基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统研究

【目的】提高林果采摘机器的综合采摘效率,减轻人工作业强度,优化系统数据收集与传输性能,提升系统稳定性。【方法】课题组设计了一款基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统。该系统利用滤波算法实现了网络信息拥堵控制,其工作原理为：通过高分辨率相机收集林果图像发送至总控系统,使用滤波算法识别目标林果后检测位置信息;由传感器收集林果与机械爪的距离进行位姿计算,运动控制设备发送指令后机械臂到达采摘位置;末端执行设备控制电机运转后操控机械臂完成采摘。【结果】测试表明,系统应用滤波算法的适应性良好,与应用灰狼算法相比,整体运行稳定率达到了92%以上,各项参数指标符合预期。【结论】该林果采摘机器智能控制系统可实现高效智能采摘,推广前景较为良好,本研究可为类似采摘或收获农机装备的优化设计提供参考。     

多级离心泵叶轮叶片刃口设计验证及应用

【目的】为了提高多级离心水泵的运行效率,提升国内水泵的竞争力。【方法】笔者通过创新和优化设计方法,参考国内外优秀水泵设计,在验证叶轮叶片刃口设计及应用的可行性过程中,开发阶段采用水力性能模拟软件及先进的3D打印技术,缩短产品的开发周期;工业化阶段针对刃口叶片的冲压成型问题,采取优选法进行可行性研究类比分析,运用工装定位的321法则解决双曲面叶片的激光焊接定位问题。【结果】水力模拟分析软件进行模拟水力测算,泵效率为82.4%;工业化改善刃口叶轮性能测试结果显示泵效率为82.97%。通过单因素变量测试对比分析可知,刃口叶轮泵效率提升1.53%,符合泵效率提升1%～3%的预期值。【结论】通过本次多级离心泵叶轮叶片刃口的设计开发、工业化及测试结果,该结构可明显提高水泵的使用效率,具有较高的实用价值。     

基于对抗域适应网络的土壤水分智能识别算法

【目的】使用传统卷积神经网络测量土壤含水率的识别准确率低、泛化性能差。为了满足重大工程扰动下的含水率测量需要,需提出一种适用于不同土壤类型且不受深度制约的探测方法。【方法】笔者搭建了室内实验平台,采集了延安、兰州和蓝田三个地区间隔等级为2%的8类不同土壤水分下的图像,构造了用于神经网络训练和测试的数据集。然后,基于对抗域适应算法（CDAN）,比较了ResNet、MobileNetV2、Xception和ViT四种网络,选取识别准确率最高的模型作为其特征提取器,构建基于对抗域适应的土壤含水率识别模型,对比分析含水率识别模型在不同迁移任务上的识别效果。【结果】域适应模型CDAN的测试准确率明显高于MobileNetV2、Xception和ViT等模型,对不同地区土壤含水率的测试准确率均达到68%以上,最高识别准确率为84.3%。【结论】使用域适应方法具有良好的泛化能力和识别精度,能够为开发土壤地质信息探测机器人的视觉系统提供算法支持。然而,目前的土壤含水率识别算法仅适用于实验室条件下所搭建的土壤含水率数据集,若想实现实际的工程应用,则需要进一步完善土壤含水率图像数据集,使室内搭建的算法实现...     

泗阳二站轴流泵装置模型流道优化及模型试验分析

【目的】提高泗阳二站改造工程泵装置的水力效率,明确泗阳二站改造后泵装置的水力性能,了解泵站的真实运行情况,便于泵站的安全运行管理。【方法】以泗阳二站的立式轴流泵装置为研究对象,采用数值模拟技术分析了原设计方案(方案1肘形进水流道的流道高度1.707D、长度3.895D、进口面积4.984D²;虹吸式出水流道长度6.14D、进口直径1.09D、出口面积3.934D²,其中D为叶轮名义直径。)的泵装置水力性能并开展了流道的优化分析,通过物理模型试验获得了泵装置的能量性能。【结果】给出了肘形进水流道弯肘段方变圆渐缩型线、出水流道隔墩起始位置及隔墩长度的优化方案,优化后的肘形进水流道出口面的轴向速度分布均匀度提高了3.32%,加权平均偏流角减小了0.945°,水力损失减小了10.4%;相比原设计方案,优化的虹吸式出水流道水力损失减小了7.51%。在叶片安放角+2°、设计扬程6.30 m时,原型泵装置流量为35.2 m³/s,满足设计流量的要求,效率为76.02%;在最大扬程6.8 m时,原型泵装置流量为33.84 m^3...     

