摘要：针对点动控制的单侧制动式转向履带底盘在自主行走中控制精度低、转向切换频繁的问题,提出了一种基于单侧制动转向履带底盘的三切线局部路径动态规划算法,根据履带底盘转向制动力矩不可控特性,设计了“转向-直行-转向”的局部路径规划方式。三切线局部路径动态规划算法由1条直线与2条圆弧相切组成,第1段圆弧与车辆行驶方向相切,车辆沿圆弧转向逐步偏向目标航线;第2段直线与两段圆弧相切,车辆沿直线行驶逐步靠近目标航线;第3段圆弧与目标航线相切,车辆沿圆弧转向逐步与目标航向一致。车辆通过历史移动的横向偏差和航向偏差采用加权递推平均滤波计算转弯半径,判断当前所处阶段进行调整。田间自动直线行驶试验结果表明:在横向偏差0.25m、航向偏差为0°的起始状态下,以行驶速度0.4m/s前进,在该算法下行驶的横向偏差绝对值均值和横向偏差标准差分别为0.085、0.104m,分别比bang-bang算法增加23.19%、19.54%,航向偏差绝对值均值和航向偏差标准差分别为3.31°、3.74°,分别比bang-bang算法减少25.95%、25.64%,总转向控制次数为9次,比bang-bang算法减少43.75%。三切线局部路径动态规划算法适用于单侧制动式转向履带底盘,具有更高的路径跟踪精度和较低的控制频率,满足田间作业需求。

摘要：[目的]针对田间作业环境复杂导致金丝皇菊采摘机器人行走不稳定、生产效率低的问题,本文设计了一种基于LiDAR多维点云优化的菊花采摘机器人自主导航系统,以实现机器人在农田中的精准作业与高效生产。[方法]通过履带式底盘搭载的Velodyne 16线激光雷达获取田间三维点云信息,并对其进行坐标校正和体素滤波预处理。提出了一种多维点云优化算法,可按照金丝皇菊植株生长特性获取不同坐标轴下的有效点云特征,生成左右两侧垄沟线;并采用改进纯跟踪控制算法对最小二乘法拟合得到导航基准线进行跟踪导航。[结果]通过对Stanley控制算法和改进纯跟踪控制算法进行仿真试验,改进纯跟踪算法表现出更高效的跟踪性能。利用金丝皇菊采摘机器人在南京市湖熟菊花园进行实地试验。试验结果表明,基于LiDAR多维点云优化的自主导航算法横向平均绝对误差为0.0474 m,标准差值为0.0306 m,位置偏差绝对值为0.0789 m,航向平均绝对误差为2.177°,标准差值为2.589°,横向平均绝对误差减小67.13%,离散程度降低48.34%。[结论]本文提出的基于LiDAR多维点云优化算法和改进纯跟踪算法可以有效提高导航精准度,改善系统抗干扰性,导航效果较好,从而保证金丝皇菊采摘机器人的精准作业。

摘要：现有大蒜联合收获机主要采用振动挖掘、对行夹持输送、自动切茎方式,这种收获方式要求大蒜种植时要对行播种,同时在收获过程中机具要尽量对行直线行驶,否则极易因对行不准而发生漏收、堵塞等问题。针对这一情况,设计一款可不对行收获的大蒜联合收获机。首先,基于不对行收获的特点和大蒜收获的农艺要求,进行整机总体设计;其次,通过建立数学模型完成灭茬机构设计和选型,建立运动学模型确定蒜秧切割机构和振动挖掘机构的运动参数;最后,以前进速度、入土倾角和挖掘深度为试验因素,以损伤率和漏收率为主要评价指标,进行三因素三水平正交组合试验并利用SPSS软件进行方差分析。结果表明:当前进速度为0.35 m/s,入土倾角为20°,挖掘深度为100 mm时,不对行大蒜联合收获机性能最优,此时损伤率为2.91%、漏收率为3.93%。

摘要：针对草莓高起垄定向移栽农艺要求,设计一种机械打穴、人工识别草莓苗弓背方向后定向穴栽的移栽机。基于可编程控制器(PLC)设计整机控制系统,包括移栽机定速行走控制系统、前轮转向控制系统、打穴控制系统等任务模块。整机采用直流无刷电机作为底盘的驱动元件,根据电机自带编码器的输出值进行行走速度、栽植株距和打穴频率的协调控制,采用步进电机作为打穴机构的驱动元件,由接近开关对打穴机构进行定位,通过二者配合完成打穴过程,在人机协同作业下,完成草莓苗移栽。试验结果表明:当单行移栽效率为15株/min,株距为150 mm、200 mm、250 mm时,株距合格率、孔深合格率、孔径合格率均在95%以上,其变异系数均小于5%,打穴成功率均大于95%,符合移栽机行业标准,打穴移栽效果满足农艺要求。

