高校融合思维导图课程知识管理系统的构建

将知识管理理念融入高校课程教学过程,提出了课程知识管理的概念.强调通过教师和学生运用简便易行的方法,表示知识、共享知识和积累知识;强调通过集体智慧提高课程学习的效果和创新能力,同时强调隐性知识的重要性,重视获取学生学习过程的隐性知识,以更好优化学习过程.思维导图和概念图是很好的隐性知识的表示方式,而且可以利用其接近思维过程的方式对课程相关内容导航.融合思维导图和概念图的课程知识管理是今后课程教学的主要方向之一.同时提出基于现有网络教学基础上的简单经济的课程知识管理系统架构方案.     

基于神经网络建模的种子精选机遗传最优控制

为解决原有的精选机控制系统难以实现不同类型、品种、批次的种子的分级精选问题，提出了一种新的控制算法。该算法通过采用RBF神经网络实现对种子精选过程的离线建模和在线修正，然后利用遗传算法实现对种子精选过程模型寻优，从而实现最优控制。使用5XZW-1.5型重力精选机及微机控制系统，将人工手动调节的分级结果与该文的控制策略作对比实验。结果表明，提高了种子的总获选率，该算法对同类的控制系统也具有指导意义。     

喷杆喷雾机精确对靶施药系统设计与试验

为减少大田施药时农药浪费,有效控制农药残留污染,针对植株行距、株距较大的作物对行施药的农艺要求,设计了喷杆喷雾精确对靶施药系统并进行试验。该系统以大田常用喷杆喷雾机为载体,沿喷杆方向按一定间距布置对应行和垄沟的超声测距传感器,实时采集喷杆到植株冠层以及喷杆到垄沟底部的距离信号;通过信号调幅消除由垄沟凹凸不平以及喷杆自身振动所产生的噪声影响。将调幅后的冠层高度信息依据植株株高、冠层胸径和冠层株高标准差等特征进行模式分析,从而识别靶标位置实现精准对靶。以大田团棵期烟草植株为对象,在烟草植株的株高达到30 cm左右,展开叶达15片左右时开展田间试验。结果表明:设计的精确对靶施药系统在植株平均胸径31 cm,株距比例39.2%的大田里,节省药液30%左右;在植株平均胸径35 cm,株距比例31.6%的大田里,节省药液20%左右。因此,此系统对大田植株间距在15 cm以上的对靶施药作业中具有较好的实用性。     

小麦宽苗带种植模式下微喷灌管网布置优化

针对小麦宽苗带种植模式下满足灌水均匀度目标的最大轮灌面积和微喷灌管网优化投入问题,研究该种植模式下的微喷带铺设及优化布置方法。首先,针对小麦宽苗带种植模式讨论微喷带田间铺设方案;其次通过对微喷带沿程压力损失和出流量进行水力解析,并考虑密植作物遮挡作用,对微喷带出水孔射流轨迹进行数值仿真,建立微喷带铺设约束条件;在此基础上,建立3种常用微喷带单、双向铺设的最大轮灌面积和单位面积管网投资费用目标函数;最后,以山东农业科学院小麦试验示范基地田间管网布置为例,在MATLAB环境下运用遗传算法进行优化求解。优化结果表明:选用喷射角度80°微喷带并且采用微喷带与作物种植方向相垂直,支管与作物种植方向平行的改良铺设方法,可以提高微喷带喷射幅度,有效改善小麦遮挡产生喷水不均匀现象,综合考虑经济性和最大轮灌面积,N63是微喷带首选型号,田间微喷带铺设以双向铺设为优。     

作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。     

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。     

高枝修剪机姿态协调控制与精准锯切定位

修枝是林业抚育管理的重要措施之一,但适用于高大树木的修枝机械尚处起步阶段。针对目前国内外修枝机械普遍存在作业高度不足、灵活性不高,操作人员劳动强度大、作业危险性高等问题,设计研发了一种高枝修剪机及其控制系统,实现15 m以内高大树木的修枝作业。本文详细阐述了高枝修剪机的工作原理,基于多自由度修剪机械臂正、逆运动学进行锯切定位分析,提出了修剪机的机械臂姿态协调控制与末端修枝锯的锯切定位方法,辅以末端摄像头观察待修树枝的相对位置,通过人机交互界面实现修枝臂协调控制和锯切定位调整,自动化实现升降台、回转台和修剪机械臂姿态调整。此外,通过在开放场地进行样机修枝试验及误差测量与补偿,试验结果表明:在回转台转角固定情况下,本文设计的控制系统和控制方法可以实现末端修枝锯在空间2个坐标轴上的定位标准差均小于5 mm,在作业高度15 m、作业半径6 m的范围内,与同类机械相比具有更高的相对定位精度,能够实现精确定位和锯切作业。     