一种用于农业巡检机器人的云台系统设计与样机实验

【目的】适应复杂多变的农业巡检场景,减少人工成本和使用成本。【方法】本研究通过综合考虑当前农业巡检领域的发展趋势以及应用需求,提出了一种满足农业巡检环境高精度、快速响应和轻量化要求的云台系统设计方案。运用串级PID控制算法,遵循轻量化设计原则,实现云台系统的性能优化,有助于确保云台系统在复杂农业环境下的稳定性和灵活性。【结果】通过设计样机进行实验验证,发现设计的云台系统在控制精度和响应速度方面取得了较好的效果;该系统能够以毫秒级的响应速度稳定地跟随角度变化,并同时实现了无超调和无静差的控制效果。【结论】该云台系统的适应性较强,能够为农业领域的巡检任务带来更高效率和可靠性的技术支持。未来可以进一步完善云台系统的控制策略,以适应更为复杂多变的农业巡检环境,进一步推动农业智能化的发展进程,为实现农业生产的高效、精准和可持续发展作出贡献。     

基于嵌入式的垃圾信息自动采集系统设计

【目的】设计一种垃圾信息自动采集系统,实现垃圾信息智能化自动采集。【方法】拟定一种基于嵌入式的垃圾信息自动采集系统设计方案,系统设计方案包括硬件和软件两部分,其中系统硬件包括人体感应模块、箱门控制模块、重量检测模块、图像采集模块等,系统软件包括箱门自动控制功能、垃圾图像信息自动采集和传输功能。根据设计方案,将各个模块进行调试,测试系统的稳定性。【结果】系统可实现连续工作72 h,当物体靠近人体感应模块,距离小于5 cm,箱门控制模块舵机正转,10 s后舵机反转回到初始位置,模拟垃圾投入垃圾箱,箱门自动打开和自动关闭功能;将物体放到重量检测模块,模拟垃圾放入垃圾箱入口检测单元,几秒后图像采集模块将垃圾图片通过串口传输到上位机串口调试助手显示,实现垃圾进箱后的图像自动采集功能。【结论】各个模块经过调试安装,相互作用,实现了预期的箱门自动开闭功能和图像自动上传功能,该系统运行稳定、可靠。     

基于RobotStudio的码垛机器人控制系统设计

【目的】通过对码垛机器人的控制系统进行优化设计,提高码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性,使码垛系统协调、合理地流畅运行。【方法】课题组选取智能制造系统中执行单元码垛机器人的控制系统为研究对象,依据智能制造体系中码垛机器人的作业任务,设计了码垛系统的布局和控制流程,采用RobotStudio软件中的Smart组件设计了系统的I/O信号控制逻辑、传送带控制逻辑以及吸盘工具的控制逻辑,并对码垛系统进行搭建与仿真,通过码垛系统仿真运行可得机器人末端执行器的运动轨迹和轨迹点坐标值,验证码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性。【结果】该控制系统能够较好实现左右码垛任务,具有稳定性、安全性和高效性。【结论】将优化后的码垛机器人控制系统应用于智能制造生产体系中,可实现高品质和高效率的智慧生产,系统应用前景广阔。     

一种PLC联合控制的小型播种机的设计与应用

【目的】为了提高农业播种系统的控制效率,降低系统故障发生率,将PLC自动化控制技术引入小型播种机的系统设计。【方法】以基于PLC自动化控制的小型玉米播种机设计为例,提出了一种PLC联合控制的播种机自动化控制的硬、软件系统。联合控制主要由W77E58型单片机与西门子S7-200型PLC技术实现具体功能,采用1#、2#上位机系统和6.0版本组态仪表监控软件,配置仪表系统PLC,结合现场的监控状态主动发送请求信号,在PLC成功接收请求信号后启动分析处理程序,即可向单片机反馈控制指令,将其转变为控制电信号驱动装置完成播种作业。【结果】对应用PLC技术的小型播种机性能进行PLC远程监测控制及播种机性能测试,根据排种轮的转速监测情况,发现排种轮在调整转速之前能保持平稳运行,调整转速过程中的时间差整体较短,在调整之后依然有平稳转速。对播种机进行8次重播率测试,发现播种机有着比较稳定的漏播率与重播率,整体测试值均低于1%。【结论】运用PLC联合控制技术提高小型播种机的播种质量,可以满足小型播种机的精密播种要求,对我国未来农业机械化水平提升意义重大。     

