基于改进YOLOv5s的黑皮鸡枞菌检测方法

为解决黑皮鸡枞菌种植环境下背景土壤与菌菇辨识度较低、样本分布密集、类间相互遮挡等问题,该研究提出一种基于改进YOLOv5s的目标检测方法。首先,在骨干网络中融入RFBSE模块,使网络关注重点区域,通过施加通道注意力机制,增强对黑皮鸡枞菌特征表达能力;其次,设计多分支采样DCSPP池化模块,加强局部信息与全局信息的融合;第三,在颈部网络采用RFP结构,通过添加额外反馈信息促进语义信息传递,增强鸡枞菌样本密集遮挡场景下的检测能力,对RFP结构级联方式及网络间融合结构做轻量化处理,降低参数计算量和内存使用。试验结果表明,通过添加RFBSE模块,多分支池化模块以及采用递归金字塔结构对模型检测能力均有不同提升效果,最终模型平均精度均值mAP、精确率、召回率分别达到90.8%、86.5%、84.8%。对比原YOLOv5s模型算法,mAP、精确率、召回率分别提高2.7、3.8、3.9个百分点,并通过生成热力图提高模型检测过程的可解释性。试验结果表明改进后的模型可在复杂环境下准确、快速地识别黑皮鸡枞菌,为黑皮鸡枞菌采摘机器人的开发提供技术支持。     

肥箱电容式料位传感器设计与试验

为提高农业机械信息化程度,实现施肥作业机械肥箱料位在线检测,根据颗粒化肥与空气介电常数的差异性,设计了基于电容法的施肥作业机械肥箱化肥料位在线检测传感器。建立了颗粒化肥(尿素)与电容输出值之间的关系模型,并对模型进行了验证。结果表明:施肥作业机械肥箱料位在线检测传感器对于肥箱料位的检测最大误差率为1.4%,能够精准地对肥箱料位情况进行在线检测,为施肥作业机械肥箱料位在线检测提供了有效途径,对提高农机信息化水平有具重要意义。     

基于电容法的化肥箱余量在线检测装置设计与试验

为了提高我国农业机械化的完善程度,实现中耕机械化肥箱化肥余量的在线监测,本文根据肥料与空气介电常数的差异性,设计了一种基于电容法的化肥箱化肥余量在线监测系统。采用电容转换芯片和单片机构成电容检测电路,并搭载CAN总线将实时采集的数据进行处理、传输。建立了氮肥(尿素)与电容输出的关系模型,并对模型进行了验证。试验结果表明:化肥余量监测系统,对于化肥余量的监测最大误差率为1.4%,系统能够精准的对肥料的余量情况进行在线检测,电容式化肥箱余量检测装置为化肥箱的余量在线获取提供了有效途径,对于完善我国农业机械化水平有具重大意义。     

采用复合知识蒸馏算法的黑皮鸡枞菌图像分级方法

为解决黑皮鸡枞菌品质分选速度慢、精度低等问题,该研究提出了一种基于复合知识蒸馏算法的鸡枞菌分级检测方法。采用4 800根黑皮鸡枞菌（共分4级,每级1 200根）图像对教师模型（Resnet50）进行预训练,然后截留教师模型的前25层输出并对学生模型（Resnet18）前9层卷积模型进行参数训练,最后将经过预训练的学生模型的前9层卷积模型与其后半部分拼接,进行整体模型知识蒸馏。经过复合蒸馏的Resnet18识别精度为96.89%,识别单幅图像所用时间为0.032 s。通过对比发现,该研究提出的复合知识蒸馏算法相比Resnet50识别单幅图像所用时间缩短68.93%,相比未经过知识蒸馏及经过单次知识蒸馏的Resnet18模型,精度分别提升了0.97个百分点和0.52个百分点。结果表明,该研究提出的复合知识蒸馏算法可在不增加运行时间的前提下,使小模型的准确率逼近大型模型训练的准确率,研究结果可为鸡枞菌品质分级生产线提供技术支持。     

基于三维重构的乌鳢整皮剥离系统设计与试验

针对乌鳢脂肪层薄、皮肉分离难度大、手工剥取效率低且存在安全隐患等问题,该研究设计了基于三维重构的乌鳢整皮自动剥离系统。针对其头部、鱼身、鱼尾截面变化剧烈,表皮黏滑难以固定、臀鳍坚硬严重干扰剥皮作业等特点,采集并分析其形态特征参数,设计了装夹机构、切割机构、皮肉分离机构及剥皮终端。开发了视觉系统,对待剥皮对象进行三维重建,根据重建结果,通过算法控制、规划各执行机构路径,实现了乌鳢整皮快速、准确剥取。以单台乌鳢整皮剥离机的单尾鱼皮剥离时长、鱼皮剥取率、皮肉分离指数及鱼皮破损率为指标,对样机性能进行分析。试验结果表明：单尾鱼平均剥离时长为183 s,鱼皮剥取率均值为94.6%,皮肉分离指数均值为9.93,鱼皮破损率均值为6.25%,符合整皮剥离工艺要求。该研究结果可为鱼类整皮剥取自动化系统的研发与设计提供参考。     

