号送计算机处理和分析。研究结果表明：正常蛋、破损蛋、钢壳蛋、尖嘴蛋的敲击声音信号在衰竭时间、最小共振峰频率和四点最大频率差等参数上存在差异，且差异的边界是模糊的。利用最大隶属度原则进行模糊识别，破损蛋的识别准确率达95%。     

鸡蛋新鲜度综合无损检测模型及试验

为了提高鸡蛋新鲜度无损检测的准确性,该文用反映鸡蛋内部颜色的计算机图像参数和鸡蛋敲击响应特性参数构成鸡蛋新鲜度综合无损检测模型,利用两种检测方法之间的参数进行相互补偿和修正。用机器视觉装置获取鸡蛋颜色的亮度、蛋形指数,用声音采集装置获取声音的功率谱面积、共振峰频率、X轴方向的质心,通过试验测得对应鸡蛋的新鲜度（哈夫单位）。以它们为样本数据建立多元线性回归模型,获取鸡蛋新鲜度与其图像特征参数和声音特征参数之间的最优关系。经检验,所建模型判别鸡蛋新鲜度的正确率为92%。     

蛋壳破损自动检测模型研究

为了建立蛋壳破损检测模型,试验采用敲蛋装置与声检测控制器组成的计算机蛋破损检测系统获取被检蛋声音信号数据。通过对蛋声音信号的功率谱分析而得到反映蛋壳破损特征的参数：功率谱面积的平均值x₁,最大功率谱面积与最小功率谱面积的差值x₂,X轴方向上质心的平均值x₃,X轴方向上质心最大值与其最小值的差x₄,Y轴方向上质心的平均值x₅,Y轴方向上质心最大值与其最小值的差x₆,共振峰频率的最大值x₇和共振峰频率的最大值与其最小值间的差值x₈;再通过Bayes原理建立与蛋壳破损特征参数相关的蛋壳破损模型。检验结果表明模型准确率达到92%。     

便携式生鲜肉品质无损快速检测装置的设计

针对生鲜肉检测部门对可移动、便携式检测设备的实际需求,设计了基于ARM处理器便携式生鲜肉品质无损快速检测装置。介绍了该装置的工作原理、硬件构成、软件系统和功能测试。硬件系统由ARM控制处理单元、光源及检测单元、光谱数据采集单元、LCD触摸屏显示单元和散热单元组成,设计了Linux操作系统和生鲜肉品质参数采集处理应用程序。该系统可实现脱离计算机采集光谱信号、存储、显示及处理分析一体化的功能。该装置体积为184 mm×127 mm×114 mm,装置质量约为3.5 kg。以批量样品验证装置检测精度,试验结果表明,颜色L*、a*、b*3个参数的均方根误差分别为1.49、1.09和0.59,平均检测一个样品时间约为1 s。该装置可以快速获得样品参数,具有体积小、便携、无损伤、快速检测的特点,可用于生鲜肉品质的便携式检测。     

基于深层神经网络的猪声音分类

猪的声音能够反映生猪的应激状态以及健康状况,同时声音信号也是最容易通过非接触方式采集到的生物特征之一。深层神经网络在图像分类研究中显示了巨大优势。谱图作为一种可视化声音时频特征显示方式,结合深层神经网络分类模型,可以提高声音信号分类的精度。现场采集不同状态的猪只声音,研究适用于深层神经网络结构的最优谱图生成方法,构建了猪只声音谱图的数据集,利用Mobile Net V2网络对3种状态猪只声音进行分类识别。通过分析对比不同谱图参数以及网络宽度因子和分辨率因子,得出适用于猪只声音分类的最优模型。识别精度方面,通过与支持向量机,随机森林,梯度提升决策树、极端随机树4种模型进行对比,验证了算法的有效性,异常声音分类识别精度达到97.3%。该研究表明,猪只的异常发声与其异常行为相关,因此,对猪只的声音进行识别有助于对其进行行为监测,对建设现代化猪场具有重要意思。     