基于Android远程控制的“老式门锁”智能系统的设计与实现

【目的】解决农村“老式门锁”智能化改造升级问题,助力科技服务乡村振兴。【方法】在不破坏门锁原有结构的基础上,课题组设计了一种基于Android远程控制的“老式门锁”智能系统。该系统选用无线蓝牙继电器模块FOREVER-09为主控制器,以Android手机为终端控制器,以推拉式伸缩杆为被控对象,通过蓝牙无线连接,实现Android手机与FOREVER-09模块间的通信,并通过该模块控制推拉式伸缩杆点动,实现远程开锁功能。此外,搭建了一个简单的微型自动门装置来测试“老式门锁”智能系统的功能实现。【结果】经过实物装置重复试验100次,仅出现2～3次开锁失败现象,成功率达到97%以上,其余功能满足设计要求。【结论】1）该系统基本达到了实际使用要求,具有运行稳定、操作方便、成本低廉等特点,可扩展性及可移植性强,市场前景广阔;2）该系统仍存在终端支持设备类型不够丰富、功能非常基础、软硬件开发测试数据不够全面、安全加密设置过于简单等不足之处,后续需进一步开发和设计。     

基于人工神经网络模型的混流式水轮机转轮多目标优化

【目的】探究一种同时提升混流式水轮机运行效率、空化性能及运行稳定性的优化方法,为混流式水轮机转轮的多目标优化提供技术途径。【方法】以转轮叶片进出口安放角、安装角为优化变量,通过对叶片几何参数随机离散抽样获取样本数据库,基于CFD数值计算获取各样本的性能参数,进而建立同时考虑混流式水轮机转轮效率、出口旋流数以及空化系数的多目标函数;基于人工神经网络建立优化变量与多目标函数的映射关系,最后采用遗传算法对转轮叶片的18个几何参数进行全局寻优,并对优化前后的转轮叶片性能进行对比分析。【结果】在导叶开度为112°且运行水头分别为160、175、180 m的3个工况下,优化后的转轮效率相较优化前分别提高了0.22%、0.56%、0.60%;叶片压力分布情况得到有效改善;转轮无叶区与尾水管锥管段处压力脉动幅值显著降低。【结论】叶片进口安放角的优化程度越大,混流式水轮机综合性能的提升幅度越大。     

基于PLC的智能立体车库车辆搬运机器人模型及控制系统设计

【目的】车辆搬运机器人是智能立体车库的重要组成部分,是实现车辆智慧存取的关键,其核心功能包括车辆举升、全向行走等机构,提升立体车库的运行效率。【方法】课题组以某型车辆搬运机器人为研究对象,分析其三相异步电机、行走机构以及举升机构的控制模型,简述基于PLC的控制系统设计要点,包括运行流程、主程序和子程序,对机器人受载荷时的夹臂变形量和行走精度进行测试;在车辆存取管理中,应重点关注机器人的误差控制能力和自主决策能力,借助数学方法建立运动模型,同时要明确控制系统的设计要点,由技术人员预先编写控制程序,借助PLC实现电机运行方向、运行距离、运行速度的精确控制。【结果】仿真结果表明,2 t载荷对应的夹臂变形量均不超过5.0 mm,仅在3 t载荷下出现了一次变形量超5.0 mm,说明该机器人通过了夹臂变形测试;制动位置在超载时的精度基本在5.0 mm以内,10次测量中仅有一次超过5.0mm。【结论】该型机器人表现出良好的控制效果,有助于提升车库的运行效率。     

汽车转向外拉杆总成环境疲劳试验台测控系统的研制

【目的】当前国内汽车转向外拉杆总成试验台存在机械传动结构复杂、试验参数通用性差以及自动化水平较低等问题。【方法】课题组设计了一种全新的汽车转向外拉杆总成环境疲劳试验台,取消了机械传动的四连杆运动机构,同时设计了全新的测控系统,采用工控机作为上位机,定制温控箱为试件提供高低温及湿度环境,三菱PLC作为下位机,通过伺服驱动器控制伺服电机旋转实现试件的转动与摆动,利用研华数据采集卡采集转动与摆动信息并反馈给上位机,最后对外拉杆进行测试,并以图表的形式显示测试数据。【结果】试验结果表明,该试验台测控系统满足试验要求。【结论】该系统机械传动结构简单、试验参数通用性强、自动化水平高,可以为国内相关同类产品提供一定的技术参考。     