用于纸板方格蔟不同品质蚕茧分选与自动采摘的机具设计

为进一步提高蚕茧生产中使用纸板方格蔟采茧及蚕茧分选的劳动工效,设计了一种可自动分上茧、双宫茧与下脚茧采摘的机具。样机将图像识别技术与自动采茧机构结合,由盛蔟盘、摄像头、采摘机构、移蔟机构等组成,当采茧的方格蔟自动进入盛蔟盘后经图像处理,自动分选采摘上茧、双宫茧和下脚茧以及统计蚕茧数量与质量等。样机具有快速高效的特点,在1 min内可对4只方格蔟中不同品质的蚕茧进行分选与自动采摘,并实时获取蚕茧质量与数量的信息。进一步降低样机生产成本后,有望在规模化蚕茧生产中推广应用。     

雌性特异红色荧光品系蚕蛹高速雌雄分选机的设计

通过基因打靶技术选育获得的一类家蚕品种,仅有雌性个体表达红色荧光蛋白。针对这一特性,为实现家蚕雌雄蛹鉴别自动化,采用特定波长的绿光(550 nm)照射蚕蛹,雌蛹可激发出明显的橙色荧光,结合机器视觉技术,设计了雌雄蚕蛹高速分选机。利用样机实现了对雌雄蚕蛹的高速分选,分选速度可达90粒/min,精度为100%。设计的样机不仅减轻了蚕种生产过程中雌雄鉴蛹的劳动强度,而且大大提高了生产效率。     

基于三维重构的哈蜜瓜均瓣雕花算法

为解决哈密瓜雕刻速度慢、花瓣大小不一致等问题，该研究提出了一种基于三维重构的哈蜜瓜均瓣雕花算法。对多角度拍摄得到的哈蜜瓜照片进行滤波处理，提取其图像特征并进行稀疏重建，通过点云坐标得出哈蜜瓜的特征参数；接着在稀疏点的基础上利用CMVS/PMVS算法进行稠密重建；最后调节八叉树算法与泊松表面重建，得到哈密瓜精确三维空间坐标。根据哈密瓜体型特征及设定花瓣数量，将点云三角网格化在深度优先算法的基础上结合粒子群算法，规划雕刻起点、终点及雕刻深度，使每个花瓣体积相同。采用48个哈密瓜，雕刻花瓣数取15~30，雕刻深度为1.5、2.0、2.5 cm。其中切割花瓣数为28这一组精度最低，测得最大与最小花瓣体积分别为3.40与3.25 cm3，最大体积差为0.15 cm3，误差小于5.00%。结果表明，该研究提出的基于三维重构的哈蜜瓜均瓣雕花算法精度高，研究结果可为机器人雕刻哈密瓜提供技术支持。     

基于单片机的肥箱料位传感器设计与试验

针对颗粒化肥在田间施肥过程中的肥箱料位实时在线测量问题,研制了一种新型的基于电容法的肥箱料位传感器,并通过对其硬件电路和软件程序的设计分析,开发出了以STC89C52单片机为核心的传感器监测系统。该传感器把肥料箱的料位转换为电容量的变化,将电容变化转变为脉冲信号频率变化,并输入信号给单片机,经过单片机程序计数,LED数码管显示肥箱料位高度百分比测量值,并通过串口传输到上位机。试验结果表明:该肥箱料位传感器工作稳定可靠、成本低,能够对肥箱料位情况进行实时在线监测,使施肥机信息化水平得以提高。     

黑鱼整皮剥离系统切割刀具工作参数优化与试验

为降低黑鱼整皮剥取过程中鱼皮损伤,提高鱼皮完整度,该研究以“杭鳢1号”黑鱼为试验对象,对刀具工作参数进行优化。以切割刀片的齿形构造、旋转方向、刀片直径、刀片厚度、刀片转速为主要因素,在自行搭建的黑鱼整皮剥离装置上进行单因素试验与正交试验,研究各因素对切割质量、切口损伤程度及鱼皮损伤的影响。单因素试验结果表明：采用无齿圆形刀片、反向切割、刀片直径为60～100 mm、厚度为1.2～1.8mm之间、转速为2 500～3 500 r/min时切割效果较好,切口整齐平滑,切割过程对切口损伤小,切口质量感官评分及切割指数分值较高。正交试验结果表明,影响切口感官评分因素依次为：切割刀片直径、刀片厚度、刀片转速;影响切口切割指数因素依次为：刀片直径、刀片转速、刀片厚度;刀片直径80 mm、刀片厚度1.2 mm、刀片转速3 000 r/min时,切口感官评分及切割指数分值最高。对优化试验结果进行验证试验,切口光滑平整,无明显损伤,切口感官评分达到9.30分,切割指数可达9.15,符合黑鱼剥皮的工艺要求。该研究可为鱼类整皮自动化剥离系统研制提供参考。