基于机器视觉的双圆盘式棉花打顶装置设计与试验

为降低人工打顶的劳动强度，减少化学打顶的环境污染，改善“一刀切”式打顶机构的过打顶情况，通过分析手工打顶过程，设计了一种双圆盘式打顶机构，并基于机器视觉，设计打顶装置单行样机，实现棉花打顶的全程自动化控制。该装置主要由打顶机构、视觉检测机构、运动机构和棉花顶尖识别及控制系统组成。基于棉田调研、结构计算和预试验，确定了打顶装置的整体结构和关键部件尺寸。结合视觉识别研究基础与实际应用，选用YOLO v3算法搭建棉花顶尖识别及控制系统，实现棉花顶尖的识别定位，完成打顶机构的运动控制。以打顶期棉花为研究对象，进行棉花顶尖识别试验、打顶机构性能试验和田间试验，结果表明：棉花顶尖识别试验平均识别率为93%;打顶机构性能试验平均打顶率为94.67%;田间试验平均识别率为85.33%,平均打顶率为78.22%。研究结果可为棉花精准化与智能化打顶的研究提供参考。     

基于单片机的棉花打顶机打顶高度的控制研究

打顶是棉花生产过程中一个重要的环节,可以去除顶端优势,提高棉铃的数量和质量。人工打顶的劳动强度大,导致人力成本上升,成为棉花生产全程机械化的瓶颈。研制作业精准度高、适用性广的棉花自动打顶机械可以解决上述问题,具有广阔的应用前景。为此,研制了一种基于单片机的棉花打顶高度控制系统,采用超声波和传感器进行株高测量,包括控制模块、株高测量装置、速度感应装置、升降装置和打顶装置。室内的适应性检验结果表明,该系统对70~95cm高度范围内的棉花植株具有较好的适应性。该控制系统装载在3MDZ-1型棉花打顶机上,田间试验结果表明:在3.0km/h速度下的打顶效率最高,打顶率达到88%,每小时能够完成约0.7 km2面积的棉花打顶作业。该系统结构设计合理,实用性和适应性较好,可以作为棉花生产全程机械化的技术支撑。     

棉花打顶机打顶高度自动控制系统的设计

介绍了一种基于STC89C52单片机的棉花打顶机高度自动控制系统.同时,分析了3MD-12型滚筒式棉花打顶机的工作原理,针对控制系统的要求,设计了打顶高度自动检测装置.在棉花打顶机上应用该控制系统,可以使打顶机按照作物高度的变化自动调节打顶高度.     

仿形棉花打顶机的设计研究

打顶是棉花生产过程中的一项重要农艺要求。针对人工打顶作业劳动强度大、效率低的情况,设计一种小型棉花打顶机。通过仿形控制装置及时反馈棉株高度,控制打顶高度,使打顶前后棉株高度轨迹趋于一致;设计防重复切割罩,解决了高棉株被重复切割的问题。该打顶机结构简单、质量轻、成本低,可满足棉花打顶农艺要求。     

基于自动检测与控制的棉花打顶装置的设计

针对棉花打顶机械化程度低,打顶精度差等问题,结合棉花打顶的农艺要求,设计激光自动检测与控制的棉花打顶装置,完成了升降机构、自动检测和控制系统的设计,改进设计滚筒式切顶装置。采用实验分析的方法测试激光测高装置的性能。通过试验,设计的打顶装置以5.4km/h匀速前进时,激光检测的植株高度与植株实际高度的误差最大为82mm,最小为-1mm,去掉极大值和极小值后,自动检测的误差平均值为-7.32mm。通过对激光检测的高度数据和植株真实高度的拟合分析,激光检测植株的高度与植株真实高度吻合,变化趋势一致,可满足激光测高装置的设计要求,为机械化棉花打顶装备的研制提供技术方案。     