基于YOLOv3的病死猪猪头的识别方法

【目的】为在养殖场实现非接触对病死、死因不明或染疫猪猪头进行目标检测。【方法】课题组提出了一种基于YOLOv3的病死猪猪头的识别方法,将采集的病死猪图片通过处理制成数据集,并按一定比例分成训练验证集与测试集,通过YOLOv3模型训练,得到预训练权重参数,用评价指标对模型检测效果进行评估,从而获得最优模型的训练测试比。【结果】在训练测试比为8∶2时,YOLOv3算法模型对病死猪猪头的识别平均精度值达91.74%,准确率达95.56%,召回率达89.58%,满足目标检测精度要求,且该模型的平均准确率、准确率、召回率均高于SSD和FasterR-CNN算法模型。【结论】YOLOv3算法模型有助于在对病死猪进行无害化处理时,为机械手提供抓取目标,实现处理设备的智能化、无人化发展。     

农业无人车线控制动试验平台的开发

【目的】为了解决传统农业劳动力短缺以及线控制动系统试验成本高、效率低、数据采集困难等问题。【方法】课题组设计并研制了一种农业无人车线控制动试验平台,主要介绍了该平台的组成和制动试验过程,并通过空载和负载两种情况下的试验,验证了平台的可靠性和有效性。【结果】1）随着车速的增加,制动距离和制动时间也呈现出增加的趋势;2）电机响应时间较短时,制动距离和制动时间也会相应地减小;3）与空载线控制动试验结果相比,负载情况下的制动距离和制动时间有所增加;4）该平台具有良好的测试性能和数据采集效率。【结论】在农业无人车的设计中,应该充分考虑负载和电机响应时间的影响,以便实现更好的驾驶控制和行驶安全。未来,可以进一步优化该试验平台的测试功能和数据处理技术,提高测试结果的准确性和可靠性,为农业无人车的研发提供更加有效的技术支持。该研究成果不仅对于农业无人车的研发具有重要意义,也为其他领域的无人车研究提供了借鉴价值。     

物联网技术在智慧农业中的应用

【目的】为突破农业领域数据采集困难与智能化程度低等技术发展瓶颈,建设农业物联网,制定农业物联网解决方案至关重要。【方法】本研究利用嵌入式技术、PLC技术、ZigBee组网、计算机网络技术等物联网技术,通过搭建物联网技术在智慧农业的网络链路环境,设计了物联网技术的四层结构图,包括硬件层、网关层、云平台层和应用层。设计了智慧农业网络链路、大棚种植自动化管理控制系统、环境监测子系统和安防监控子系统。【结果】通过建设实时、动态的物联网信息采集系统,可以实现快速、多维、多尺度的信息实时监测,实现农牧业智能监控、智能控制以及农业的可视化、精细化管理。【结论】在智慧农业中应用物联网技术,实现农业生产的自动化控制、信息共享等功能,促进传统农业转型升级,助推我国农业的现代化发展。     

基于改进YOLOv5+DeepSort的柑橘果实识别与计数研究

【目的】传统的水果检测识别技术具有一定的环境适应缺陷性和主观性,通常是对水果的纹理、颜色、形状等外表特征进行提取和识别,为实现对柑橘果实产量的精准预测,需研究温室环境下对柑橘果实的快速识别及计数。【方法】项目组选取从柑橘种植园中多场景拍摄的5 926张图片作为训练集、738张图片作为验证集、608张图片作为测试集,采用DeepSort算法结合改进YOLOv5算法的方式,通过在主干部分加入SE注意力机制以实现对算法的改进,从而提高对柑橘果实的识别效果;在柑橘果实计数部分,主要采用DeepSort算法给予每个柑橘果实单独的ID编号以实现对柑橘果实的计数。【结果】改进后的YOLOv5算法对柑橘果实的平均识别准确率为93.712%,相比改进前的CenterNet算法、EfficientDet算法、SSD算法、YOLOv4算法、YOLOX算法,平均识别准确率提升了1.354个百分点,并且精确度和召回率也有一定的提升,结合DeepSort算法后对柑橘果实的平均多目标跟踪准确率为88.465%,可较准确地实现对柑橘果实的计数。【结论】DeepSort算法具有提升目标被环境等其他因素遮挡情况下的计数效...     

