摘要：四轮差速转向AGV(automated guided vehicle,自动导引车)具有灵活性好、转弯半径小、机械结构复杂度低等特点,在丘陵山地农业生产中更有优势。针对传统阿克曼底盘导航算法直接应用于差速转向底盘导航所存在转弯半径过大、易导致导航失效的问题,该研究使用模块化分层开发思想,基于ROS(robot operating system,机器人操作系统)设计了一种基于双变量限幅PID的差速转向底盘导航控制算法,并通过改造的四轮差速车辆进行试验。算法通过横向偏差与航向角偏差双变量限幅PID得到前进速度与旋转角速度,再通过下位单片机实现车轮转速的闭环控制。通过仿真试验,水泥路面试验和田间试验,以横向偏差平均值、均方根误差与最大偏差3个方面对算法的准确性与适应能力进行验证。仿真试验结果表明:通过路径跟踪算法控制的四轮差速车辆在0.4 m/s的速度行驶时,平均误差为1.15 cm,均方根误差为1.27 cm,上线距离小于4.09 m,导航系统有较好的稳定性和调节能力。在水泥地试验中水泥路面环境下以0.4 m/s速度行驶时,平均误差2.83 cm,均方根误差为3.21 cm,在田间试验的果树行间路面环境下以0.4 m/s速度行驶时,平均误差5.25 cm,均方根误差6.13 cm。田间试验结果表明,导航系统与试验车辆在不同的地形环境下有着较好的适应能力,研究结果可以为差速转向底盘的导航技术提供参考。

摘要：【目的】基于全基因组重测序数据开发不结球白菜KASP分子标记,以期丰富该物种的遗传信息,为不结球白菜种质资源鉴定、基因定位及分子标记辅助育种提供技术支持。【方法】对2份不结球白菜高代自交系C40和JY70进行全基因组及DNA重测序及比对分析,挑选出差异SNP位点用于KASP分子标记开发,并对55份不结球白菜种质资源进行遗传多样性分析和DNA指纹图谱构建。【结果】C40和JY70之间基因型不一致、测序深度大于10X且等位基因纯合的SNP位点有460849个。每条染色体上选择分布相对均匀的15个SNP位点设计成KASP引物,利用150对KASP引物对C40和JY70进行基因型分型检测,发现有86对引物成功分型,基于其对55份不结球白菜种质资源的基因型分型结果,筛选获得41个在不结球白菜中扩增质量高的KASP分子标记。41个KASP分子标记对55份不结球白菜种质资源的遗传多样性分析结果显示,其主要等位基因频率为0.5000~0.9273,平均为0.6643;基因多样性指数为0.1349~0.5000,平均为0.4257;多态性信息含量(PIC)为0.1258~0.3750,平均为0.3322,PIC>0.2500的位点占所有位点的94.5%,多态性较高。55份不结球白菜种质资源分为三大类群,相同类型的种质资源聚类在一起,其中地理来源相同的资源又聚类在一起,有效地反映了种质间的亲缘关系。利用PIC最高的15个KASP分子标记构建了55份不结球白菜种质资源的DNA指纹图谱。【结论】开发获得41个不结球白菜KASP分子标记,可用于不结球白菜种质资源鉴定、基因定位及分子标记辅助育种。

摘要：为提高花生收获机的智能化水平,设计了花生收获机自动驾驶作业系统。以东泰机械4HBL-2型自走式花生联合收获机为平台,针对花生收获机操作台、变速机构和作业机构设计了具有CAN总线接口的手自一体化电控系统,采用PD控制算法和Bang-Bang控制算法实现了行走和作业系统的控制。针对花生收获作业农艺要求,设计了花生收获机联合作业策略、自动导航路径规划和路径跟踪控制方法。以行驶速度0.25 m/s在水泥路面和沙质土壤花生地进行了自动驾驶收获作业试验。水泥路面试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为4.34 cm,最大偏差为9.30 cm;沙质土壤田间试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为5.12 cm,最大偏差为12.20 cm,满足花生联合收获作业要求。

摘要：为提高农田建设中挖掘机施工作业精度和智能化程度,该研究提出了一种基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的挖掘机铲斗位姿测量方法。首先,采用IMU测量挖掘机各执行机构的姿态角信息,解算获得挖掘机车体坐标系下铲斗末端的三维坐标,利用双天线BDS和IMU检测车体的位置和姿态建立了挖掘机铲斗末端三维坐标的实时解算模型,并设计了融合双天线BDS和IMU输出高频率高精度位姿的卡尔曼滤波算法。模拟挖掘机实际施工场景进行了静态和动态试验,采用全站仪验证铲斗末端三维坐标解算值。试验结果表明,该方法能准确实时测量挖掘机铲斗末端三维坐标,挖掘机铲斗末端三维坐标解算值与全站仪实测值的运动轨迹变化一致,同一时刻空间两坐标点距离均方根偏差小于30 mm,三个轴向坐标动态测量均方根偏差均在20 mm内,绝对偏差≤30 mm的数据占比不低于95.35%,挖掘机铲斗位姿的准确测量为挖掘机精准施工智能引导提供了基础。