平推式棉花打顶机的设计与试验

针对目前棉花打顶机田间打顶效果不理想,打顶过程中出现漏打顶、过打顶和平切顶等问题,本研究设计结合滚筒式切割装置,提出一种平推式棉花打顶机。该机具利用长滚筒切割装置与前、后推禾板相互配合,将高低不齐的棉株顶尖斜推至同一水平高度进行切割打顶。田间试验结果表明:整机结构稳定,该机具作业速度在3.4 km/h左右时,打顶率达到92%,能够满足打顶作业的要求。     

新疆棉花打顶机存在问题及建议

棉花打顶作业是整个棉花生产中的中心环节,可消除顶端生长优势,促进棉花增产增收,并能极大地提高棉花生产全程机械化水平。文中分析了目前新疆棉花打项机存在的问题,针对棉花打顶机存在的问题提出了设计双仿形带有消毒和棉芽回收装置的自走式棉花打顶机。     

3WDZ-型自走式棉花打顶机设计

阐述了3WDZ-型自走式棉花打顶机的主要技术参数和主要部件的设计及结构特点。论述了打顶机械系统的特点,研究开发了棉花打顶装置高度自动升降闭环控制系统。采用激光、超声波传感器对带茎秆的棉花进行了打顶高度测量试验,试验结果表明激光传感器比超声波传感器测量的棉株高度误差小,打顶控制系统和打顶机械系统能够满足棉花打顶的农艺要求。     

3MDZJ-1型电力驱动式棉花智能精准打顶机的研制

针对现有棉花打顶机械对棉花实际生长高度测量效果差及打顶过程中漏打顶、过打顶等问题,提出了检测装置与打顶装置分开、升降动力与切割动力分开的方案,研制了一种基于FPGA的电力驱动式棉花智能精准打顶机。检测装置对棉花高度精准检测,打顶装置根据机具前进速度进行实时调整,实现了精准定量打顶;触屏控制系统能够实时显示作业速度、作业面积及监控棉花打顶过程,大大提高了棉花打顶机械的智能化水平。田间试验结果表明:整机结构稳定,机具作业速度在2.97km·h-1以内时,打顶率达90%以上,机具结构设计合理,为棉花打顶机械化提供了技术支持。     

棉花机械打顶关键技术研究进展

棉花打顶作为棉花种植过程的一个重要环节,对棉花产量与品质具有重要影响。针对我国棉花打顶机械的发展情况,分类总结近年来在棉花高度与顶端检测、打顶装置、控制系统等关键技术方面的研究现状,阐述各个关键技术的突破与创新。同时指出在棉花高度与顶端检测、打顶装置、控制系统等方面检测精度不足、切割可靠性与准确性差、打顶控制算法不完善等问题。提出未来打顶技术研究的发展方向,神经网络、5G通讯等技术可用于棉花打顶识别,创新优化打顶切割装置,先进智能控制算法应用解决棉花打顶控制问题,机器人等先进技术应用到打顶中,发展无人机打顶技术,结合水肥调控栽培技术,推进打顶机械与生产农艺相结合,最大限度减低棉花田间管理复杂度,提升棉花打顶效果,实现棉花机械打顶大规模应用。     

3FDD―6型后悬挂滚筒式棉花打顶机

棉花适时打顶心是棉花生产过程中的关键环节。本文简要介绍了一种新型棉花打顶机具—3FDD-6型后悬挂滚筒式棉花打顶机的主要结构、工作原理、主要技术参数。并对主要结构部件进行了设计介绍,同时也分析了该机的社会效益与经济效益。     

烟草打顶消毒联合作业装置的设计

为解决当前烟草田间人工打顶消毒作业存在效率低、强度大、时间紧的问题,设计了一种烟草打顶消毒联合作业装置;同时,介绍了其总体结构和工作原理,分析确定了该装置的打顶部件、动力传输部件、消毒部件等关键部件的结构以及参数,并进行了田间试验。田间实验结果表明:该机结构设计合理,作业时通过性能良好,割刀切割烟顶部位准确,打顶率为98%,漏打率2%,消毒液喷洒均匀,基本满足了烟草机械打顶消毒的农艺技术要求。     

