基于LIO-SAM建图和激光视觉融合定位的温室自主行走系统

为解决传统导航方案在温室内无法应对光照变化大、作物行间距窄、接收GPS信号差等问题,该研究提出了基于即时定位与地图构建技术的激光视觉融合式自主导航算法。该系统利用三维激光雷达VLP-16(Velodyne LiDAR,VLP-16)和惯性测量单元获取温室环境信息,采用基于紧耦合的雷达惯导定位建图（tightly-coupled lidar inertial odometry via smoothing and mapping,LIO-SAM）算法构建导航地图,基于轮式里程计和视觉里程计采用扩展卡尔曼滤波器算法实现局部定位,融合激光点云配准算法和自适应蒙特卡洛定位算法实现全局定位。同时,在自主行走系统应用A*算法规划全局路径和动态窗口算法规划局部路径,从而实现自主导航。试验结果表明,LIO-SAM算法构建的温室导航地图最大相对误差、最大绝对误差和均方根误差分别为9.9%、0.081和0.063 m,在温室内改进后的定位算法横向偏差小于0.020 m,纵向偏差小于0.090 m;当自主行走系统以0.15、0.30和0.50 m/s的速度运行时,横向偏差、纵向偏差和航向偏角的平均值分别小于0...     

太阳能杀虫灯物联网节点的防盗防破坏设计及展望

太阳能杀虫灯在有效控制虫害的同时,可减少农药施药量.随着其部署数量的增加,被盗被破坏的报道也越来越多,严重影响了虫害防治效果并造成了较大的经济损失.为有效地解决太阳能杀虫灯物联网节点被盗被破坏问题,本研究以太阳能杀虫灯物联网为应用场景,对太阳能杀虫灯硬件进行改造设计以获取更多的传感信息;提出了太阳能杀虫灯辅助设备——无...     

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。     

局部按压对不同成熟度番茄机械损伤的影响

为了探究局部按压对白熟期、转色期、粉红期番茄机械损伤的影响规律,该研究采用水果硬度计对番茄进行按压,并用扫描电镜观察按压处番茄组织微观结构变化,以腐烂、褶皱、有压痕、无压痕4个损伤等级和损伤显象天数作为评价标准,通过按压试验,分析局部按压压强对各级损伤的影响规律,得到不同成熟度番茄各损伤等级的压强分布区间,建立番茄局部机械损伤评估分类模型。最后,通过三指电爪进行了抓取试验。结果表明:1)各成熟度番茄的损伤程度随按压压强和成熟度升高而增大;2)各成熟度番茄的显象天数随成熟度升高而减小,腐烂天数与按压压强相关性很小,褶皱天数随按压压强升高而减小;3)以中位数作为代表压强,一级损伤代表压强按成熟度由低到高依次为:366、355、337 kPa,比二级损伤代表压强265,245,225 kPa均提高了30%左右;出现三级损伤的代表压强按成熟度由低到高依次为:165,115,90 kPa;腐烂天数范围为3～7d,相较于褶皱天数范围7～17d提前了50%左右,抓取试验结果与评估分类模型吻合度均大于等于95%,验证了损伤评估分类模型的正确性。研究结果可为番茄多指采摘机械手的设计与开发提供参考。     

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。     

变量撒肥机肥料颗粒力学特性参数研究

为了确定离心式变量撒肥机离散元仿真所需的接触力学参数,利用离散单元法准确地模拟撒肥机撒肥作业过程和肥料颗粒运动规律。通过对典型肥料的物理力学特性参数进行测定,建立颗粒肥料离散元仿真力学特性数据库。为撒肥机的离散元仿真提供基础数据,从而为撒肥机构的设计提供依据。     

设施农业农机装备现状与发展趋势分析

<正>在设装备施具农有业十生分产重中,要农的作机用。现代农机装备不仅能减轻人力劳动,提高生产效率,而且能促进设施栽培技术向标准化发展,进一步提高农艺和机械化、信息化融合水平。长期以来中国设施农业机械化发展缓慢,设施生产过程中,多以人力劳动为主,无法促进设施生产效率与效益的提升,随着中国设施农业种植规模的逐渐     

基于彩色点云图像的不同成熟阶段番茄果实数量的测定方法

【目的】为测定温室中番茄不同成熟阶段的果实数量,提出一种基于彩色点云图像的测定方法。【方法】在移动平台上搭载KinectV2.0采集温室中行栽番茄的图像信息合成番茄植株点云,再将二视角的番茄植株点云合成1个点云,并通过深度信息截取得到近处番茄植株点云,将标注的点云数据输入到PointRCNN目标检测网络训练预测模型,并识别番茄植株点云中的番茄果实,最后利用基于特征矩阵训练的支持向量机(Support vector machine, SVM)分类器对已经识别出来的果实进行成熟阶段分类,获得不同成熟阶段番茄果实的数量。【结果】基于PointRCNN目标检测网络的方法识别番茄果实数量的精确率为86.19%,召回率为83.39%;基于特征矩阵训练的SVM分类器,针对番茄果实成熟阶段的预测结果在训练集上准确率为94.27%,测试集上准确率为96.09%。【结论】基于彩色点云图像的测定方法能够较为准确地识别不同成熟阶段的番茄果实,可以为评估温室番茄产量提供数据支撑。     

背负式喷雾器变量喷雾控制系统设计与特性分析

为了实现背负式喷雾器的变量喷雾,该文采用频率为8kHz、占空比可调的方波信号控制微型电动隔膜泵,通过改变隔膜泵直流电机导通和关断时间,实现了基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术的背负式喷雾器变量喷雾调节控制,并研究了此种变量控制系统的喷雾特性。结果表明:喷雾量随着占空比的增大而增大,但增大率逐渐减小,最小喷雾量为0.66L/min,最大喷雾量为1.13L/min。随着占空比的增大,喷雾量逐渐增大,雾量分布显著向两边区域分散,喷雾角也呈现平缓增大的趋势,最低值41.53o,最高值为61.78o。雾滴粒径随占空比的增大逐渐减小,但基本维持在100～135μm之间。雾滴速度随占空比的增大逐渐增大,喷雾速度场基本呈现由上而下逐渐减小的趋势,中间喷雾速度明显大于两边。随着占空比的变化,喷雾质量的变化仍在可采用的范围,该变量喷雾控制系统工作性能稳定可靠,可操作性好,与背负式喷雾器相兼容,能有效应用于农业生产。     

基于复合指标与测试技术的旋耕秸秆还田质量评价研究

秸秆还田是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径,对农业可持续发展具有重要的现实意义.但目前针对秸秆还田作业质量的测试评价研究仍十分有限,尤其缺乏耕整作业后的秸秆在土壤各层空间分布效果的综合定量评价.以生产环节的旋耕秸秆还田质量评价为例,利用2D数字图像法、3D逆向工程技术和Matlab计算模块等现代信息技术构建了一套秸秆还...