摘要：针对水稻收获机与转运车双机协同自主作业环节多、粮食转运过程复杂等问题,该研究设计了一种基于有限状态机(Finite State Machine,FSM)的水稻收获机与转运车协同作业策略,分析了水稻收获机与转运车协同作业模式,建立有限状态机模型。首先,基于作业环节设计触发条件、评估方法和执行流程等基础模块;然后,根据双机协同的各项状态建立状态信息矩阵;最后,依据协同触发事件与状态转移的逻辑设计状态转移链。构建协同作业时分复用控制逻辑框架,并运用Stateflow软件进行仿真分析,为验证所设计策略的田间实际作业效果,搭建了履带式水稻收获转运双机协同试验系统,收获速度为0.8 m/s,收割幅宽1.9 m,共28条收获边,协同路径选择在短边的机耕道上,连续协同工作时间大于等于120 min,采用套圈路径自主收获0.7 hm^(2)水稻,期间共进行6次自动协同转运作业,将所收获的粮食转运到卡车上。试验结果表明,该策略可以实现水稻收获/卸粮转运自主作业,收获效率为0.35hm^(2)/h,为实现水稻收获双机智能转运协同功能奠定了基础,可为水稻无人农场建设提供技术支持。

摘要：针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。

摘要：原虫生活史复杂,大部分难以通过体外培养完成整个生活史,缺乏高效的基因编辑系统。CRISPR/Cas9系统可以通过人工设计的方式,实现基因的精确、高效、快速编辑,被广泛应用于基因工程各个领域。CRISPR/Cas9系统为原虫的未知功能基因研究开辟了新途径。本文介绍CRISPR/Cas9系统的原理和目前在寄生原虫中的基因定位、基因功能研究、高通量基因家族筛选等方面的应用。

摘要：针对传统膨胀石墨阻燃木塑复合材料(WPCs)阻燃剂添加量高、力学性能变差的问题,本文以杨木木粉(WF)、高密度聚乙烯(HDPE)、膨胀石墨(EG)与纳米二氧化硅(n-SiO_(2))为主要原料,通过层积热压工艺和结构优化设计制备了具有多层夹芯结构的阻燃增强木塑复合材料。采用锥形量热仪、垂直燃烧测试仪、极限氧指数(LOI)仪和万能力学试验机分别探究了单层、双层和三层夹芯结构对木塑复合材料阻燃和力学性能的影响。结果表明:相比于对照组(WPC-0),阻燃层中EG和增强层中n-SiO_(2)的含量分别为10%和5%时,双层和三层夹芯结构木塑复合材料的热释放速率和总热释放、烟释放速率和总烟释放均有显著降低,残余物质量明显提升。其中三层夹芯结构木塑复合材料(WPC-E3B)的LOI值由20.8%提高至30.6%,UL-94达到V-0级。此外,相较于WPC-0,WPC-E3B的冲击强度提升了61.9%,拉伸与弯曲强度分别提高了16.2%和13.4%。

摘要：为探究气吸式播种机气力系统多分支汇流管路负压气流的流动规律,掌握管路总体压力损失与管路几何结构之间的关联特性,获取管路总体压力损失的定量预测目标值,该研究对多分支汇流管路气流流动状态进行分析,明确了影响管路气流流动的主要因素,采用单因素试验及Fluent仿真模拟,从宏观、微观尺度阐明多分支汇流管路中的气流流动规律及总体气压损失原因,通过量纲分析法建立了总体压力损失(ΔP,Pa)与空气密度(ρ,kg/m^(3))、空气动力黏度(μ,Pa·s)、集管封闭端长度(L,mm)、入口支管1的入口流量(Q,m^(3)/s)、入口支管内径(d,mm)、入口支管长度(h,mm)、入口支管间距(δ,mm)、集管内径(γ,mm)、出口支管内径(D,mm)和出口支管长度(Δ,mm)关系的经验式。台架试验结果表明,所建立的经验式应用范围为0.0009 m^(3)/s≤Q≤0.0045 m^(3)/s,28 mm≤d≤45.2 mm,100 mm≤l≤200 mm、200 mm≤δ≤300 mm,42.6 mm≤γ≤81.4 mm,150 mm≤Δ≤250 mm,34 mm≤D≤42.6 mm、53.6 mm≤D≤57 mm,对多分支汇流管路总体压力损失的预测精度在经验式计算值的10%以内。所建立的经验式可为气吸式播种机多分支汇流管路的设计选型、结构优化提供参考。

摘要：为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。