PLC控制变频器实现7段速的设计优化

【目的】以三菱PLC控制三菱变频器实现7段速度为例,探讨解决多段速变频调速需要PLC触点较多、变频器的有级调速混乱问题的策略。【方法】剖析PLC、变频器控制原理,探索运用PLC功能指令,功能指令是对PLC的基本逻辑指令的扩充,它的出现使PLC的应用大大简化,优化程序设计。在众多研究的基础上尝试采用触点比较指令,代替其位元件输入（X）或位元件输出线圈（Y）,减少PLC装置的输入按钮开关（X）、输出继电器线圈（Y）的外接电器元件。如升速按钮开关SB4(1只开关代替PLC外接7只开关)按下一次用功能指令INC自加1的指令累计相加,直到加到K7,并保存在数据寄存器D中;同理减速按钮开关SB5(1只开关代替PLC外接7只开关)按下一次用功能指令DEC自减1的指令累计相减,直到减到K0,并保存在数据寄存器D中。而这些数据由PLC内部转化为相应的信号传送给输出继电器Y2、Y3、Y4,再由Y2、Y3、Y4的不同组合构成7段速（23=8,除去电动机不转）,再分别传给变频器的高速RH、中速RM、低速RL这3个接线端口,实现电动机7段速。【结果】这样在PLC编写程序时用两个字元件,即用PLC中数据寄存器保存...     

阻尼器测试试验台的新变步长LMS自适应滤波器设计

【目的】提升阻尼器测试试验台的控制品质,进而得到更好的被测阻尼器参数曲线,需要对试验台反馈数据进行滤波提取。【方法】课题组通过对传统LMS自适应滤波器的研究,针对其步长选值问题,提出了一种基于麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm, SSA）的变步长LMS算法,进而进行了新变步长LMS自适应滤波器设计。并通过Tent混沌映射优化了SSA算法在LMS自适应滤波器中的使用,加强了该算法的跟踪和收敛能力。【结果】仿真结果表明,优化后的算法较优化前误差总值下降约75.72%,优化效果较为显著。同时,相较于其他文献中的LMS自适应滤波算法,本设计中的算法能在快速收敛的同时保持较低的稳态误差,误差总值下降约35.17%。【结论】经过Tent混沌映射所得出的SSA算法初始种群能够提高LMS算法的跟踪能力、收敛速度和稳态精度。课题组设计的滤波器表现良好,具有较强的跟踪能力和稳态精度在低范围的保持能力,为阻尼器测试试验台性能优化和反馈数据的滤波提取提供了新的思路和方案。     

基于NB-IoT技术的温室大棚环境监控系统设计

【目的】传统监控温室大棚存在待机时间较短、线路布置困难、无法远程监控等问题,且受监测设备价格以及操作复杂性的影响。【方法】笔者充分结合NB-IoT技术与移动互联网技术、传感器技术、微处理器技术,设计了一种能够对温室大棚环境进行有效监测的新型系统。该系统硬件设计主要以NB-IoT通信技术和STM32处理器为基础,利用具有较高精确度的温湿度传感器DHT22对温室大棚各项环境参数进行采集;软件设计则充分整合了emWin用户界面和uC/OS-Ⅲ操作系统,设计了更加智能化的移动设备App终端。并且,运用TESTO440温湿度检测仪对系统进行了长达1个月的稳定性测试。【结果】该系统能够持续工作1个月,并且各项指标以及工作状态始终保持在稳定范围,能够充分满足温室大棚实时监控的要求。【结论】基于NB-IoT技术的温室大棚环境监控系统测试得到的数据具有较高稳定性和可靠性,测量精度也较高,具有较强的实用意义与价值。     

混合果蝇优化算法PID参数整定方法的研究

【目的】解决基本果蝇优化算法（FOA）由于算法局限性而出现比例积分微分（PID）参数整定收敛速度慢且容易过早陷入局部最优的问题。【方法】为了在迭代前期具有更高的全局搜索效率,利用粒子群算法（PSO）寻找多个全局较优种群,迭代后期使用具有较强的局部寻优能力的FOA算法提高收敛精度,实现对全局搜索和局部搜索过程的优化。【结果】两个二阶时滞系统的阶跃响应测试结果表明,基于HFOA的PID控制器参数整定的上升时间、调节时间和超调量等指标更优,能够实现更好的系统响应性能。【结论】优化后算法具有控制精度高、响应速度快、鲁棒性好等优点,为PID参数优化提供了参考。