猕猴桃采摘机器人末端执行器设计与试验
摘要：进行了棚架式栽培模式自然生长条件下簇生猕猴桃无损采摘机器人末端执行器的研究。基于果实与果柄的分离特性,提出面向机器人的果实采摘方法和简化几何模型,进行了果实与果柄分离试验的可行性验证;基于果实采摘方法设计了从底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取、向上运动分离果实的末端执行器,并试制样机,进行了现场评价试验。结果表明,采摘模型能够实现果实与果柄的分离,末端执行器解决了毗邻果实分离问题,能够实现单个果实稳定抓取、无损采摘和采后抓持,成功率达到96.0%,平均单果耗时22 s。基于SVM的协作融合鱼分类方法
摘要：为解决基于声散射数据的鱼分类与识别问题，提出了一种基于SVM的多方位声散射数据协作融合鱼分类方法。首先，提取多方位声散射数据的小波包系数奇异值、时域质心及离散余弦变换系数特征，并进行特征融合；然后，采用支持向量机（SVM）分类器对每个方位提取的特征做出决策，并将决策结果表示成后验概率的形式，同时利用每个方位的决策概率对其他方位的决策进行加权；最后输出分类结果。采用3类鱼作为研究对象，得到不同方位数量条件下，基于协作融合方法的分类正确率(92%以上)。试验数据处理结果表明，随着方位数量的增加，总体分类正确率呈升高的趋势，基于SVM的协作融合方法可以有效提高分类正确率。基于图像处理与支持向量机的树上苹果早期估产研究
摘要：为了实现果树挂果期的精准管理,针对树上苹果早期估产问题,以“Gala”苹果为研究对象,开展了对定果后的果树进行产量估测的研究,提出了一种图像处理结合支持向量机的树上苹果早期估产方法。首先在苹果园内获取定果后的果树树冠图像,此时的树上苹果颜色为绿色（本文称此时期为果树青果期）;采用分析图像各颜色分量值分布图法,确定在YCb Cr颜色空间中,以Cb≤100与Cr≥120作为分割树冠图像中苹果的条件;从果树树冠图像中提取果实个数、果实面积、果实树叶比、受遮挡果实个数比例及受遮挡果实面积比例;以上述5个特征参数作为输入,实际产量为输出,利用支持向量机方法建立树上苹果早期估产模型。本文利用训练集（含50个样本）训练模型,预测产量与实际产量的决定系数R2达到了0.724 2,均方根误差RMSE为1.71 kg,平均绝对百分比误差MAPE为9%,平均预测误差MFE为0.21。利用测试集（含15个样本）测试模型,得到RMSE为2.45 kg,MAPE为13%。结果表明该模型不仅具有较好的预测精度与无偏性,且具有较好的鲁棒性,所采用的树上苹果早期估产方法可行。苹果采摘机器人夜间识别方法
摘要：提出了一种适用于苹果采摘机器人夜间识别的方法。在图像采集阶段,通过对比不同光源的照明效果,选用白炽灯作为照明光源并采用2盏白炽灯从不同角度照明的方式削弱图像中的阴影。在图像分割阶段,对比白天图像的分割方法,提出改进R-G色差分割法。此外针对夜间图像中的高亮反光区,采用二次分割的方法提取出水果表面的高亮反光区以此对分割后的图像进行修补,以得到完整的分割结果。经统计不考虑果实的遮挡和粘连,夜间苹果正确识别率达到83.7%。基于改进人工蜂群模糊聚类的葡萄图像快速分割方法
