穴盘苗自动移栽机的研究进展

穴盘苗自动移栽机是温室蔬菜和花卉自动化的关键设备之一。阐述国内外穴盘苗自动移栽机的研究成果,详细分析几种典型穴盘苗自动移栽机的结构及特点,并对制约穴盘苗自动移栽机发展的关键问题提出了对策,为设计结构合理、经济适用的穴盘苗自动移栽机提供参考。     

泥炭复合基质对不同作物育苗效果的研究

用不同泥炭含量的土壤-泥炭复合基质进行玉米、菜豆、蓖麻种子育苗试验,结果表明,育苗基质中泥炭不同含量对作物种子萌发出苗和幼苗生长均有显著影响,且不同作物对基质泥炭比例有不同要求.对玉米、菜豆和蓖麻种子出苗的适宜基质泥炭含量分别为15%、10%和20%,而对其幼苗生长的适宜基质泥炭含量分别是20%、15%和25%.     

蚯蚓粪基质黄瓜、西瓜穴盘苗耐热性研究

为深入了解蚯蚓粪基质对瓜类蔬菜穴盘苗耐热性的影响,以常规草炭系基质为参比,测定了黄瓜、西瓜穴盘苗叶片叶绿素含量、抗氧化酶活性等生理生化指标。结果表明:蚯蚓粪基质穴盘苗与对照穴盘苗在高温胁迫下叶片叶绿素含量均降低,蚯蚓粪基质穴盘苗叶绿素a,b及总量仍显著高于对照(n=3,p<0.05)。蚯蚓粪基质穴盘苗在高温胁迫下叶片SOD,CAT活性增强,与此相反,对照SOD,POD,CAT活性均减弱;高温胁迫下对照穴盘苗叶片电解质渗出率和MDA含量增加幅度较大,分别比蚯蚓粪基质穴盘苗提高了4.47%~102.31%和33.69%~47.75%。说明蚯蚓粪基质黄瓜、西瓜穴盘苗具有较强的耐热性。     

椰糠基质有效氮近红外检测仪设计与试验

为了实现椰糠基质有效氮含量的快速实时检测,基于漫反射光谱设计了椰糠基质有效氮近红外检测仪。该检测仪的硬件系统主要由前处理装置、气力输送装置、重力式沉降样品室、近红外光谱检测装置、样品回收装置和空气压缩机等组成。制备了不同有效氮含量的椰糠基质样本135个,采用研制的检测仪获取了样本原始光谱数据,并建立了椰糠基质有效氮含量的最优偏最小二乘回归预测模型,其校正集相关系数和验证集相关系数分别为0.973和0.965,校正集均方根误差和验证集均方根误差分别为14.025 mg/(100 g)和15.757 mg/(100 g),残差预测偏差为3.72。基于MFC开发工具,采用C/C++语言开发了检测仪硬件控制及实时检测分析软件界面,将建立的最优有效氮光谱预测模型移植到软件程序中,实现了椰糠基质有效氮近红外检测仪功能硬件控制及有效氮检测的一键式操作。试验验证结果表明,所研制仪器预测值与国标测量值相关系数为0.883,测试集均方根误差为18.605 mg/(100 g)。该检测仪实现了椰糠基质有效氮含量的快速实时检测,并且预测性能较好,可以满足快速评价椰糠基质养分的实际需求。     

蔬菜自动移栽机对置秧盘交替自动取投苗机构研究

针对现有蔬菜自动移栽机茎秆夹持式和钵体顶出式取苗方式的缺点,基于顶出-夹取结合式取苗方式,设计了一种适用于对称布置可弯曲秧盘的交替式取投苗机构。阐述了该机构工作原理、关键点运动轨迹和结构组成。分析了关键因素对秧苗夹持点运动轨迹的影响方式并优选了取值：驱动曲柄转速10r/min,取投苗摇杆长度为 309mm,驱动气缸伸出速度25mm/s,0.8s内完成拔苗,伸出时刻为提前0.4s。该参数组合下秧苗夹持点在拔苗阶段最大横向位移9.6mm,累计横向位移0mm,理论提升高度44mm,满足取投苗作业理论要求。以苗龄45d的辣椒秧苗为作业对象,进行了栽植频率70~120株/(min·行)的取投苗性能试验,试验结果表明,该交替取投苗机构在栽植频率100株/(min·行)时可实现取苗成功率93%,投苗成功率95%,总体成功率88%,满足取投苗作业要求,验证了该取投苗机构的可行性。     

