番茄收获机械手机构型综合研究

基于番茄收获作业要求与工作特点,结合番茄生物学特性与栽培方式,遵循机构设计原则和仿生学原理,将番茄收获机械手分为手臂和手腕两部分分别进行选型设计.通过旋转能力分析,确定了番茄收获机械手机构型式为七自由度冗余度机械手,该机械手具有较好的工作空间、运动学特性,能够满足番茄收获工作要求,为其它收获机械手机构型式设计提供了依据.     

探究马铃薯覆膜种植技术与增产原因

在我国,马铃薯是一种较为重要的农作物,在其生长过程中需要充足的水分。覆膜技术在马铃薯种植中有着较为重要的作用,能使水分利用率得到极大的提高,进而提高马铃薯的产量。对马铃薯覆膜种植技术以及增产原因的相关问题作进一步的探讨分析。     

蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化

为了获取高速状态下蔬菜钵苗移栽机吊杯式栽植器的最佳工作参数,设计了移栽参数可调的栽植器试验台,并进行了钵苗移栽土槽试验。采用二次正交旋转中心组合设计法,以移栽速度、特征参数和吊杯倾角为影响因子,以直立度合格率、株距变异系数和栽植深度合格率为响应值,利用SAS 9.1软件进行回归分析和响应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,并结合非线性优化计算方法,对栽植器的结构参数和工作参数进行优化计算。结果表明:在满足栽植频率大于90株/min的高速移栽状态下,各因子对直立度合格率的影响贡献由大到小为吊杯倾角、特征参数、移栽速度;对株距变异系数的影响贡献由大到小为移栽速度、特征参数、吊杯倾角;对栽植深度合格率的影响贡献由大到小为移栽速度、吊杯倾角、特征参数。优化所得栽植器最佳参数条件:移栽速度为0.47 m/s、特征参数为1.18、吊杯倾角为87°,此时理论最优值为直立度合格率98.01%、株距变异系数5.93%、栽植深度合格率89.25%,优化后验证试验表明直立度合格率为96.6%,株距变异系数为6.1%,栽植深度合格率为87.8%,试验结果与理论结果一致,所建立的回归模型合理;优化后直立度合格率、栽植深度合格率较优化前分别提高5.8、3.6个百分点,也高于国家和行业标准规定的指标值。     

基于电子鼻信号判别番茄苗机械损伤程度

番茄苗产生的挥发物易受到病害、虫害、损伤等多种因素影响。该文利用电子鼻系统测试机械损伤番茄苗挥发性物质的变化,通过主成分分析、线性判别分析对4种不同处理机械损伤的番茄苗进行分析,结果表明主成分分析各处理样本间均有重叠,区分效果不理想,线性判别分析各处理样本基本可以分开;用逐步判别分析和BP神经网络对各处理样本进行判别,测试集的准确率分别达到84.4%和93.8%以上,神经网络模型的预测结果更好。该研究可为番茄苗机械损伤快速在线监测提供参考。     

番茄收获机械手避障运动规划

基于伪距离避障法,以机械手可操作度作为优化指标,采用性能优化与正运动学迭代相结合的方法,进行了番茄收获机械手连杆避障运动规划与仿真.试验结果表明,机械手手臂能够沿预定路径成功避开障碍物到达目标位置,并能保证良好的可操作度性能,各关节位置变化连续、平滑,无关节越限现象,末端执行器位置绝对误差为0.87 mm,运动速度为0.18 m/s,机械手能够满足番茄收获的精度和生产率要求.     

