水培生菜自动纵向包装装置设计与试验

为提升设施园艺中水培生菜生产全程机械化水平,设计了收获后生菜自动纵向包装装置,包括导向装盒机构、切膜与封膜机构等。利用聚拢气缸和压菜气缸执行生菜纵向装盒,同时利用导向环保证装盒过程中生菜偏移、翻转等位姿要求;通过柔性毛刷对薄膜的梳刷作用及薄膜自粘性使其贴于包装盒,完成包装盒封膜。根据生菜挤压试验、力学分析、理论计算,分别确定了包装盒尺寸、导向装盒机构参数、切膜与封膜机构参数。基于高速摄像,提出了生菜水平偏移、姿态角量化方法;通过生菜装盒位姿特性试验,研究了导向环对装盒过程生菜位姿特性的影响。研制了自动包装样机,利用正交试验优化了切膜作业参数并进行了试验验证。生菜装盒位姿特性试验结果显示:生菜入盒时有导向环水平偏移平均值、姿态角平均值分别为5. 8 mm、17. 9°,相较无导向环时分别减小75. 0%、74. 2%,导向环保证了生菜纵向装盒成功率。正交试验结果显示:切膜作业参数最优组合为薄膜纵向切刀与薄膜夹角30°、拉膜辊拉膜速度300 mm/s、薄膜横向切刀速度500 mm/s。最优参数组合下,包装成功率为96%,样机单次包装用时10. 5 s,比人工缩短58%。     

水培奶油生菜物理力学特性研究

以设施水培奶油生菜为试验对象,对其物理力学特性进行了研究.使用电子秤、游标卡尺和直尺等测量其总高、株高、展开度、重合度、根茎直径、总质量及去根质量等物理几何参数,并运用数理统计方法分析各参数分布规律,再对生菜拔取力、根茎叶各部分含水率、根部不同切割部位的切割力等进行研究.结果表明:生菜主要物理形态参数分布均较为集中,拔...     

水培奶油生菜采收装置的设计与试验

目前,设施水培生菜的采收主要以人工采收的方式完成,面临劳动强度大、工作枯燥费时等问题。为此,以水培奶油生菜为试验对象,针对水培生菜的种植特点,提出了一种新型的保留生菜部分主根的采收方式。根据采收装置要实现的功能要求,分别从输送定植板机构、切割根部机构、拔取搬运生菜机构和PLC控制系统等进行采收装置的关键零部件设计,并根据总体设计方案完成装置的试制和试验。试验结果表明:装置能顺利完成输送定植板,切割根部的成功率为82%,拔取搬运生菜的成功率为85%,采收效率较人工采收提高近3倍,具有良好的市场前景。     

水培生菜低损柔性采收装置设计与试验

植物工厂水培生菜采收过程中易损伤菜叶,为提升采收质量,结合水培生菜农艺特征,设计了一款水培生菜低损柔性采收装置。利用图像处理检测水培生菜轮廓外切矩形,获取生菜株高及菜叶展开尺寸,进而通过柔性手指对菜叶的低损抓取、切割器对生菜茎的一次切除,实现水培生菜低损柔性采收。分析确定了柔性抓取机构、切茎机构、控制系统等关键部件的作业流程及结构参数。利用响应曲面试验方法,优化了柔性手指抓取高度比、抓取圆周比、柔性手指弯曲角的参数组合。试验结果表明,各因素影响采收成功率的显著性顺序为柔性手指弯曲角、抓取圆周比、抓取高度比,各因素对菜叶损伤面积的影响均极显著。利用二次拟合方程求得最优参数组合为抓取高度比0.55、抓取圆周比0.76、柔性手指弯曲角39.7°。对最优参数组合进行试验验证,结果表明,菜叶损伤面积为186mm2,采收成功率为96%,实现了水培生菜低损柔性采收。     

水培生菜整株低损收获装置设计与试验

为解决水培生菜收获品质低、人工收获劳动力成本高等问题,设计了一种整株低损收获装置。通过夹持杆对菜叶的低损聚拢、割刀对生菜茎部的精准切割,实现单株水培生菜的整株低损收获。设计了各关键部件结构参数,分析了影响菜叶损伤的因素,利用图像处理方法测量了菜叶损伤面积;采用正交试验,研究了聚拢速度、聚拢角、聚拢高度、压菜速度对菜叶损伤面积的影响;通过力学分析和高速摄影,分析了聚拢角、聚拢高度对菜叶损伤面积的影响。正交试验结果显示:试验因素的显著性主次顺序为聚拢角、聚拢高度、压菜速度、聚拢速度;最优组合参数为聚拢速度100 mm/s、聚拢角15°、聚拢高度70 mm、压菜速度100 mm/s。验证试验表明:最优组合下生菜均为整株收获,菜叶损伤面积平均值为432 mm2,损伤程度平均值为0. 13%,优化效果明显。     