摘要：土壤消毒是设施种植中直接影响产量和品质的关键环节,而蒸汽消毒是最环保可靠的消毒方式,研究蒸汽在设施基质土壤中的传热效果。在试验过程中通过搭建基质土壤传热性能测试平台,研究出汽孔深度、蒸汽通入时间、蒸汽压力、土壤含水率各因素对蒸汽在土壤内传热效果的影响,并探究蒸汽从发生装置产生至1 h之间土壤温度随时间的变化规律。研究结果表明:当针头出汽孔深度为160 mm,蒸汽压力为0.4 MPa、通入蒸汽时间为8 min时土壤传热效果最佳,并且土壤含水率越高,其传热效果越好。在最佳因素条件下,通入蒸汽时间为8 min时土壤温度便可以迅速增长到最大值,且30 min后基本能维持在60℃以上同时满足杀毒要求。确定出汽孔深度、蒸汽通入时间、蒸汽压力、土壤含水率最佳参数后,结合实际消毒要求设计出一种与可移动式土壤蒸汽消毒机配套的罩盖式多针头蒸汽盘。

摘要：旋耕播种机推广鉴定时,需要人工检测种子的破损率。为提高检测效率,以小麦种子为例,对种子破损率快速检测方法进行研究。设计种子破损率自动检测平台,可一次性采集50 g小麦种子图像,基于图像处理技术和机器学习方法,提取小麦种子图像13个形状特征和8个纹理特征,建立基于特征的种子破损识别模型;识别的破损种子图像与种子质量的关系,建立基于图像的破损种子质量预测模型,按照鉴定大纲要求实现小麦种子破损率的快速检测。对江苏省“丹阳001”“A888”“泰州014”“无锡004”4个品种的小麦种子破损率进行试验测试,每个品种3次取样测定。结果表明:4个品种小麦种子破损率自动检测的平均相对误差分别为0.08%、0.07%、0.06%、0.08%,检测的相对均方根误差为0.08%,检测平均时长为5.216 s。该研究实现小麦种子破损率自动、快速检测,节省农机鉴定时间,推动农机鉴定过程的标准化和智能化。

摘要：针对大豆玉米带状复合种植模式下的现有喷药机无法分带定向喷施、适用性差的问题,设计一款适应于该模式、具有药物分带定向喷施、喷施高度分带可调节、防止药物发生带间飘移功能的自走式喷杆喷药机。根据4+2大豆玉米带状复合种植模式的农艺要求,确定整机机构方案;确定喷药机的喷杆高度调节装置、喷杆折叠装置和防飘移装置三个关键装置方案并进行结构设计。在灌云县大豆农场种植基地,对样机的高度调节性、可折叠性及防飘移性进行试验验证。结果表明,高度调节、折叠装置可以有效满足作业需求,防飘装置能够减少92.52%的液滴飘移,能够满足对玉米大豆的化学除草阶段及化学控旺阶段作业要求。

摘要：针对草莓移栽机械化水平低、人工栽植劳动强度大、效率低等问题,设计了一款针对设施高起垄、人机协同作业的草莓移栽机。整机主要由电动底盘、打穴机构、转向机构及操控系统等组成,底盘采用前轮转向、后轮驱动、直流无刷电机定速控制底盘的设计方案,草莓定向栽植采用曲柄滑块双行打穴、人工取苗并识别苗弓背方向再对穴放苗覆土的设计方案。基于多体系统动力学仿真软件RecurDyn对打穴机构进行运动学仿真分析,得到打穴器末端速度、位移、加速度曲线;采用培育时间8周左右的草莓裸根苗,以不同株距下草莓苗漏栽率、埋苗率露苗率、移栽合格率、株距变异系数、株距合格率为评价指标进行田间试验。试验结果表明:当栽植效率为15株/(min·行),株距为150、200、250mm时,株距变异系数、漏栽率、埋苗率、露苗率均小于5%,株距合格率均在95%以上,移栽合格率均在90%以上,符合行业标准,作业效率和栽植质量均比人工栽植提高3倍左右。

摘要：为应对动物疫情以及非牧场人员对奶牛养殖生产的不利影响,结合奶牛场的需求,采用数字孪生技术,提出构建数字孪生奶牛场养殖监控平台的方案。此平台基于数字孪生奶牛场模型(DDTM)搭建,DDTM由三部分组成,分别为数字奶牛场的几何模型GM、信息模型IM和预测模型PM。对于GM采用3ds MAX三维建模软件对奶牛场内的建筑、奶牛以及设备进行几何建模,最终实现奶牛场的三维可视化效果;对于IM通过特定孪生标识体系、远程数据上传以及解析等方法,实现数字孪生奶牛场与实际物理奶牛场之间的映射;对于PM利用预测模型预测养殖舍内温湿度变化趋势,指导奶牛的养殖健康和生产。这一综合方案为数字孪生奶牛场的建设提供创新的思路和实践参考,将促进数字畜牧的可持续发展、提高奶牛养殖的效益。

摘要：针对现有韭菜收割机作业时出现的不完整、漏割等问题,结合韭菜的物理特性,设计一种兼具扶禾、切割、收集组合式韭菜收集机械。对关键部件圆盘刀进行结构参数、运动参数的确定,开展切割理论分析;利用MATLAB软件,选取机具作业速度分别为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s,对切割圆盘进行运动仿真,得到不同作业速度下的切割区域变化规律;以机具的作业速度为试验因素,以割台损失率、漏割损失率为指标,进行单因素试验,确定机具作业速度范围。结果表明,当韭菜收获机圆盘刀转速为3000 r/min时,作业速度为0.4 m/s,韭菜切割收获装置性能最优,此时韭菜割台损失率均值为2.8%、漏割损失率均值为2.2%。