农作物秸秆切割试验台测控系统的研制与试验

为了准确测量农作物秸秆在切割过程中的力学特性,研究各因素对秸秆切割性能的影响,在已有秸秆切割试验台的基础上,研制了一套基于LabVIEW虚拟仪器的秸秆切割特性测控系统。该系统主要有电动机控制系统、数据采集系统及上位机系统3部分组成,实现了秸秆切割速度、喂入速度的连续可调,切割过程中的主轴扭矩、切割力、切割速度、喂入速度等信号可高速实时采集与显示,并具有数据保存和回放等功能。试验表明,该测控系统能够较好地实现切割速度与喂入速度在0～2 m/s范围内的任意组合以及切割扭矩、切割力和转速在0～10 kHz采集频率下的测量与分析,为切割刀具参数的优化和秸秆收割收获装备的开发提供了理论依据与技术支持。     

智能化奶牛精料补饲机门禁围栏装置的设计

在奶牛补饲精饲料的过程中,为避免发生奶牛间的竞争行为,保证奶牛安稳舒适地进行采食,本文采用机电一体化技术,设计了一种能自动识别奶牛身份的门禁围栏装置。该装置具有奶牛位置检测功能,可自动控制门禁栏杆的启停,读卡距离为52.3 cm,门禁栏杆开启时间为3.92 s。该设计能有效防止其它奶牛对正在进行补饲的个体奶牛的干扰,满足了奶牛饲养的福利性要求,并提高了精饲料的利用率。      

棉花秸秆往复式切割器动刀片优化设计

针对标准型往复式切割器切割棉秆过程中动刀片磨损严重以及易出现棉花秸秆被动刀片前桥向前推倒、劈裂等问题,该文在分析往复式切割器切割图的基础上,提出了切割有效率的概念,并以切割有效率为研究目标,采用仿真技术和响应面法,研究了动刀片的结构参数(动刀片宽度、刀刃高度、前桥宽度)对切割有效率的影响,同时利用高速摄像系统观察分析了动刀片前桥形状对棉秆切割质量的影响;通过响应面分析,优化了动刀片的结构参数,建立了目标值与各影响因素之间的回归模型,并对模型进行了验证;通过高速摄像技术优化了动刀片前桥的形状,提高了棉秆切割质量。试验结果表明,动刀片宽度、刀刃高度、前桥宽度以及两两之间的交互作用对切割有效率都具有显著影响,动刀片前桥形状对棉秆切割质量有重要影响。优化设计的动刀片的结构参数是:动刀片宽度为90 mm、刀刃高度为52 mm、前桥宽度为15 mm、前桥形状为圆弧型,此时的切割有效率为96.148 2%。利用优化设计的动刀片,在棉花秸秆切割试验台上进行了棉秆切割试验,试验结果表明,新型动刀片的棉花秸秆割茬高度的平均值比标准型动刀片割茬高度的平均值低5.9 mm,棉花秸秆单位面积切割功的平均值降低了6.1%,棉花秸秆割茬截面平整率提高了12%。研究结果可为高效、低耗的棉花秸秆往复式切割器的设计提供参考。     

农业轮式机器人PI鲁棒-滑模控制——基于RBF神经网络

农业轮式机器人机械多体系统朝柔性机器人方向发展,自由度越来越多,对应的结构也变得更加复杂,自动化和智能化水平越来越高,其动力学建模和实时控制难度增大。为提高机器人动力学建模效率,以通用性较强的具有6自由度机械臂的AMR果蔬收获机器人数学模型为研究对象,利用空间算子代数理论建立了轮式机器人O(n)阶效率的运动学和广义动力学模型。同时,利用Elman神经网络求解了机器人逆运动学问题,结合广义动力学模型和逆运动学模型,根据农业轮式机器人的特点,利用神经网络控制理论、PID鲁棒理论和Lyapunov稳定性理论,设计了一种6自由度机械臂的RBF-PI鲁棒-滑模控制算法,对机械臂末端进行心形轨迹实时追踪。最后,通过试验仿真,验证了本文提出的逆运动学理论、广义动力学模型和控制方法的合理性,为农业轮式机器人的研究提供了参考数据。     

全自动高效多功能秸秆切碎机的设计与试验

针对当前我国秸秆利用率低等问题,设计了一种全自动高效多功能秸秆切碎机。文中提出了秸秆切碎机的设计方案,并对全自动高效多功能秸秆切碎机的喂料系统、高效碎草系统及自动控制系统进行优化设计,并通过试验数据计算得到小麦秸秆物料相对含水率平均值为22.5%,秸秆切料长度为2 040mm,得出千瓦小时产量为186.7kg/k W獉h,秸秆物料破节率的平均值达96%。该全自动高效多功能秸秆切碎机能够有效地提高秸秆的综合利用率,适用于广大农场和畜牧养殖行业,显著提升了我国秸秆利用的机械化水平,促进了农业和畜牧业可持续发展。     

