基于颜色与面积特征的方格蔟蚕茧分割定位算法与试验

蚕虫上蔟多采用纸板方格蔟,但纸板方格蔟在使用过程中会因扭曲变形导致方格分布不规则,而采茧机械对变形的方格蔟进行蚕茧采摘时,会对方格蔟造成损伤。为了提高方格蔟机械采茧的智能化水平,减少采茧设备对方格蔟的损伤,提出一种基于颜色与面积特征的方格蔟蚕茧分割定位算法,实现对方格蔟中蚕茧的分割、中心点定位和位置坐标的视觉测量。首先采用图像空间的Brown畸变模型对方格蔟图像进行畸变矫正,减小径向畸变对视觉测量的影响;对矫正后的图像采用Mean Shift聚类算法进行预分割,消除光照及图像背景对蚕茧分割的影响;然后对阈值分割和形态学处理后的二值化蚕茧图像进行基于面积特征的连通域标定,得到每个蚕茧中心点位置;将连通域标定得到的蚕茧中心点坐标代入图像坐标系与世界坐标系转换方程,得到每个蚕茧在笛卡尔空间的三维坐标,经过视觉测量确定蚕茧在方格蔟中的具体位置,控制蚕茧采摘装置采摘方格蔟中的蚕茧。经过试验,该算法对方格蔟中的蚕茧检测正确率为96.88%,蚕茧坐标最大定位偏差小于6.0 mm,满足采茧装置对蚕茧采摘的定位精度要求。     

国外耕整地机械发展概况与分析

耕整地机械具有打破犁底层、恢复土壤耕层结构、提高土壤蓄水保墒能力、消灭部分杂草、减少病虫害、平整地表以及提高农业机械化作业标准等作用。介绍国外耕整地机械的发展概况,列举一些具有代表性的机型,并对其特点进行总结,探讨我国耕整地机械发展过程中面临的主要问题,为国内企业进一步研制开发耕作机械系列产品提供一些借鉴和参考。     

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。     

基于深度图像的奶牛表型特征获取系统设计与试验

奶牛表型特征是评价奶牛成长状况的一项重要参数,为减少奶牛的应激性且能便捷地获取奶牛几何表型尺寸,运用图像处理技术提取奶牛表型特征参数,设计了一款针对深度图像和点云数据的奶牛几何表型特征获取系统。对奶牛深度图像采用背景减去法、阈值分割、滤波和空洞填充等方法获取奶牛目标区域,对目标采用边缘检测、角点检测和凸包运算等检测特征点,最后对应点云数据获得奶牛表型特征尺寸。系统现场试验结果表明,系统获取的体重准确性在98%以上,体尺准确性在96%以上,系统工作稳定、测量精度高,为实现数字化养殖打下了基础,具有很好的应用前景。     

不同操作条件对连续生成微酸性电生功能水的影响

利用复极连续式电生功能水生成系统,研究了不同操作条件(电压、盐酸溶液供给量、原水pH值和盐酸溶液质量分数)对电生功能水中有效氯浓度、pH值及电导率的影响。实验结果表明,微酸性电生功能水中的有效氯浓度随电压(3～5 V)的增大而增大(P<0.01),但pH值和电导率的变化不显著(P>0.05);随着盐酸溶液供给量增加,微酸性电生功能水中的有效氯浓度和电导率也随之增加,而pH值随之降低(P<0.01);随着原水的pH值升高,微酸性电生功能水的pH值升高而电导率减小(P<0.01),有效氯浓度变化不显著(P>0.05);微酸性电生功能水随盐酸溶液质量分数的增加,有效氯浓度和电导率随之增加,而pH值随之降低(P<0.01)。     

链条式烟田地膜回收机设计研究

烟草地膜栽培技术的推广应用大幅度提高了烟草产量,但残留在土壤中的地膜对土壤造成了严重的白色污染,烟草地膜回收问题亟待解决。为此,针对残膜白色污染问题,采用农机农艺相结合的方法,研究设计了链条式烟田苗期地膜回收机。详细介绍了收膜机的总体结构及主要工作部件挑膜、起膜、送膜和卸膜的设计原理。试验表明,传动比和挑膜弹齿倾斜角度是影响挑膜、输送卸膜效果的重要因素,为烟田苗期地膜回收机的设计提供了理论基础。     

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤-65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计（CCD）方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤-土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤-65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤-65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此基础上,依据实测的土壤剪应力,采用试错法,以实测土壤内摩擦角为目标值,优化标定了土壤-土壤颗粒Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中的粘结参数,标定法向粘结刚度、切向粘结刚度分别为1×108、5×107N/m3,临界法向应力和临界切向应力均为10kPa,接触半径为1.1倍颗粒半径,直剪仿真得到内摩擦角为30.24°,仿真值与直剪试验内摩擦角平均值相对误差为5.53%。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值,可用于砂质壤土桑园耕作机械触土部件与土壤相互作用的离散元仿真分析及其结构优化。