摘要：为解决基于模糊C-均值聚类（FCM）的图像分割算法需要预先给定初始聚类数目和聚类中心,易使得算法陷入局部最优的问题,提出一种改进的人工蜂群优化模糊聚类的图像分割方法。该方法在传统的人工蜂群的基础上进行优化,以FCM算法中目标函数为基础改进人工蜂群的适应度函数,运用蜂群行为中的采蜜蜂、跟随蜂和侦察蜂的分工合作来快速求解图像中的最优初始聚类中心,将求出的最优聚类中心输入给FCM进行处理,根据最大隶属度原则对果实图像进行分割。以300幅不同光照情况下拍摄的夏黑葡萄果进行分割试验,试验结果表明,改进的图像分割方法能更快地将水果从自然环境中分割识别出来,单幅图像平均分割时间为0.219 3 s,正确分割率达到90.33%,能满足采摘机器人及水果分级系统对目标图像的实时性要求。基于改进粒子群优化模糊控制的农业车辆导航系统
摘要：以采用机器视觉导航的农业车辆为研究对象,提出了一种基于改进粒子群优化自适应模糊控制的农机导航控制方法。建立了车辆2自由度转向模型和视觉预瞄模型,对车辆横向控制进行状态描述。对粒子群算法进行了改进,提高了粒子群算法的收敛速度,降低了算法计算时间。构建了自适应模糊控制器,在模糊控制器中引入加权因子,以横向偏差和航向偏差时间误差绝对值积分（ITAE）之和作为系统目标函数,通过粒子群算法计算得到最优加权因子,进而调整控制规则实现导航车辆的自适应控制。仿真和导航试验结果表明,提出的控制方法可以迅速消除横向误差,具有超调量小、响应速度快等特点,既保留了模糊控制算法的优点,又提高了系统控制品质。在相同参数条件下,与常规模糊控制相比,改进模糊控制算法导航精度显著提高。当车速为0.8/s时,直线路径跟踪最大横向偏差不超过4.2 cm,曲线路径跟踪最大横向偏差不超过5.9 cm,能够较好地满足农业车辆导航作业要求。多源传感器信息融合的农用小车路径跟踪导航系统
摘要：为解决四轮独立驱动农用小车在设施农业和畜牧业的物料运输和信息采集中的导航及控制问题,构建了农用小车导航控制系统,优化配置多个传感器,提出了基于CCD图像传感器、加速度计、电子罗盘及超声波等多传感器信息融合的导航控制方法。通过CCD获取标识路径信息,通过加速度计、电子罗盘获取小车姿态信息,通过超声波传感器判断障碍物,并给出路径特征提取、识别、多源信息融合自主导航控制和超声避障等算法,实现了小车的路径跟踪的导航控制,实验结果表明构建的导航控制系统及导航控制方法正确、有效。拖拉机液压转向变论域模糊控制器设计与试验
摘要：2BFQ-6型油菜精量联合直播机田间自动对行作业时,东方红-LX854型拖拉机为其配套动力,实现导航功能,针对导航执行机构——电控全液压转向系统导航作业时转向控制稳定性和准确性差的问题,设计了自适应变论域模糊控制器。应用旋升优选法对模糊控制器参数仿真分析,获得了不同波形、幅值和周期激励信号下的最优参数组合,运用窗口Fourier变换和自卷积法设计了响应类型的实时识别方法,依据识别的结果和仿真寻优获得的参数优化基础模糊器规则的论域。在拖拉机电控全液压转向系统上试验结果表明：变论域模糊控制器对转向20°的阶跃响应的调节时间为2 s,平均稳态误差为0.18°,无稳态振荡现象;跟踪正弦信号平均延时为0.3 s;与定论域模糊控制器相比获得了更好的转向性能。双差速驱动移动机器人路径跟踪混合控制律研究
摘要：针对双差速驱动移动机器人的路径跟踪问题,建立了双输入-双输出的非线性运动学模型并进行了输入-输出线性化,分析了冗余运动约束的速度协同条件,提出了一种融合偏差智能转化评价函数法和指数稳定控制的混合控制律。评价函数法可针对不同的偏差状态智能选择合适的控制量以将其转化到指数稳定控制的适用范围,再通过指数稳定控制实现姿态角偏差和距离偏差向零的同步收敛。数字仿真和实验测试结果表明,该混合控制律可平滑转化偏差状态、同步消除位姿偏差,使移动机器人精确、稳定地跟踪直线和圆弧导引路径。变量喷雾技术研究进展分析
