摘要：谷物收获机械无人化作业可有效解决收获季用工短缺问题,全田块自动导航作业是无人收获机智能化的核心。为解决水稻无人收获作业自动打点问题,基于边界线跟踪与地头区域检测实现水稻田块最外圈导航与剩余作业区域自动打点,并提出一种目标区域先验形态辅助的动态感兴趣区域设定方法,改善作物边界线提取可靠性。采用自控小车对所提方法进行验证,试验结果表明,当车辆作业速度为0.8m/s时,水稻未收获区域直线边界跟踪平均误差小于5cm,单帧图像检测时间小于50ms。水稻边界自动打点试验结果表明,所设计自动打点系统打点平均误差为3.5cm,满足直角梯形水稻田块自动打点需求。

摘要：土壤中土霉素(Oxytetracycline,OTC)高性能的现场分析方法对于保护生态环境安全和维护人类健康具有重要意义。针对土壤中痕量OTC的现场检测难题,设计功能集成的便携式提取-检测装置,用于土壤中OTC的现场提取与精准分析。首先,基于集成电路技术与3D建模,研制具有称量、搅拌与离心功能的便携式装置,并通过与实验室用提取装置的性能对比,验证装置的提取精度;分别以LED和便携式电化学工作站为光电化学检测的光源驱动和信号采集装置,研制便携式检测装置;进行土壤中OTC的现场分析试验。结果表明,研制的便携式装置对土壤OTC的提取精度较高,检测的线性范围为1×10^(-8)~1×10^(-6) mol/L,检出限为5.33×10^(-9) mol/L;在现场分析试验中,对土壤中OTC检测的加标回收率为92%~97%,相对标准偏差为1.8%~5.2%,且准确度得到了国标法的验证。

摘要：为了提高吸盘的吸附性能,基于水蛭吸盘表面存在的凹坑形态,运用仿生学原理,在常规吸盘表面设计凹坑形态,使吸盘工作表面存在多个小型吸盘,提高吸盘的吸附性能。运用部分正交多项式回归分析,探究凹坑形态的直径、单排凹坑数量及排间距对吸盘吸附力的影响。试验表明,不同凹坑的形态参数对吸盘吸附力具有不同的影响效果,当凹坑直径为1.5 mm、单排凹坑的数量为40个及排间距为4 mm时,仿生吸盘在基底表面的吸附力为49.54 N,相对于标准吸盘在基底表面的吸附力提高49.21%。建立设计因素与评价指标间的数学回归模型,确定对吸盘吸附力影响的显著性主次顺序为排间距、凹坑直径、单排凹坑数量。仿真分析表明,工作表面存在的凹坑形态改变了吸附时吸盘表面接触压力及摩擦应力的分布,并且仿生吸盘工作表面的摩擦应力和接触压力均大于标准吸盘,增大了仿生吸盘在基底表面的吸附力。

摘要：土壤电导率的准确、实时和原位获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑,为提高传统电流-电压四端法测量精度,该研究基于电流-电压四端法3种测量组态,开展土壤电导率主要影响因素(土壤含水率、电极入土深度、土壤坚实度和土壤处理方式)对电流-电压四端法的3种测量组态测量精度影响的试验。结果表明,Wenner和Schlumberger两种测量组态可较好地适用于不同土壤环境条件。进一步以Wenner和Schlumberger两种测量组态所测土壤电导率值为输入量,基于BP神经网络构建了双组态融合的土壤电导率回归模型,并在此基础上设计了一种土壤电导率测量装置,该装置主要包括JESTON nano、STM32单片机数据采集模块、传感器、激励源及差分放大模块等组件。工作稳定性试验结果显示,该装置在不同土壤电导率梯度条件下测量数据的标准偏差均小于0.43μS/mm;田间性能对比试验结果显示,该装置测量数据的均方根误差值为0.18μS/mm,测量精度优于传统单独测量组态和市面常用土壤电导率测量仪,以上结果表明所研制的土壤电导率测量装置具有较好的工作稳定性和测量精度。该研究可为田间土壤信息的实时原位采集提供一种高精度的检测工具和技术手段。

摘要：为实现稳定可靠的植保机器人视觉伺服控制,提出了一种基于语义分割网络的作物行特征检测方法。基于语义分割网络ESNet实现农田场景图像像素级带状区域检测,并利用最小二乘算法拟合得到每条行作物线特征;在此基础上通过设计一种主导航线提取算法获取导航路径,并利用卡尔曼滤波对主导航线几何参数进行平滑处理,有效抑制了不平整地面导致的机器人运动颠簸与视觉图像测量噪声引起的导航参数波动。继而构建机器人前轮转向、后轮差速的阿克曼运动学模型;在图像空间坐标下设计纯追踪控制器实现植保机器人的伺服运动控制。大田环境下的现场实验结果为:总体横向偏差为0.092 m,验证了本文方法的有效性。