基于区域语义和边缘信息融合的作物苗期植株分割模型

为在自然环境下准确分割作物苗期植株,实现苗期植株定位及其表型自动化测量,本文提出一种融合目标区域语义和边缘信息的作物苗期植株分割网络模型。以U-Net网络构建主干网络,基于侧边深度监督机制,引导主干网络在提取特征时能感知植株边缘信息;利用空间空洞特征金字塔构建特征融合模块,融合主干网络和边缘感知模块提取的特征,融合后的特征图具有足够的细节信息和更强的语义信息;联合边缘感知的损失与特征融合的损失,构建联合损失函数,用于整体网络优化。实验结果表明,本文模型对不同数据集的作物植株的语义分割像素准确率高达0.962,平均交并比达到0.932;与U-Net、SegNet、PSPNet、DeepLabV3模型相比,本文模型在不同数据集上平均交并比最高提升0.07,对自然环境下作物苗期植株具有良好的分割效果和泛化能力,可为植株定位、对靶喷药、长势识别等应用提供重要依据。     

往复式割刀切割马铃薯秧数值模拟分析

针对马铃薯收秧机械在国内发展空白和往复式切割器切割马铃薯秧蔓研究较少的问题,对往复式切割器进行三维建模、显式动力学分析,并仿真得到往复式切割器在切割马铃薯秧过程中的变形结果、应力和剪切力变化折线图。结果表明:马铃薯秧的最大变形为148.98mm,最大应力为2.7706MPa,最大剪切力为1.5368 MPa,且往复式切割刀的各项指标均在合理范围之内,能够充分实现马铃薯秧苗的切割。该研究内容可为往复式切割器在马铃薯秧蔓切割问题上的探讨提供参考。     

探入式番茄钵苗移栽机构设计与试验

为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一组符合番茄钵苗移栽要求的结构参数。对栽植臂绝对转角和移栽机构绝对运动轨迹进行分析,验证了机构的合理性和可行性。建立了探入式番茄钵苗移栽机构的三维模型并虚拟仿真,对物理样机进行了高速摄影试验验证,通过对移栽机构实际工作轨迹与理论及仿真轨迹进行对比分析,验证了机构设计的正确性。对机构进行性能台架试验,取苗成功率为92. 8%,移栽成功率为89. 7%,栽植合格率为86. 4%,栽植优良率为59. 4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。     

基于结构光三维点云的棉花幼苗叶片性状解析方法

针对传统的棉花叶片表型测量方法主观、低效,对复杂性状如卷叶程度、黄叶占比等很难量化的问题,提出一种基于结构光三维成像的棉花幼苗叶片性状解析方法。首先,采用结构光扫描仪获取棉花幼苗的三维点云数据;然后,利用直通滤波、超体聚类、条件欧氏距离算法,实现叶片点云的识别与分割;最后,基于分割的叶片点云,采用三角面片化、随机采样一致性、Lab颜色分割等处理,实现叶片面积、周长、生长角度、卷曲度、黄叶占比等参数的快速、准确、无损提取。对40株棉花幼苗进行三维结构光成像试验,结果表明,3D叶片面积、周长测量的平均绝对误差分别为2. 59%、2. 85%,具有较高的测量精度,还证明叶片卷曲度和黄叶占比能显著区分病叶和正常叶。     

基于dsPIC30F5015的苗盘自动输送机构控制系统

针对目前移栽机中苗盘输送机构定位精度低、冲击大、调整不便、智能化程度低等问题,设计了一种基于ds PIC30F5015和Lab VIEW的苗盘自动输送机构控制系统。采用伺服电机作为动力源,并用光电编码器采集伺服电机转速,设计了以高性能微控制器ds PIC30F5015为核心的硬件系统。采用模块化程序设计思想,在MAPLAB IDE开发环境下,开发了下位机软件;采用Lab VIEW平台开发了上位机控制软件。在苗盘自动输送试验台上进行了位置控制性能试验,结果表明:苗盘定位误差小于0. 32mm,相对误差小于0. 5%。该系统运行稳定,响应速度快,控制精度高,能够满足苗盘自动输送和精确定位的实际需求。