荔枝采摘机器人拟人指受力分析与夹持试验
摘要：阐述了采摘机器人的新型拟人夹指机构，分析了夹持的力封闭性，建立了扰动条件下的荔枝母枝夹持模型，导出了一种夹持力计算方法；用压力机对结果母枝进行了夹持试验，建立了夹持力、母枝直径等与抓举重力问的关系，给出了定量描述；用机器人在野外环境下进行动态采摘试验，验证了夹指的可靠性。结果表明：所设计夹指结构能适合不同直径母枝的稳定夹持，对母枝损伤小；所建立的回归方程有效，夹指在外力扰动情况下可以实现稳定夹持；野外环境下使用15N夹持力采摘荔枝果串，夹持成功率为100％。苹果夜视图像小波变换与独立成分分析融合降噪方法
摘要：对不同人工光源辅助下采集到的夜视苹果图像，通过噪声分析，判定苹果夜视图像的噪声以高斯噪声为主，并混有部分椒盐噪声。针对高斯噪声去除难题，将小波变换（Wavelettransform，wT）与独立成分分析（Independentcomponentanalysis，ICA）理论引入夜视图像的处理系统，为了最大程度地降低噪声污染，提出wT—ICA融合降噪方法。通过仿真实验，结果表明融合降噪效果较为理想。为了更好地评价夜视图像的降噪效果，以自然光下的图像为参照基准，提出相对峰值信噪比（Relativepeaksignal-to—noiseratio，RPSNR）的概念。对所采集到的不同的夜视图像进行多次重复实验，结果表明，从视觉上看wT—ICA降噪方法得到的低噪图像噪点明显减少；从RPSNR看，WT—ICA得到的低噪图像，分别比原始图像、小波软阈值降噪、ICA降噪方法平均提高29．94％、8．09％、7．54％；白炽灯下的图像处理后的RPSNR最高，适合作为人工光源。wT—ICA融合降噪方法通过连续处理，排除夜视图像的噪声干扰，得到的低噪图像更利于进一步识别，从而为实现苹果采摘机器人的全天候作业打下基础。基于势场蚁群算法的移动机器人全局路径规划方法
摘要：针对移动机器人路径规划蚁群算法收敛速度慢和人工势场法易陷入局部最优的问题，提出一种以栅格地图为环境模型，在蚁群算法搜索过程中加入针对具体问题的人工势场局部搜索寻优算法，将人工势场法中力因素转换为局部扩散信息素，使蚁群倾向于具有高适应值的子空间搜索，减少了蚁群算法在盲目搜索路径过程中产生的局部交叉路径及蚂蚁“迷失”数量，提高了蚁群对障碍物的预避障能力。对不同参数组合下2种算法及其它改进算法仿真结果做了比较，验证了基于势场蚁群算法的全局路径规划能够加快寻优过程且具有较强的搜索能力，收敛速度提高近1倍。宽幅施药机械机器视觉辅助导航系统研究
摘要：为了实现宽幅施药机械喷幅的精确拼接，提出一种机器视觉辅助GPS导航方法。该方法首先对施药机械幅边喷洒泡沫剂并进行泡沫剂识别，识别过程中为了有效分割目标与背景，选定蓝色泡沫剂作为试验对象，提出使用超蓝色灰度化方案，并经过形态学滤波、行定位点的选取、Otsu分割提取泡沫剂信息，使用迭代的最小二乘法检测泡沫剂中心线的信息；然后给出了二维图形航向偏角和偏距的定义，并根据识别的泡沫剂信息进行航向偏角和偏差信息的提取，从而指导施药机械的行进方向。试验表明，所提方法可以较为准确地进行泡沫剂识别，根据泡沫剂信息识别得到的偏角计算值和实际测量值平均误差为1．58°，最大误差为2．5°，偏距计算值和实际测量值平均误差为5．4cm，最大误差为8．4cm，检测精度能够满足实际需求。玉米定向精播种粒形态与品质动态检测方法
摘要：为满足玉米定向精播对种子外形和品质的要求，设计了一种玉米种子精选装置，并研究了玉米种粒动态检测算法。经过脱粒并筛除杂质的种粒投入玉米种子精选装置，分两列两层传输，完成玉米种粒的动态检测。通过计算种子胚根尖端的方向，排除了种粒的重复检测现象；以人工选取的100粒标准种粒外形参数为基础建立合格种粒特征参数库，实现对种粒外形的检测；依据合格种粒和重度霉变种粒表皮亮度差异较大的特点，基于图像饱和度分量对重度霉变种粒加以检测；依据轻度霉变种粒表皮呈现块斑的特点，利用种粒的R、G、B颜色平均值检测轻度黑色霉变；以种粒黄色区域补洞后对应原种粒（B—R）的值，判断种粒的轻度白色霉变和轻度破损；对于外形和霉变检测合格的种粒，通过分析种粒区域中白色区域的大小，进行玉米种粒胚芽朝向的判断，为后续种粒定向包装和定向播种提供了依据。对280粒各品种玉米种子进行实时检测，每粒种子的平均检测时间约为14ms，重复种粒判断准确率为95％，种粒合格性检测准确率为96．1％，胚芽朝向判断准确率为97．1％。脱绒棉种色选机双CCD检测系统设计与仿真分析
