车载式施药机控制系统设计与应用

为了减少或避免药液对自然环境以及其他生物的不利影响,必须实现精确施药.而车载式施药技术能够良好避免施药过程中药液对操作人员造成威胁,同时能够有效提高喷洒药液的效率,降低药液对生态环境以及非靶向生物的不利影响等指标.基于此,文章通过研究车载式施药机控制系统的具体应用,阐述车载式施药机控制变量的设计思路,探索能够降低用药量、降低环境威胁以及降低生产成本的方法,具有一定理论指导与应用价值.     

整排式移栽机末端执行器的设计与试验

末端执行器是整排式全自动移栽机的关键机构,基本功能是实现钵苗的夹持和释放。为提高钵苗夹持成功率,减少钵苗损伤率,设计了一种适用于整排式全自动移栽机的末端执行器,并依据机构原理构建数学模型,确定各杆件的最优参数组合,构建控制系统实现对末端执行器夹苗和放苗的控制,结果表明各杆件尺寸参数符合精准夹持要求。     

车载式施药机的伺服特性分析

针对车载式施药机的伺服控制单元,介绍了以电机、减速机、齿轮为传动链的驱动形式,对系统的电流环、速度环进行了仿真建模及分析,得到了它们的阶跃特性.最后对有无前馈的两种形式进行了仿真对比分析,结果证明,加入前馈有助于提升系统的跟踪精度.     

施药机压力波动特性研究

施药机械在变量施药过程中,通过控制回流管路电动球阀的开度对喷头流量和压力进行控制,但喷头的关闭会引起施药管路压力的波动、流量的变化。为了研究压力波动特性,搭建施药性能仿真试验台,在不同回流比例下进行压力波动特性试验。结果表明,压力波动值与回流比例之间有直接的关系;在相同回流比例下,关闭的喷头数目越多,管路中的压力波动量越大;在不同回流比例条件下,最佳的回流比例是3∶2,建议小型回流控制施药机械采用该回流比例值。     

穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式取苗末端执行器

设计了一种穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式夹钵取苗末端执行器。利用2根气缸机械手指伸出4根夹取针插入苗钵,气缸机械手指闭合夹取针捏紧苗钵来取苗,利用两根气缸机械手指撑开放松夹持苗钵,4根夹取针回缩脱离苗钵来放苗。根据穴盘苗自动取苗力学要求,进行了基于穴盘苗物理力学特性的夹取力设计。试制末端执行器,进行夹钵取苗效能测试。在40 mm/s提取速度下,各试验因素的夹钵脱盘力无显著性差异。取苗效能的正交试验分析发现,苗钵含水率水平高度显著影响根土破坏,入钵角度、深度以及根系等试验因素没有统计学显著性影响。当夹取针入钵角为11°,入钵深度为32 mm,苗数为4株,含水率为55%~60%时,所设计的取苗末端执行器对苗钵的夹取作用达到最小根土破坏程度。     

红花采收机双动对切式末端执行器设计与试验

针对红花采收机械存在的花丝破碎率高,采收效果差的问题,基于低速对切与分段切割的设计思想,研究设计了一种红花采收机双动对切式末端执行器,利用双动刀和多工作段凸轮实现低速夹持切割与分段作业。构建刀具-花丝切割力学模型,对切割过程进行理论分析,确定影响末端执行器性能的关键因素为：切刀进给速度、刃口倾斜角和切刀刃面倾角;并以凸轮转速（切刀进给速度）、刃口倾斜角和切刀刃面倾角为试验因素,以花丝采净率与花丝破碎率为评价指标,进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,得到试验因素与评价指标间的数学模型,对回归模型进行多目标优化,确定最佳参数组合为：凸轮转速27.9r/min、刃口倾斜角16.1°、切刀刃面倾角19.7°,对应花丝采净率为91.78%,花丝破碎率为5.32%。在最佳参数组合下进行田间验证试验,结果表明,花丝采净率为91.25%,破碎率为5.57%,与优化结果误差不超过5%,表明所设计末端执行器能实现花丝的低破碎率采收。     

穴盘苗斜楔块片状式取苗末端执行器设计

取苗末端执行器,是穴盘苗自动取苗机构的核心工作部件。为此,依据我国穴盘苗生产实际情况,设计了一种斜楔块片状式取苗末端执行器。选择72穴西葫芦穴盘苗作为试验测试对象,通过初步试验对比分析了不同夹持手指的取苗效果,优选出叉子形夹持手指取苗效果最好。同时,进行全因素试验研究叉子形手指取苗特性,得出当手指长度L为130mm、插入深度h为30mm、夹持角度β为12°时,取苗末端执行器的成功率达到9 5%,秧苗伤苗率为5%,兼顾取苗质量又减少了对秧苗的损伤。     