基于FCN网格定位和特征融合的水培生菜幼苗状态检测方法

为了及时发现问题幼苗状态和提高幼苗分拣效率,本文以水培生菜幼苗培育过程中出现的死亡和双株状态为研究对象,提出一种基于FCN网格定位和特征融合的水培生菜幼苗状态检测方法。本方法在原有研究的基础上,针对双株状态幼苗检测精度低的问题,引入FCN架构改变原有边框回归方式,利用其对位置信息敏感的特性,获取精确的网格点空间信息。同时,利用特征融合策略,充分获取不同网格点间的相关性,实现对水培生菜幼苗问题状态的精准定位。实验结果表明,该方法的平均检测精度达到了88.1%,检测精度优于原有方法、FSAF、YOLO V3、FoveaBox、ATSS和CornerNet,尤其对双株状态的幼苗检测精度得到明显提升。因此,本文提出的方法能够实现水培生菜幼苗问题状态的自动检测,为水培蔬菜育苗分拣智能化及种植自动化提供技术支持。     

苏叶在线分选系统设计与试验

针对我国苏叶人工分选劳动强度大、效率低、缺乏自动分选系统的问题,设计了苏叶在线分选系统,该系统由上料单元、检测单元、传输单元、分选单元、下料单元、供气系统以及控制系统组成。首先对苏叶图像进行预处理,进而获取叶片最小外接圆及其直径信息,最后根据确定的转换系数得到苏叶尺寸。为便于苏叶分选控制,设计了苏叶尺寸输出排序策略。试验结果表明,利用该系统能够实现苏叶的快速测量与分选,单幅图像处理时间约为0. 18 s,分选速度约为4片/s,系统测量总体平均绝对误差为0. 157 cm,总体分选准确率为90. 09%。     

基于YOLOv5的水培生菜幼苗状态快速检测研究

育苗是水培蔬菜种植过程中的关键环节,幼苗分拣是育苗过程中不可或缺的一个步骤。本文以水培生菜幼苗的死亡和双株状态为研究对象,提出了一种基于YOLOv5的水培生菜幼苗状态快速检测方法。根据水培生菜幼苗数据集密集、小目标的特点,采用K-means++聚类算法优化预设锚框尺寸,有效提高模型的检测精度。同时,利用AdamW优化算法,改良模型收敛结果。实验结果表明,本方法的平均检测精度为92.1%,能够实现水培生菜问题幼苗状态的实时、高精度检测,可为水培蔬菜幼苗分拣智能化和农业智能装备精准作业提供技术方案。     

林冠层结构参数自动测量系统设计与试验

为获得林冠层结构参数的监测数据,设计了一种可长期自动感知叶面积指数、聚集度指数和郁闭度指数的自动测量系统。自动测量系统由测量车、固定轨道和太阳能供电系统组成。太阳能驱动的测量车由单片机控制完成指定作业任务,收集轨道所在样线上的光强分布数据,获得不同长度光斑概率分布函数,利用大光斑消除法和贝尔定律解算林冠层结构参数。为验证测量方法和解算精度,先后在林场32块样地进行试验,结果表明自动测量系统测得的有效叶面积指数与LAI-2200测量结果相近,相关系数为0.832 5,郁闭度指数与一步一抬头方法测量结果相同,并测得32块样地的聚集度指数。     

横置差速轴流脱分选系统设计与试验

针对横置轴流滚筒长度受限和脱出物在清选筛入口一角堆积严重的问题,设计了以同轴差速脱粒滚筒、圆锥形清选风机、双层振动筛和螺旋板齿式复脱器为主要工作部件的横置差速轴流式脱分选系统。为了提升横置差速轴流脱分选系统工作性能,设计了喂入量为2 kg/s的试验台,采用二次正交旋转组合设计法进行工作性能试验,考察差速滚筒转速组合、圆锥形风机叶片锥度、差速滚筒高低速段长度配比3个因素对损失率、破碎率、含杂率和脱粒功耗4个性能指标的影响。建立了损失率、破碎率、含杂率、脱粒功耗的回归数学模型,利用Matlab优化工具箱对回归数学模型进行了多目标优化计算。结果表明:影响横置差速轴流脱分选系统损失率、含杂率的3个因素主次顺序依次为差速滚筒转速组合、圆锥形风机叶片锥度、差速滚筒高低速段长度配比;影响横置差速轴流脱分选系统破碎率、脱粒功耗的3个因素主次顺序依次为差速滚筒转速组合、差速滚筒高低速段长度配比、圆锥形风机叶片锥度;最优参数组合为:差速滚筒转速组合750、850 r/min,风机叶片锥度3.8°,高速段比例30%;对应工作性能指标为:损失率1.57%、破碎率0.71%、含杂率0.38%,脱粒功耗6.67 k W/kg。田间试验结果表明,横置差速轴流脱分选系统工作性能指标优于行业标准。     