摘要：设计了一种脱绒棉种双侧双CCD（Chargecoupleddevice）色选检测系统。通过对该检测系统的光学子系统、图像采集子系统和处理子系统等的分析与设计，结合仿真分析和测试试验，验证了系统效果。其中，图像采集子系统采用彩色线阵CCD对脱绒棉种进行成熟度信息采集、黑白线阵CCD对棉种进行完整度信息采集；图像处理和分析用于提取关键特征信息做棉种类型的判别分析。试验结果表明，检测系统设计的光学子系统模块能够得到特征清晰的图像，处理子系统能满足双图像采集子系统CCD正常采集物料特征信息，系统能够保证分选的实时性和稳定性要求。株间锄草机器人刀苗信息优化系统设计与试验
摘要：为提高株问锄草机器人机器视觉刀苗信息获取精度，提出采用里程信息和视觉信息融合的刀苗距优化方法，设计了基于C8051F020单片机的刀苗距优化系统，分析了优化系统构成，为提高里程精度和系统抗振动干扰能力，设计了精准里程采集逻辑电路对测速脉冲进行倍频、辨向及逻辑处理。根据里程信息与视觉信息相对误差的分布规律提出了双阈值权重判断算法对刀苗距进行优化，并给出了软件实现流程。刀苗距优化试验发现该系统可有效过滤机器视觉出现的错误和不稳定信息，静态测试刀苗距误差达6．7mm，误差减小10．3％。模拟锄草试验表明，在动态下该系统可降低锄刀多转可能性，提高系统的稳定性。指夹式精量玉米排种器改进设计与试验
摘要：为满足精密播种作业要求，采用夹持充种、振动清种及柔性导种等方式，对指夹式精量玉米排种器进行了改进设计。通过对其工作原理的分析，对关键部件取种指夹、振动区及零速导种带的结构参数进行了优化。为提高排种器作业性能，得出其最佳工作参数，以工作转速和弹簧丝径为试验因素，粒距合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标进行二次正交旋转组合设计试验，运用Design—Expert6．0．10软件进行试验数据处理，建立因素与指标之间数学模型以进一步优化。试验结果表明，弹簧丝径为0．77mm，排种器转速小于19．2r／min时，合格指数为86．90％，重播指数为9．62％，漏播指数为3．51％，合格指数比改进前提高13．5％，破损率为0．4％。在此基础上进行排种适应性试验，结果表明指夹式精量玉米排种器对大扁马齿型籽粒具有良好的适应性，满足精密播种农艺要求。油菜离心式精量集排器枝状阀式分流装置设计与试验
摘要：为提高油菜离心式精量直播机排种器田间作业的适应性，特别针对机组作业时存在倾斜、颠簸等工况，设计了一种多阶分一合分流装置。以枝状阀式分流装置为研究对象，分析了影响种子分流效果的影响要素，运用离散元仿真软件EDEM对分流装置结构形式开展了正交旋转试验，建立了集排器各行排量一致性的四元二次回归模型；利用3D打印技术加工成型枝状阀式分流装置，并与1阶分流装置进行倾斜对比试验。结果表明：枝状阀式分流装置1阶分流单元分枝长度为59．95min、2阶分流单元上部长度为66．11mm、分流角度为89．74°、管径为7．12mm时，其排种性能最优；在0°～25°倾角范围内，枝状阀式分流装置的各行排量一致性系数不大于5．71％，优于1阶分流装置，且可适应中高速（9km／h）播种作业，满足油菜种植农艺要求。非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构参数优化与试验