穴盘苗移栽机末端执行器设计与虚拟样机分析

针对现有穴盘苗移栽机工作过程中易伤苗、作业效率低等问题,设计了移栽机末端执行器。根据移栽机实际移栽作业要求,采用SolidWorks进行末端执行器虚拟样机设计,并采用COSMOSMotion插件分析机械手指运动轨迹,联合COSMOSWorks插件进行基质有限元模型分析。运动模拟试验表明机械手指水平位移量主要受斜楔块位移量Δh影响,而垂直位移量主要受机械手指初始插入角度α影响,并且机械手指产生的作用力主要作用于基质块边缘,不会对基质中的幼苗茎产生损伤。移栽试验表明末端机械手指平均移栽成功率为95.76%,平均伤苗率为3.06%,满足移栽作业要求。     

番茄果实串采摘末端执行器设计与运动仿真

为解决单果采摘效率低、果实易损伤等问题,设计了用于番茄果实串采摘的具有夹持与切割功能的末端执行器系统。夹持系统采用平行夹爪气缸结构,切割机构采用钢丝软轴带动圆形锯片的切割方式,并对末端执行器进行了静力学和运动学的分析与仿真。试验结果表明:末端执行器采摘时,夹持果梗动作需要0.5s,切割果梗动作约需7s,切割机构回到初始位置需5.5s,完成番茄果实串采摘动作共需13s,夹持机构行程12mm,切割机构行程40mm,末端执行器能够符合番茄果实串采摘要求。     

基于TRIZ理论的鸭嘴式移栽末端执行器结构设计

针对穴盘苗移栽末端执行器损伤钵苗、结构复杂等问题，运用TRIZ创新理论建立移栽末端执行器的功能模型图，确定技术系统应该改善的特性及被恶化的特性，查找阿奇舒勒矛盾矩阵表，得到所推荐的创新发明原理，选取最理想的解决方案，设计了一种不伤钵苗、有补水通道的鸭嘴形移栽末端执行器。实践证明，运用TRIZ理论设计农业机械可大幅度提高创新产品的质量和缩短研发周期。      

基于Android终端交互的果园变量喷药控制系统设计

开发了一套基于Android终端交互的果园变量喷药控制系统,采用流行的安卓手机或平板电脑作为人机交互界面,上位机与下位机通过蓝牙模块进行无线通讯,实现了通过手机或平板等智能终端对喷药阀门的控制及相关参数显示;采用mega 128微控制器作为系统控制核心,实现喷药参数监测和单位面积施药量的自动变量控制;进行了变量喷药试验...     

自适应升降喷杆施药系统的研发

针对传统简易施药机易造成人员中毒、药液喷洒过多易造成环境污染等问题,以及现在温室内用施药机在自适应作物高矮、自主行走、精准施药等方面仍存在一定的局限,北京京鹏环球科技股份有限公司研发了一种自适应升降喷杆施药系统,包括喷药系统、雾化系统、喷杆自动调节系统、控制系统及无轨道自走式底盘等。该施药系统创新性在于温室内与无轨道自走式底盘配合使用,可实现路径导航的自动化、智能化;其喷杆自动调节系统创新性地采用超声波传感器用于探测施药机与农作物施药目标的距离,以便进行精准施药,拟为解决狭小温室空间内自主行走及施药问题提供参考,实现温室内施药的无人化、机械化、自动化、精准化,提高温室内植保装备的机械化水平,改善劳动环境,提高劳动效率。     

毒饵喷撒机的改进设计与试验研究

草原毒饵喷撒机在灭鼠作业中,经常会出现排毒饵器堵塞及毒饵喷撒分布不均匀的现象。如果此问题不能及时解决,就会严重影响毒饵喷撒机灭鼠的效果和效率。为了提高毒饵喷撒机的灭鼠性能,在原毒饵喷撒机相关研究的基础上,设计了一种排毒饵器排毒饵的自动控制系统和摆动机构摆动频率调节装置,根据风机的转速控制排毒饵器是否排毒饵,根据毒饵喷撒机前进速度调节喷筒摆动的频率。同时,通过试验得到一组最佳的毒饵喷撒机作业性能参数,使毒饵喷撒机在草原灭鼠作业过程中不出现排毒饵器堵塞且使喷撒毒饵均匀,达到最佳的使用效果。     

基于干扰观测器的直播机路径跟踪快速终端滑模控制

针对农田中存在不确定性干扰时,会导致建立的无人水稻直播机运动学模型精确度不高,从而使路径跟踪收敛时间长,跟踪效果较差等问题,提出由直播机运动学模型建立相应的非线性干扰观测器从而实现对不确定性复合干扰的精确观测.将观测到的干扰值补偿到运动学模型中以提高模型的精度,降低滑模控制的抖振.为了控制直播机沿指定路径作业并提高路径...     