沼液对水培生菜生长、养分及水分利用效率的影响

采用深液流水培法,对生菜在不同沼液替换比例配制有机无机复合营养液条件下的生理生长、产量及其对营养液养分和水分利用效率进行了研究。结果表明沼液对生菜叶面积、产量,养分及水分利用效率的提高有显著的作用,在沼液替换比例为10%、20%、40%的条件下,生菜的叶面积、产量、养分及水分利用效率均随着沼液替换比例的提高而增加。在60%和80%的沼液替换比例条件下,生菜的产量和植株对养分、水分的吸收利用率都有所下降,过高沼液替换营养液比例不利于生菜的生长。在这种复合营养液条件下,生菜对于氮、磷及镁元素的吸收利用率较高,对于钾和钙的需求量较低。     

腐植酸对水培生菜产量和水分及养分利用的影响

通过营养液水培试验,研究了生育期不同腐植酸浓度对生菜产量和水分及养分利用的影响。结果表明,在0~1.41mg/g腐植酸浓度内,随着腐植酸浓度的增加,生菜地上部和地下部鲜干重随之增加,腐植酸浓度为1.41mg/g时,上述指标同时达到最大。腐植酸浓度在0~1.41mg/g内,随着其浓度的增加,生菜水分利用效率逐渐增大,对矿质元素的利用效率逐渐提高。腐植酸对生菜吸收矿质元素的影响不显著,不同的腐植酸处理,生菜吸收无机养分的能力不同。综合产量、水分和养分利用等因素,添加1.41mg/g的腐植酸可达到高产、节水、省肥的生产效应。     

微型水培人工气候箱环境监控系统设计

针对水培菜生长过程中对光照强度、环境温湿度及营养液的不同需求,设计了一种微型水培人工气候箱环境监控系统,可用于家庭园艺或餐厅农场.基于STM32F103ZET6控制器,设计了系统相关硬件电路及系统控制程序,主要包括外部环境检测模块、外部环境调节模块、营养液检测模块、营养液调节模块、LCD显示及按键模块及上位机显示界面....     

沼液对水培生菜光合特性、产量及品质的影响

为了阐明沼液替换营养液比例与水培生菜生育阶段、产量、品质及光合特性之间的关系,筛选出最佳沼液替换比例,采用深液流水培法,以生菜为材料,研究了不同生育阶段沼液替换比例对生菜产量、品质及光合特性的影响,并分析了叶绿素a与光合参数的关系。结果表明,沼液替换部分营养液显著提高了生菜产量(P0.05),且不同生育时期沼液对生菜产量的影响规律一致,当生菜生长中期(第2个生育阶段)沼液替换比例为20%,末期替换比例为40%时生菜生物量最高,高出CK(以原山崎配方配制营养液水培生菜)66.97%;沼液替换部分营养液的各处理的生菜可溶性糖与CK相比显著提高,且差异极显著(P0.01);可溶性蛋白有一定程度提高,但差异不显著;生菜的硝酸盐量显著降低,同时生菜VC量随着沼液置换比例的增加而降低。沼液替换部分营养液提高了生菜叶片叶绿素a,促进生菜光合作用的进行。故生菜第2个生育阶段沼液替换营养液对生菜产量、光合特性及品质调控效应较好,且以40%沼液替换比例效果最佳。     

农村户厕三格化粪池出水对水培生菜产量和营养品质的影响

试验以农村户厕三格化粪池出水资源化利用为目的 ,探索农村户厕三格化粪池出水替代水培生菜营养液,研究不同比例替换对水培生菜产量及品质的影响.试验结果表明,三格化粪池出水可以替换部分标准营养液进行水培生菜生产,而且达到提质增产;综合考虑,替换比例为20％条件下,效果最佳,鲜重相对于CK增加了3.23％,可溶性糖含量增加了3...     

履带自走式分拣型马铃薯收获机设计与试验

丘陵山区和小地块是国内马铃薯的主要种植区域,针对这类地形的马铃薯机械化收获技术与装备匮乏的瓶颈问题,并结合马铃薯种植农艺和收获需求,采用自动对行挖掘-薯土分离-人工辅助捡拾相结合的马铃薯机械化单行收获方案,设计了一种履带自走式分拣型马铃薯收获机。该机主要由履带式底盘、自动对行挖掘装置、分离装置及分拣装置等关键部件组成,具有附着力大、高频低幅振动碎土、自动对行挖掘、人工辅助分拣和液压驱动模式等技术优势。在阐述总体结构及工作原理的基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,确定了分离筛倾角为30°,分离筛末端与分拣筛始端之间的跌落高度为120mm等关键部件的结构参数和运行参数。由于采用人工辅助分拣的集薯方式,减少了薯块跌落与翻滚次数,缩短了马铃薯的分离行程。田间试验结果表明：样机作业速度为1.0、1.2km/h,分离筛运行速度分别为0.61、0.72m/s,分拣筛运行速度分别为0.42、0.50m/s时,生产率分别为0.10、0.12hm2/h;利用电子马铃薯采集的碰撞加速度平均值分别为51.02g、51.85g,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值,没有出现薯块漏捡和薯块表皮破损情况,收获效果良好,各项性能指标均满足相关标准的要求,研究可为马铃薯收获机分离分拣装袋工艺和马铃薯收获机的结构优化改进提供参考。