摘要：为了进一步优化栽植嘴的轨迹、姿态及其挖出的穴口形状，提高钵苗移栽的立苗率，提出了基于两级非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构组合设计思路，运用变性椭圆一共轭非圆齿轮、变性偏心圆一共轭非圆齿轮、变性巴斯噶蜗线非圆齿轮、变性傅里叶非圆齿轮和变性正弦非圆齿轮5类非圆齿轮副，组合设计了25种不同的栽植机构。建立了基于非圆齿轮行星轮系传动的栽植机构通用数学模型，并将通用数学模型代入旋转式钵苗栽植机构多目标优化模型，根据给定的栽植农艺条件，优化得到了满足理想栽植要求的栽植机构类型及其对应的机构参数。选取其中的偏心一椭圆齿轮行星轮系栽植机构与变性椭圆齿轮行星轮系栽植机构进行对比分析，结果表明运用多种非圆齿轮副进行组合设计的栽植机构具有优越性。根据优化得到的栽植机构类型及其对应的参数进行结构设计和样机研制，并进行了运动学高速摄像试验和模拟田间栽植试验。由高速摄像试验得到的轨迹、姿态、速度等指标和理论计算的对比分析，验证了通用数学模型的正确性；由模拟田间栽植试验可得本栽植机构立苗率较高，约为95％。行星刷式株间锄草机械手优化与试验
摘要：针对根系较发达作物和易板结土壤工况下的株间锄草，设计了行星刷式株间锄草机械手。研究了锄草机械手避苗锄草的工作原理，建立了运动学模型，研究了刷盘上点的运动轨迹和速度曲线随行星轮系传动比变化的规律。将覆盖率、入侵率及保护区范围作为锄草效果的评价指标，通过设计锄草机械手的结构参数，对锄草刷盘运动轨迹进行仿真，分析刀杆偏心距、锄草刷盘直径及装置相对作物行横向偏移对覆盖率和入侵率的影响。仿真结果表明刀杆偏心距80mm、横向偏移20mm以及锄草刷盘直径60—180mm为最优参数，可获得直径30～140mm的保护区及80％以上的株间覆盖率。对优化后的机械手进行大田锄草试验，选用传动比为3的行星轮系，平均锄草率可达89．3％，平均伤苗率为3．5％，满足锄草要求。圆形喷灌机泵注式施肥装置设计与田间试验
摘要：圆形喷灌机水肥一体化作业时对喷洒肥液均匀性有较高要求，需要采用比例施肥装置，确保注入喷灌机的肥液流量保持恒定。为此设计了基于柱塞式注肥泵的泵注式施肥装置，并以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为变量，进行了圆形喷灌机应用泵注式施肥装置的喷灌施肥均匀性试验。结果表明，圆形喷灌机停止状态下，注肥泵电源频率50Hz运行时，3种注射喷嘴孔口直径和3种安装位置的组合工况下喷灌施肥的均匀系数G，，为99．00％～99．65％，变异系数Cv为0．46％～1．37％，其中当注射喷嘴孔口直径为2．5mm、安装在进水管水平段位置的工况时获得的喷灌施肥均匀性最佳。圆形喷灌机行走状态下，测得单列雨量筒喷灌施肥均匀系数c晶为88．77％～90．66％，表明圆形喷灌机采用泵注式施肥装置能够获得较高的喷灌施肥均匀性。此外，通过对比注肥泵电源频率在50Hz和46Hz时的喷灌施肥均匀性，发现喷头喷洒肥液的电导率总平均值与电源频率之间具有显著的正相关性，表明改变注肥泵的电源频率是圆形喷灌机实现高均匀度变量喷灌施肥的一种有效途径。水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验
摘要：针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题，运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设，运用离散元法建立土壤颗粒力学模型，应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验，仿真结果表明，耕深在20cm时，土壤表层覆盖率为93．87％。通过土槽台架试验得到：在作业速度为1．25km／h、刀辊转速为237r／min时，耕深可达到22cm，地表以下15—20cln翻埋的秸秆占秸秆总量的80％，秸秆还田率为91．63％，同时刀辊轴不缠草。试验结果表明，秸秆还田深度达到水整地环节的要求，秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证，证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能，满足农艺要求。柔性揉搓式板栗剥苞机设计与试验