摘要：变量喷雾是精准施药的重要方式之一。近10年来,变量喷雾在技术发展和应用方面均取得了重要进展。本文从变量喷雾的探测技术、控制技术及系统集成三方面,对现有研究成果进行综合性评述。在作物形貌和密度的探测技术上,重点讨论了超声波用于作物形貌探测的方法,给出了误差分析,比较了超声波技术和激光技术用于作物形貌探测时的特点,强调了LIDAR用于树木结构和冠层探测的优势以及提取叶面积指数表征作物密度的优势。在作物病虫草害的探测方面,总结了自组织映射（SOM）、人工神经网络（ANN）、支持向量机（SVM）等信息解析技术用于探测作物病虫草害的特点,强调病虫草害的探测应结合农作物栽培和管理特点。在变量喷雾伺服系统方面,归纳了现有变量喷头及其控制技术,强调用控制技术提升低成本器件和装备的使用性能。最后,对变量喷雾系统集成进行了总结,指出了变量喷雾技术进一步发展的方向。PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验
摘要：由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究。采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度。经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大。低压射流不同喷嘴参数及压力下破碎过程实验
摘要：研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明：同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径的增大,喷头流量、射程和喷头末端水滴直径都变大,射流核心长度和破碎长度均增大;当喷嘴直径不变时,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,而喷头射程呈先增大后减小趋势,喷头末端水滴直径也变大,射流核心长度逐渐减小,射流破碎长度先减小后增大。综合考虑射程和雾化效果,直径为5 mm、锥角为45°的喷嘴为最优选择。同时通过对不同Re数和We数的实验和分析,给出了适合低压喷嘴的两种射流特征长度的拟合关联式。2BH-3型玉米行间播种机设计与试验
摘要：针对玉米等行距留茬覆盖行间（沟台）互作种植模式的农艺要求,设计了2BH-3型行间播种机,可在行间一次完成施肥、播种、覆土和镇压等作业。为了解决行间播种机纵向尺寸过大的问题,设计了多功能行走轮,可同时实现仿形、限深、传动、覆土、镇压和碎土等功能。应用EDEM软件对内倾面光滑和有“V”型凸起的行走轮镇压效果进行离散元仿真分析,仿真结果表明：内倾面有“V”型凸起的行走轮接地压力更大,镇压过的土壤孔隙率相对缩小6.38%-6.93%。田间试验结果表明：播种的粒距合格率为89.8%,漏播率为2.3%,重播率为7.9%,种肥垂直距离为3.99 cm,排肥量不稳定性变异系数和各行不一致性变异系数分别为2.35%和1.62%。玉米定向种子带恒张力卷绕系统自适应模糊PID控制
摘要：在玉米定向种子带的卷绕过程中,种子带的张力控制影响到种子带的质量。为此依据玉米定向种子带的要求,建立恒张力卷绕系统的传递函数,利用模糊控制技术实现玉米种子带的恒张力卷绕控制,创建了模糊自适应PID控制器,利用Matlab对其进行仿真,得到了较为合理的模糊控制算法,并将模糊控制算法通过西门子S7-200型PLC为核心的硬件控制电路应用于实际的张力控制,并进行了实际的卷绕试验。试验结果表明：模糊PID控制器与传统PID控制器相比,具有更好的动态稳定性和跟踪性能,张力产生阶跃时,系统过渡时间约为2 s,超调量在1.2%内,能够较好地满足种子带的卷绕要求。间距自适应差速玉米摘穗辊设计与试验