便携式水产品四环素含量检测装置研制

针对水产品四环素残留的便捷化精准检测难题,该研究研制了一种四环素含量检测的便携式直读光电化学装置,并探究了装置用于鱼肉四环素残留检测的可行性。装置分别以LED和STC89C52单片机为激发光源和控制核心,利用设计的光源暗室避免外源光照对检测结果的影响。测试结果表明,LED激发光源的输出信号稳定,装置对于光电流信号的采集具有较好的准确性。进一步基于丝网印刷电极构建光电化学适配体传感器,采用所研制装置对信号进行采集与处理,最终以OLED显示器直接读取抗生素浓度信息。该方法对于四环素检测的线性范围为1×10^-11～1×10^-8mol/L,检测限为3×10^-12 mol/L,具有较好的选择性,且对于鱼肉四环素残留检测的回收率为92%～94%,为水产品四环素的精准现场分析提供了新的方法与途径。     

鸡胚疫苗注射时蛋壳力学模型分析及参数优化

针对鸡胚疫苗注射时由针头冲击产生裂纹导致接种失败的问题,建立了蛋壳注射时冲击固体力学分析模型.首先,由冲量定理和动量守恒定律推导出注射孔单位长度所受合力与注射初速度、注射体系质量及针头锥形角之间的关系.由ANSYS19.2有限元分析软件初步确定注射初速度的范围为0.5～0.8 m/s,注射体系质量0.5～1.2 kg,...     

蔬菜嫁接机嫁接夹振动排序装置工作参数优化试验

为解决蔬菜嫁接夹外形结构复杂导致自动排序困难的问题,该文设计了贴接嫁接机嫁接夹振动排序装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化研究。论文在研制出振动排序装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接夹为研究对象,选取振动电压、筛选挡杆的安装角度和安装长度作为试验因素,以排夹时间变异系数为试验指标,进行嫁接夹振动排序装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,振动排序装置的最优工作参数为振动电压40 V、筛选挡杆的安装角度25.7°、安装长度45.5 mm,此时振动排序装置排夹效果最好,排夹时间变异系数为68.22%,排夹成功率可以保证100%,排夹效率为70个/min。因此,振动排序装置可以成功地完成甜瓜嫁接夹全自动排序及输送,满足设计要求,研究结果为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供重要的参考。     

农业机械室内动态模拟试验装置研制

为研究地面不平度对土壤机器系统工作性能的影响,研制了一套属无静差随动系统动态模拟试验装置,它主要由信号处理,输入环节,脉宽调节电路,驱动电路,电流传感器,位移传感器反馈环节等组成。该装置用于试验研究田间作业机械低频(≤10Hz)大振幅(≤100mm)信号的动态响应特性,试验表明,模拟精度较高。     

敲击振动检测鸡蛋裂纹的初步研究

现代化的蛋品加工业中,传统的照蛋检测鸡蛋裂纹技术远不能满足生产的自动化要求,为了实现快速在线无损检测鸡蛋裂纹,试验通过在鸡蛋不同部位施加机械冲击,利用计算机处理产生的声音信号,分析壳裂鸡蛋和完好鸡蛋的响应频率差异。结果表明：敲击赤道不同的部位,完好鸡蛋各点的特征响应频率十分接近,而壳裂鸡蛋差别较大。根据赤道四点特征响应频率变异系数(CV),建立了初步分级算法,使得裂纹鸡蛋检出水平达到91%,对整批鸡蛋的分级准确率达到87%。     

后抛式免耕播种机碎秸装置离地高度自动控制系统研制

为了解决秸秆粉碎后抛式免耕播种机田间作业时,碎秸装置入土灭茬造成作业负载大、秸秆输送装置拥堵和卡滞的问题,该文研制了基于双扇形孔金属检测圆盘和接近开关的扭转变形采集装置,以有效监测驱动轴的转速和因扭矩负载变化引起的驱动轴错位角。设计了基于32位ARM CortexTM-M3核微处理器的碎秸装置离地高度自动控制系统,实时采集驱动轴转速和错位角,分析其变化趋势,辨别作业工况,输出相应电磁阀控制信号,驱动液压缸适时调整碎秸装置的离地高度,稳定作业负载。试验结果表明,在2 500 r/min的驱动轴额定转速下,碎秸装置离地高度的改变使作业负载变化时,自动控制系统使驱动轴的转速控制在2 448～2 632 r/min之间,驱动轴错位角的变化量为±0.002 4 rad,控制信号对错位角变化的响应延时为0.24 s。田间试验结果表明,利用碎秸装置离地高度自动控制系统后机具的通过性极大改善,堵塞现象消失,作业效率提高52.9%,碎秸作业后地表残茬高度降低43.4%。该设计利用驱动轴转速和错位角的变化趋势辨别作业工况,消除了机械结构参数和材质差异等因素对驱动轴错位角的影响,可为相关农机具扭矩负载定性监测提供借鉴。     