“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验

为克服人工授粉效率低、花粉分布均匀性差等缺点,实现杂交水稻制种机械化授粉,该文设计并试制了击穗-气吹式杂交水稻授粉机,利用CFD数值仿真技术对该机气吹嘴式和气吹孔式2种授粉管的气流场分布进行数值模拟,测试了不同流量下授粉管各吹气孔流速;然后进行田间授粉试验,采用重力玻片法检测了授粉机授粉与人工授粉时花粉分布。结果表明,在相同进气口速度条件下,吹孔式授粉管外部分气吹孔气流倾斜,授粉管外侧存在气流未达到的死区;气嘴式授粉管外侧各气吹嘴气流方向基本一致,可为气流授粉提供均匀稳定的气流场,吹嘴式授粉管是较理想的授粉管型式;在进气口风速为5.4、10.0和13.5 m/s时,吹嘴式授粉管各气吹嘴出口气流速度的模拟与实测值沿授粉管的变化趋势一致,气吹嘴出口气流速度模拟值与实测值的平均误差分别为2.14%、2.40%和3.43%,气流沿授粉管分布的均匀性变异系数分别为14.76%、15.93%和16.31%。田间授粉试验表明,在气吹嘴出口平均流速为7.3 m/s时,该机的每行花粉量及各母本行花粉量分布的均匀性上均优于人工授粉,授粉效率高于人工授粉法,为杂交水稻制种机械化授粉提供了实用机型。     

基于改进Mask R-CNN的番茄侧枝修剪点识别方法

为解决番茄枝叶修剪机器人无法准确识别番茄侧枝修剪点的问题,提出基于改进Mask R-CNN模型的番茄侧枝修剪点的识别方法。将Mask R-CNN的主干网络ResNet50替换为MobileNetv3-Large来降低模型复杂度和提升运行速度,并对部分特征图添加ECA(Efficient Channel Attention)注意力机制,以提升模型精度;通过改进的Mask R-CNN模型预测番茄侧枝与主枝的分割掩膜和边框位置;针对部分单根枝条被分割成多段掩膜的问题,通过掩膜边界框宽高比区分侧枝和主枝,分析同一枝条相邻掩膜约束条件,然后将符合约束条件的掩膜进行合并连接;根据修剪点在主枝附近的特点确定修剪点所在端,然后确定靠近修剪端端点的中心点作为侧枝的修剪点。试验结果表明,改进的Mask R-CNN模型平均分割图片时间为0.319s,召回率和精确率分别为91.2%和88.6%,掩膜平均合并成功率为86.2%,修剪点识别平均准确率为82.9%。该研究为番茄枝叶修剪机器人的研发提供参考。     

碰撞气吹式杂交水稻授粉机结构与参数优化

为实现杂交水稻制种辅助授粉机械化,试制了碰撞气吹式杂交水稻制种授粉机。利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值仿真技术对直径为50、55、60、65、70 mm的授粉管气吹孔气流速度进行数值模拟,结果表明,管径为60 mm授粉管的气吹孔气流速度实测值与模拟值相近且变化趋势一致,沿授粉管分布均匀。对气吹孔与击穗绳间距为50、100和150 mm的碰撞气吹式杂交水稻授粉机在气吹孔平均气流速度为9.35、11.82和15.07 m/s时进行田间授粉,结果表明:用该授粉机授粉后杂交水稻父本侧4行母本接收的花粉量和花粉分布均匀性均明显优于人工拉绳授粉;随着气吹孔与击穗绳间距和气吹孔平均气流速度的增加,4行母本接收的花粉总量增加,但当气吹孔与击穗绳间距增加至100~150 mm、气吹孔平均气流速度增加至11.82~15.07 m/s后,花粉量增加不明显;碰撞气吹式杂交水稻制种授粉机较佳参数为气吹孔与击穗绳间距100~150 mm,气吹孔平均流速11.82 m/s。     

蔬菜穴盘苗自动补苗试验台穴孔定位与缺苗检测系统

为了精确获得蔬菜穴盘育苗空穴信息并为自动补苗提供依据,研制了蔬菜穴盘苗自动补苗试验台。利用该试验台获取了苗龄25、35 d的拟南介穴盘苗彩色图像,对彩色图像依次进行灰度化处理、Otsu阈值分割得到幼苗和穴盘二值图;对幼苗二值图进行开运算去除噪声,提取出幼苗特征图像;将穴盘二值图去除幼苗图像并去除噪声获得穴盘特征图像,依据穴盘特征图像分别在行、列上的像素统计峰值、峰宽及穴盘规格化结构,精确确定了穴孔边界;对穴孔内幼苗图像像素统计以判定是否空穴,结果表明:25、35 d拟南芥穴盘苗有苗穴孔与无苗穴孔内像素统计值差异极显著,空穴、有苗穴判断正确率均为100%,为穴盘苗空穴自动补苗提供了精确的幼苗信息与穴孔位置。