摘要：分析了影响卧辊式玉米收获机摘穗过程中作业质量的主要因素。通过改变摘穗辊间距以适应不同直径的玉米秸秆,有效解决了玉米收获机工作时堵塞的问题。通过两摘穗辊转速不同步的办法减少了玉米果穗的掉粒损失。通过CATIA软件对间距自适应差速摘穗辊进行了建模,并通过ADAMS软件与间距固定摘穗辊进行了仿真对比分析,通过ADAMS仿真试验,确定了内外摘穗辊的最佳转速,即内侧摘穗辊转速为900 r/min,外侧摘穗辊转速为860 r/min。田间试验中无秸秆堵塞摘穗辊现象发生,且籽粒破损率和损失率之和为0.11%,远小于国家标准的5%。弹性齿对甘蔗茎秆的动态打击力与叶鞘剥离机理研究
摘要：为研究弹性齿式剥叶元件的叶鞘剥离机理,进行了弹性齿对甘蔗茎秆的动态打击力试验。设计专用试验台固定甘蔗茎秆的两端,并在固定组件的3个方向安装单向压电型冲击力传感器,剥叶滚筒带动弹性齿在茎秆中部施加打击力,传感器测得纵向、横向和切向动态打击力并得出最大值Fxmax、Fymax和Fzmax。对剥叶滚筒转速、弹性齿与甘蔗茎秆交错深度、侧偏距离和弹性齿材料等4个变量进行单因素试验。分析各因素对打击力的影响规律,得出在样机剥叶试验的最优参数组合下三向动态打击力的最大值。结合叶鞘材料力学特性和剥离准则模型,推导叶鞘的最大破坏力公式,建立叶鞘剥离的力学模型。结果表明,滚筒转速达到700 r/min、交错深度为30 mm、侧偏距离为20 mm、弹性齿材料为聚氨酯（85 HA）时,弹性齿在x和y方向最大打击力Fxmax、Fymax分别为93.87 N和138.26 N,同时大于叶鞘在相应方向的最大破坏力76.40 N和53.53 N,实现叶鞘剥离。双吸风口振动式花生荚果清选装置设计与试验
摘要：为改进花生摘果机、花生捡拾收获机的清选装置,提高花生清选性能,在花生摘果机清选物飘浮速度试验基础上,根据饱满花生荚果、空瘪果、碎茎秆、果柄和花生叶等各组分飘浮速度差异,提出了前、后2个吸风口（双吸风口）与振动筛组合式清选原理,进行了总体方案与关键部件设计并研制出5XT-2Z型花生摘果机,通过清选性能试验研究了振动筛振动频率、吸风口高度和风机转速对花生清选损失率和含杂率的影响。试验结果表明,3种饱满花生荚果飘浮速度为10.30-14.39 m/s,空瘪果、碎茎秆、花生果柄和花生飘浮速度分别为7.03-8.89 m/s、4.51-5.46 m/s、2.80-3.35 m/s、1.74-2.13 m/s;优化后的振动筛曲柄转速为200 r/min,吸风口高度为135 mm,风机转速为390 r/min,此参数下清选损失率为1.35%,含杂率为1.75%。打结器割绳脱扣机构磨损分析与改进设计
摘要：针对打结器割绳脱扣机构盘形凸轮内轮廓磨损严重的问题,提出以凸轮理论廓面的等距圆弧面代替现有柱面轮廓的解决方案,即将凸面-凸面和凸面-平面的点接触改进为凸面-凹面的弧点接触;计算得到改进后凸轮轮廓的曲面方程,以及改进前后滚子与凸轮的压力角、初始接触面积和初始最大接触应力;最后,用硬铝合金材料试制改进前和改进后的凸轮,进行磨损对比试验,并定量分析其磨损量。结果表明：改进后滚子与凸轮的压力角在推程开始和接近结束阶段比改进前减小25%左右;改进后滚子与凸轮的初始接触面积比改进前增大约50%,初始最大接触应力减小约38%;各运转10 h后,改进后盘形凸轮内轮廓的磨损痕迹宽度比改进前增加31.7%,磨损量减小约50%。