智能除草机器人的研究进展与分析

智能除草机器人是一种集环境感知、路径规划、目标识别和动作控制于一体的机器人系统,能精确、高效地除去农田杂草,可大大解放劳动力,符合当代精准农业的发展要求,是国内外学者研究的热点。本文概述了国内外智能除草机器人的研究现状,总结了智能除草机器人植物识别技术的4项基本要素,进一步分析了智能除草机器人的未来发展趋势,结合目前的研究内容,提出国内智能除草装备与技术存在的问题并给出相应的研究思路与建议,旨在加快智能除草机器人的发展进程。     

利用介电参数和变量筛选建立玉米籽粒含水率无损检测模型

为了实现玉米含水率的快速无损检测,该文利用精密阻抗分析仪和自制介电参数测量传感器通过激励电压在1 kHz～5.462 MHz频率范围内测量了热风干燥过程中不同含水率与不同温度下玉米籽粒的介电常数ε''和介电损耗ε"。通过对双介电参数频谱的分析,对含水率回归模型建模频段进行了初步选择,以1.072～5.462 MHz之间15个测量频点的双介电参数和温度值T共计31维变量作为支持向量回归机（support vector regression,SVR）模型的输入全变量,分别利用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、迭代保留信息变量算法（iteratively retains informative variables,IRIV）和CARS-IRIV联合算法筛选特征变量,建立全变量、CARS、IRIV和CARS-IRIV筛选特征变量与玉米籽粒含水率的SVR模型。引入鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm,WOA）优化SVR模型参数c（惩罚因子）和g（核函数参数）,结果表明CARS-IRIV筛选特征变量（ε''3.854MHz、ε"3.854MHz、ε''5.462MHz、ε"5.462MHz、T）建立的SVR模型经WOA优化后（CARS-IRIV-WOA-SVR）具有最优的预测精度,预测集决定系数、预测集均方根误差和剩余预测偏差分别为0.998 4,0.40%和24.55,且模型复杂度最低。该研究为基于双介电参数和支持向量回归机实现玉米含水率快速无损检测提供了新的研究思路和基础数据。     

极低频高压脉冲电场提高陈年棉种活力的参数优化

为研究极低频脉冲电场对陈年棉种活力的影响,该文利用高压脉冲电源和弧形电极-平板组成的电场系统在极间距离为50 mm条件下,以16 k V、10 Hz为中心点,利用Design-expert软件设计正交试验,高压脉冲电场处理棉种时间为40 s。并利用响应面分析法,对发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数等4个指标进行参数优化,得出最优处理电压为16.25 k V,最优频率为10.90 Hz。在此基础上,对优化条件进行了试验验证。结果表明:陈年棉种在脉冲电压16.25 k V、脉冲频率10.90 Hz处理条件下,与对照相比,发芽势提高了44.2%,发芽率提高了56.8%,发芽指数提高了64.3%,活力指数提高了81.8%,各指标都达到极显著差异(P0.01)。陈年棉种的电场生物学效应对电场电压和频率都具有选择性,在电压为16.25 k V、频率为10.90 Hz的脉冲电场作用下,陈年棉种的电场生物学效应最明显,研究结果为后续作物种子高压电场处理的参数优化提供参考。     

基于改进最大最小蚁群算法的方格蔟采茧机采茧路径优化

方格蔟自动采茧机对纸板方格蔟进行采茧时,电磁采摘器需遍历整个方格蔟,由于方格蔟中存在较多的未营茧空格,还有部分黄斑茧等下茧,造成方格蔟采茧机遍历无效路径长、采茧效率低。为了提高方格蔟采茧机的采茧速度和采茧效率,实现采茧机的选择性高效采茧,对基于最大最小蚁群算法的信息素更新方式和状态转移概率函数进行改进并应用于方格蔟采茧机采茧路径优化,使采茧路径和时间更短。试验结果显示,对于不同营茧率的方格蔟,采用改进的最大最小蚁群算法较最大最小蚁群算法的采茧效率均有不同程度上的提高,当营茧率在75%～90%时,采茧路径节约率为3.8%～4.1%,时间节省率为10.0%～12.8%。     

空载状态下往复式棉秆切割器动力学仿真与试验

为了能够迅速、可靠地确定空载状态下往复式棉秆切割器的切割阻力和功耗等数据从而优化其设计,选择一种以偏置式曲柄连杆机构驱动的往复式棉秆切割器作为仿真与试验研究对象。采用SolidWorks进行了虚拟样机设计,利用ADAMS对空载状态下往复式棉秆切割器进行了动力学仿真研究,依据仿真数据应用响应面方法对切割峰值阻力与机架所受振动力进行了试验分析,确定了割刀平均切割速度为0.8m/s、配重块质量为1.5kg、安装位置滞后于曲柄位置170°时切割峰值阻力与机架所受振动力最小,分别为450和380N。利用研制的往复式棉秆切割试验台,对空载状态下的切割阻力随着割刀平均切割速度的变化进行了试验研究,并与仿真数据进行了对比分析。结果表明,切割峰值阻力的实测值与模拟值相对误差为7%,机架所受振动力的实测值与模拟值相对误差为7.7%,仿真数据可靠,能替代试验数据作为参考依据,为低功耗棉秆切割收获装备的研发提供了一种设计参考。