农业自动化喷雾机械标靶害虫自动识别系统的研究

农业喷雾对象的识别和定位是农业自动化喷雾机械研究中的核心技术之一。对病虫害甘蓝进行精准喷洒农药,实现病虫害准确自动识别成为关键。为此,利用机器视觉的欧氏距离甘蓝夜蛾虫害自动识别检测系统,结合由Qualityspec光谱仪组成的光谱成像系统,对甘蓝正常叶片和遭受甘蓝夜蛾虫害的甘蓝叶片的颜色特征和光谱特征进行分析,并采用机器视觉分割阈值选取中的Otsu算法和自适应波段选择方法提取出了颜色差异的最佳几何阈值和两种叶片的特征波段。试验结果表明:综合机器视觉和光谱技术能够实现甘蓝夜蛾虫害的自动且准确的识别,准确率可达94%。因此,建立机器视觉和光谱技术综合识别体系,可为农作物病虫害自动防治喷雾机器人的研制奠定基础,以达到农作物病虫害实时识别和及时治理的目的。     

水肥一体机肥液电导率远程模糊PID控制策略

为检测水肥一体机肥液电导率(EC),并将其控制在合理范围内,基于物联网技术,设计了远程水肥灌溉控制系统,将自整定模糊PID控制算法引入远程开发者服务终端中,通过模糊PID控制算法调控本地端变频注肥泵的频率进而精准控制EC,并对本地端PID和远程端模糊PID控制算法进行了对比试验验证。结果表明:目标EC越大,稳态EC越精确,但稳态时间和超调量均增大;与传统本地端PID控制相比,该系统响应速度快、EC波动幅度小、稳定,当目标EC为2.5 mS/cm时,稳态时间和超调量分别达到120 s和20.8%,混肥时间和实测EC均能满足水肥控制实际需求。该研究实现了EC的远程模糊PID控制,以及灌溉施肥系统的计算机、手机微信多终端灌溉数据监测和开关量控制。     

自动对靶精准施药机研究——基于图像边缘检测和目标识别

为了提高施药作业的效率和实际着药量,降低喷药成本和给环境造成的负担,提出了准确精量的对靶施药系统的设计理念,并给出了施药平台的原理和结构构成,最后对施药平台的图像处理系统进行了重点设计。为了验证方案的可行性,以传统的施药机械为搭载平台,将PC图像处理器嵌入到了精准对靶控制系统中,选择地势平坦的果园为实验场地,对施药平台进行了实验研究。实验结果表明:基于图像边缘检测和目标识别的自动对靶施药平台即使在光线不好的条件下,仍可以准确地得到果树果实和枝叶的位置信息,施药平台的实际着药量要比传统施药平台更高,而成本却更低,从而验证了方案的可行性。     

基于DRNN网络的风力辅助提水机自整定PID控制

基于风力机和离心水泵的特点,提出了一种风力辅助提水机结构及该机的控制系统。该机是一个耦合的两输入两输出时变系统,系统存在的响应较慢,负荷的随机变化及参数快时变的特性。固定参数PID控制难以适应此系统控制要求,因此,提出一种基于回归神经网络（DRNN）的两输入两输出PID控制器结构,给出了DRNN神经网络参数学习算法和PID控制器参数自整定算法。使该系统能在自然界的风速随机变化的情况下使风力机最大可能利用风能,同时与离心水泵输出功率匹配.计算机仿真结果验证了该控制策略可行性,这为以后进一步研究奠定了基础。     

基于滑移网格技术的揉碎机内流场研究

为研究揉碎机揉碎腔内的流场结构和流动状态,运用计算流体力学方法,基于滑移网格技术,对揉碎机空载时腔内的湍流非定常流场进行了三维瞬态数值模拟,得到了转速为2 800r/min时,揉碎机转子转动1周时间内,揉碎室和抛送室的流场空气动力学特性参数随时间变化规律,准确地反映了瞬态流场结构信息。结果表明:低压区在抛送室中半径为0~20mm附近,最高压力区在抛送叶片与内壁间隙,容易形成回流造成物料排出不易;启动阶段最大速度发生在出料口内侧尖角区域;轴向压力速度分布过于均匀,进而影响整机效率。此研究为揉碎机内部流场结构优化提供了新方法,提出了改进该机型的方向,为优化该机效率奠定了理论基础。     

基于模糊PID的采棉机作业速度最优控制算法与试验

针对采棉机作业速度影响采棉效率的问题,提出基于模糊PID控制技术的采棉机作业速度实时调整算法,建立行走速度调节模型,实现采棉机作业速度最优控制。该算法通过实时获取棉花在线流量,经采棉输入负荷梯度堵塞条件约束,并将模糊算法和常规PID控制相结合,应用模糊规则和推理方法对PID参数进行在线整定,实时调节行走速度,实现作业速度最优控制。借助基于FPGA的硬件控制器在4MZ-5型采棉机上进行了试验研究。试验表明:所提出的算法可以根据棉花在线流量当量大小实时调整作业速度,提高了采棉机作业效率;有效避免了因采棉量过大造成的输棉管堵塞故障,提高了采棉机智能化水平。