摘要：针对现有板栗剥苞机在七八成熟板栗剥苞时存在脱尽率低、损伤率高而只能手工剥苞、效率低下的现状，设计了一种基于柔性揉搓原理剥苞和往复运动筛分的板栗剥苞机。详细阐述了剥苞机的柔性揉搓关键部件、双层往复筛分部件以及传动系统的设计。设计的揉搓橡胶板和揉搓臂的长度可调，对不同大小的板栗刺球剥苞适应性好。通过样机试验，证明了该机对七、八成熟板栗剥苞的适应性，其脱净率大于96％，分离清洁度大于98％，损伤率小于4％。贯流风筛清选装置内玉米脱出物运动规律研究
摘要：为减少玉米籽粒收获机作业时籽粒清选损失率，利用EDEM建立了玉米脱出物各成分颗粒模型，采用CFD—DEM耦合的方法对玉米脱出物在贯流式风筛清选装置中的运动进行了数值模拟。仿真结果表明，透筛杂质为玉米芯且集中在清选装置后部；随着清选装置入口气体速度的提高清选装置清选获得的籽粒清洁率提高，但玉米籽粒清选损失率增加，仿真结果与台架试验结果基本一致。在玉米脱出物喂入量3kg／s条件下，研究确定清选装置入口气体速度低于11．72m／s，清选装置清选损失率小于2％，符合玉米籽粒联合收获机正常作业性能要求。秸秆捆扎过程中打结钳嘴载荷试验分析
摘要：打结钳嘴是打结器承载的关键部件，为研究其在秸秆捆扎打结过程中的载荷情况，利用华德9YFQ-1．5系列压捆机开展了秸秆捆扎试验，由张力传感器、高速摄影机以及同步控制装置组成的试验方案，成功获取了秸秆捆扎过程中捆绳张力数据和捆绳对打结钳嘴的作用部位；研究构建了捆绳张力与打结钳嘴载荷的转换模型，结果显示捆绳对上颚的载荷较大，达到了314．89N；通过上述所获得的捆绳对打结钳嘴载荷大小和作用位置，利用ANSYS对上颚进行相关有限元分析，得到上颚在捆绳张力最大时刻的应力载荷图，发现上颚安装滚子轴处和上颚拐角处均有较大的承载特性，其应力载荷分别为755．52MPa和410．29MPa。打结钳嘴实际工作过程中断裂位置验证了载荷分析的准确性，为优化打结钳嘴提供了基础数据支撑。打结器夹绳-绕扣-钳咬动作参数分析与打结试验
摘要：通过对打结器夹绳一绕扣一钳咬动作的运动学建模，解析描述了捆绳夹持、绕扣成环和准确钳咬的动作时序关系和位置关系，分析了打结嘴和夹绳盘动作时序差妒和打结嘴轴线与主轴轴线夹角d取不同值时对夹绳、绕扣和钳咬动作的影响，并对夹绳运动的放绳作用进行分析，建立了捆绳钳咬前牢固夹持的受力条件和捆绳钳咬后允许捆绳沿夹绳盘轴向滑移而不被拉断的受力条件。结果表明当Ot与妒分别为90。与24。时，捆绳可以被稳定夹持、成功绕扣和准确钳咬，物理样机的动作试验验证了理论建模的正确性。不捆扎物料的打结器成结率为100％，捆扎小麦秸秆的成结率达到99．25％，表明打结器动作参数匹配合理。基于相位检测的高盐碱与高有机土壤水分传感器研究
摘要：为解决高盐碱土壤与高有机土壤水分实时检测难题，研究了一种基于相位检测的时域传输（TDT）型土壤水分检测方法，并对传感器的探头结构、测量频率进行了分析。通过试验分析可知：当探针直径为2mm、两针间距为10mm、针长120mm、测量频率为100MHz时，在砂壤土、粘壤土、盐碱土、高有机土中的测量误差分别为±0．87％、±0．95％、±2．20％、±1．94％，动态响应时间约为4ms左右，测量性能较好，满足实际测量需要。通过与国外设备TRIME（TDR）及国产设备BD—nl型土壤水分传感器的对比研究，得出测量频率lOOMHz时的TDT型土壤水分传感器能够满足高盐碱土壤、高有机土壤水分实时检测的要求，具有良好的动态性能和稳定性，且技术难度较小、成本低，有着很好的研究和应用前景。