烟草夹持式智能打顶机设计与试验

针对烟草现有打顶抑牙机难以实现烟花收集的问题,设计了一种夹持式智能打顶机,主要由高地隙作业底盘、夹持式智能打顶装置与收集装置组成。夹持式智能打顶与收集装置主要由烟草高度图像识别控制系统、升降机构、夹持输送机构、切割机构、刀片消毒系统、抑牙剂喷施系统和收集系统组成,可实现烟草高度识别、打顶高度调整、烟花收拢、夹持切割、刀片消毒、抑牙剂喷施与烟花收集等联合作业,具有结构紧凑、功能齐全和智能化程度高的优点。在打顶升降机构中采用配重来平衡打顶机构的质量,降低了起升电动机的驱动力矩,能够节约64%的能源。试验结果显示,该机打顶准确率为95%,收集率达到98%,能够满足使用要求。     

3MDZK-12型组控式单行仿形棉花打顶机

就3MDZK-12型棉花打顶机田间作业性能以及机械打顶调控后对棉花生长发育的影响进行了试验研究.研究表明:该机工作高效可靠,较好地解决了棉花机械打顶行内和行间棉花顶部的独立仿形这一技术难点,主要性能满足棉花机械打顶的农艺要求.     

基于顶芽智能识别的棉花化学打顶系统研究

设计了基于顶芽智能识别的棉花化学打顶系统,为实现精准作业,合理高效使用棉花化学打顶药剂,以减少因化学打顶剂的过度使用造成的环境污染。该系统主要由棉花顶芽识别系统、控制系统和喷施系统组成。采用YOLO v5s算法构建棉花顶芽识别模型。控制系统采用STM32F407单片机,负责接收识别系统的信号,并对各个棉花打顶剂管道进行控制。同时,显示界面能够实时显示机具行驶速度、药液流量、打顶剂液位等参数。试验结果表明,在田间全天光照试验中,上午和下午时间段识别效果最优;在速度0.4 m/s下,平均识别率约为94%;信号发送区间为100 mm时,成功向下位机发送信号的成功率达到92%;田间对靶喷施试验表明,有效喷施率为94%,满足作业要求。     

农作物打顶机夹持打顶机构的设计与试验

目前,我国烟草、棉花打顶主要依靠人工,存在劳动强度大和效率低的缺点;现有的机械打顶主要采取割刀向前滚动切割的方式,存在打顶不精确、烟花无法收集等弊端。针对这些问题,设计了一种夹持打顶机构,主要由左右扶禾器、夹持皮带、浮动张紧轮、浮动张紧轮摆动铰链、切割刀、弹簧、直流夹持电机和割刀电机组成。该机构可实现烟芽的收拢、夹持切割、割刀消毒及抑芽剂喷施等作业,具有结构紧凑、功能齐全的优点。同时,通过烟草茎秆切割力学特性试验,得出剪切规律,为烟草打顶切割力的研究提供了试验依据。田间试验结果表明:该机构打顶准确率为97%,夹持准确率为98%,能够满足使用要求。     

3MDZK-12型棉花打顶机机架的力学分析与优化

利用有限元分析软件ANSYS12.0对现有的3MDZK-12型棉花打顶机机架进行分析计算,结果显示:工作时机架的最大应力分布在主梁中部,最大变形在后梁中部,与实际观测变形位置相符.为此,以计算结果为依据,对机架进行了大量的计算机处理的应力值比较,进而对机架的结构进行了改进优化.计算分析结果为棉花打顶机的设计和使用提供了理论支持.     

棉花膜上裸根移栽投苗机构设计

针对新疆干旱地区棉花膜上移栽裸根棉苗投苗的需求,研究设计了一种针对膜上孔穴定点投苗的裸根棉苗移栽投苗机构。该机构采用链夹式投苗结构,可以同时完成投苗与扶正棉苗作业。通过计算分析确定了苗夹的投苗角度,从理论上保证了棉苗根部能够准确落入穴孔中;设计了镇压轮仿形装置,该装置可以根据膜面情况调整投苗装置在机架上的位置,使处于投苗状态的苗夹始终与地面保持恒定的高度,减小地面的起伏对投苗装置的干扰。