稻麦联合收获机割台参数按键电控调节装置设计与试验

针对目前国产水稻联合收获机割台参数调整依赖于经验手工调节、操控不方便等问题,该文设计了水稻联合收获机割台参数按键调节装置,提出了拨禾轮转速自动控制方法,建立拨禾轮转速自动控制模型,结合模糊PID控制算法实现拨禾轮转速自动控制。割台参数按键调节装置由传感器、PLC控制单元、显示器、按键、驱动等模块构成。PLC接收按键信息发送控制信号驱动割台部件电动调节,传感器将检测信号送入PLC,由显示器实时显示调整情况。测试结果表明,通过割台参数按键调节装置能实现割台高度、拨禾轮高度、前后位置及转速参数的自动调节,调节相对误差分别为7.4%、3.4%、2.0%和7.8%;作业速度相对误差为3.4%;拨禾轮转速自动控制响应时间≤0.8 s,调整时间≤1.7 s,最大相对误差8.5%,控制精度达到91.5%,基本满足水稻收获机割台参数调节要求,可为水稻联合收获机智能操控提供技术支撑。     

利用高速摄像及仿真分析立式浅盆型排种器工作特性

为直观准确观察排种器的工作特性以及种子在其容腔内部的运动状态,利用高速摄像技术拍摄立式浅盆型排种器在不同转速下的工作过程,同时结合离散元仿真软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真,利用其后处理模块中的影像技术标记种子并对工作区间进行分析。采用高速摄影技术和离散元仿真分析软件EDEM分析得出:为了保证清种的可靠性,种盘的折边倾角应在67°~90°之间;同时,为了防止清种过程中带种导致的伤种现象的发生,种层高度应保证种面与护种板之间保留3~4倍种子直径的距离;投种过程中,为了保证排种的均匀性、减小株距变异,在保证型孔的光洁度的同时,投种口的尺寸应选取16 mm×30 mm。该研究为完善立式浅盆型排种器的设计、补充修正相关结构参数提供了参考。     

油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验

针对油菜精量播种过程中缺乏小粒径种子流传感而导致播量监测困难的问题,设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,记录并分析油菜种子与聚偏氟乙烯压电薄膜的碰撞轨迹,为传感装置的导管、压电薄膜倾角、出种口位置等关键结构参数提供依据。基于油菜种子与压电薄膜的碰撞信号特征分析,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,将碰撞信号的衰减时间从9缩短至1 ms,提高了对高频种子流检测的时间分辨率,同时能够有效抵抗机械振动带来的干扰影响。对微弱碰撞信号进行放大、半波整流、电压比较、单稳态触发转化为单脉冲信号,通过单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用无线收发模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。油菜精量排种器台架及数粒仪高频排种试验表明:在排种频率8.1~32.9 Hz范围内,检测准确率不低于99.5%。田间播种试验表明传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,在无排种时计数为零,正常播种状态时检测准确率不低于99.1%,机械振动及粉尘对传感装置没有影响。该传感装置为油菜精量播种过程播量监测、漏播检测以及补种提供有效支撑。     

苗盘钵苗自动识别及控制装置的设计与试验

针对全自动移栽机在田间作业中,因苗盘的钵苗格缺苗而导致的漏栽问题,研制了一种苗盘钵苗自动识别及控制试验装置。该试验装置采用单苗爪取苗,步进电机驱动钵苗盘纵向和横向移动,光电传感器作为钵苗识别装置,由可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,触摸屏作为人机界面,可适应不同规格的苗盘参数,可选择对该装置进行手动或自动控制。试验结果表明,该装置可有效地对钵苗格是否缺苗进行自动识别,并控制苗盘输送装置,使缺苗的钵苗格快速跳过取苗爪,提高取苗爪的抓取效率,以降低漏栽率;相对于没有采用钵苗自动识别的移栽模式,该系统漏栽率整体降低了约12%。该研究可为全自动移栽机的进一步自动化智能化设计提供参考。