高地隙喷杆式与隧道式一体喷雾机的设计与试验

针对烟草移栽后团棵期到打顶期植株形态差异显著,采用单一喷杆式喷雾病虫害防治效果差的问题,设计了一种集喷杆式和隧道式两位一体喷雾机,以实现在烟叶低矮稀疏的幼苗期进行喷杆式喷雾,在烟叶高大茂密的成熟期进行隧道式喷雾,并实现滴落药液的回收再利用。喷雾机固定在高地隙通用机架上;喷架升降和变形机构实现喷杆式和隧道式2种药液喷施模式;喷架收拢机构实现机器工作态和运输态2种机架形态的变换。试验表明:在相同行进速度和喷雾量的情况下,两位一体喷雾机与普通喷杆式喷雾系统相比,烟草打顶期和采收期时,在植株竖直方向上下层叶片正面平均单位面积雾滴沉积量提高50%左右,上下层叶片反面平均单位面积雾滴沉积量分别提高了30.56%和61.54%;在植株水平方向上内中外各层叶片正面平均单位面积雾滴沉积量提高42%以上;内中外各层叶片反面平均单位面积雾滴沉积量分别提高了46.23%、61.17%和24.11%。田间试验表明:药液雾滴雾化烟叶附着效果良好,并且几乎无烟叶损伤。在大田种植烟草的全生命周期中,该喷雾机具有更好的雾滴沉积效果和整机利用率。     

主动润滑减阻曲面深松铲设计与试验

针对深松作业阻力大、牵引能耗高、作业效率低等问题,提出了一种针对低含水率、高紧实度耕作土壤的曲面深松铲主动润滑减阻和土壤改良复合作业方案。首先,在三维扫描获得曲面深松铲三维模型的基础上,通过离散元法分析了曲面深松铲作业过程中深松铲与土壤颗粒间的互作特性,确定了铲体最大摩擦接触面作为主动润滑减阻面;其次,提出了主动液体润滑减阻思路,并借鉴蚯蚓体液分布构形与体表织构,分别在铲面和铲尖的最大摩擦接触面上,设计了沟槽形式的表面构型与节流孔等润滑面结构以及润滑介质泵送系统,形成了主动润滑减阻曲面深松铲;最后,以作业速度、润滑液流量为试验因素,以水平方向作业阻力为主要指标,在两种土壤条件下进行了大田试验。试验结果表明：在褐土地作业环境下,当作业速度为3km/h、润滑液流量为12L/min时,减阻率可达13.48%;在盐碱地作业环境下,当作业速度为1.87km/h、润滑液流量为12L/min时,减阻率可达19.87%;初步证明主动润滑减阻作业模式在低含水率、高紧实度土壤中具有较好减阻效果。     

多肥料变比变量施肥过程模拟与排落肥结构优化

变比变量施肥中,排肥管和落肥管结构对多种肥料的掺混性能和排肥滞后有重要影响。在已完成掺混腔结构优选的基础上,使用离散元法对变比变量施肥和撒播过程加以仿真,分析不同排肥管高度与落肥管三角波纹形状对颗粒运动的影响,依据提出的性能评价指标,优化排肥管和落肥管结构。计算结果及机理分析表明:排肥管高度越大,颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度越大,颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大,颗粒混合均匀性越好,颗粒混合配比标准差越小;落肥管三角波纹高度在4~6 mm范围内,相对于无波纹情况,可增加颗粒与落肥管间和颗粒间的碰撞次数进而促进颗粒均匀掺混,但高度过大会延缓与其接触的颗粒下落。当落肥管三角波纹高度约为2 mm时,即为肥料颗粒直径的40%~60%,最有利于促进肥料颗粒之间的混合,同时三角波纹对颗粒下落的滞后影响较小。