摘要：液压悬挂系统是实现拖拉机与作业机具连接的关键部件,在拖拉机出厂前常采用人工挂接方式检测液压悬挂系统的承载性能,存在耗时长、效率低、存在安全隐患等缺陷。在不改变现有油缸加载检测装置的前提下,根据四杆运动机构设计了一种用于大中型拖拉机液压悬挂系统检测的挂接装置。结合四杆结构特点及拖拉机液压悬挂检测相关规定,分析了挂接装置的运动规律。基于四杆机构,设计了液压悬挂挂接装置,并对关键部件进行强度校核。在实验环境下,重复测试已研制液压悬挂挂接装置的挂接性能。试验表明:挂接装置的平均挂接时间为68.6 s、挂接成功率为96.7%,远低于人工挂接操作时间,并具有良好的挂接成功率。研制的液压悬挂挂接装置结构简单、性能可靠,降低拖拉机液压悬挂的检测强度、提高检测效率,为国内外拖拉机生产厂家设计一种用于拖拉机液压悬挂自动化检测系统提供依据。

摘要：针对气吸式大豆排种器高速作业时气压依赖性高、功耗大的问题,基于Magicsem型气吸式排种器,设计了一种能够在较低负压下完成高速排种的气吸式大豆高速精密排种器。通过Ansys Fluent对排种器气流场进行仿真,研究排种器结构对气压均匀性的影响。通过EDEM仿真排种器无负压状态下的充种性能。通过DEM-CFD耦合分析不同充种层高度对排种器充种效果的影响。根据仿真试验优化的结构参数加工排种器,并进行排种器的台架试验。台架对比试验表明,本文设计的排种器吸种临界真空度相比于Magicsem型排种器减少5%~25%;充种层高度对排种性能影响的验证试验结果与仿真试验结果一致;优化后的排种器在前进速度为8 km/h、负压为4 kPa时,排种合格率为95.04%,漏播率为3.05%,重播率为1.91%,满足大豆精密播种要求。

摘要：针对油莎豆机械化收获过程中块茎(果)与土壤草团(杂质)分离不彻底导致收获损失率与含杂率较高的问题,设计了一种双层滚筒筛式果杂分离装置,通过理论分析确定了该装置的主要结构参数与工作参数。建立了分离装置-收获物料互作的EDEM-MBD耦合仿真模型,以双层滚筒筛转速、分离螺旋输送器转速、柔性齿段长度为试验因素,以块茎分离率和含杂率为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展三因素三水平仿真试验。对试验结果进行方差分析,建立了分离率、含杂率与各显著因素之间的回归模型,利用回归模型进行参数寻优,结果表明:当双层滚筒筛转速为24.9 r/min、分离螺旋输送器转速为148.5 r/min、柔性齿段长度为1 277.8 mm时,分离率最大,为96.23%,含杂率最小,为25.55%。田间验证试验结果表明:最优参数组合下的果杂分离装置平均分离率为93.19%,平均含杂率为26.65%,与回归模型寻优结果基本一致;果杂分离装置与清选装置联合使用时,分离率增加1.05个百分点,含杂率降低9.97个百分点,可满足油莎豆收获生产需求。

摘要：为提高绿豆精密排种过程离散元仿真模拟试验所用仿真参数的准确度,进一步优化排种部件,基于绿豆种子的本征参数,采用Hertz Mindlin with bonding粘结模型建立种子仿真模型,分别采用自由落体碰撞法、斜面滑动法、斜面滚动法对绿豆种子与接触材料(有机玻璃、Somos8000树脂)间仿真参数进行标定,结果表明:绿豆与有机玻璃碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.445、0.458、0.036,与Somos8000树脂碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.434、0.556、0.049。以种间接触参数为因素,以实测堆积角与仿真堆积角相对误差为指标,进行了最陡爬坡试验、三因素五水平旋转组合设计试验,以最小相对误差为优化目标,对试验数据寻优分析得到:绿豆种间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.3、0.23、0.03。对标定结果进行排种验证试验,结果表明:仿真试验漏吸率与台架试验漏播率最大相对误差为4.71%、重吸率与重播率最大相对误差为4.94%、单粒率与合格率最大相对误差为0.98%,证明标定结果可靠。该研究结果可为绿豆精密排种装置的设计与仿真优化提供理论参考。

摘要：为研究模拟月尘与典型金属材料的摩擦磨损特性,以吉林省辉南县金川镇火山灰作为原料,制备了JLU-D1、JLU-D2、JLU-D3三种模拟月尘。选用不锈钢、铝合金、铜合金3种金属作为被磨试样,利用UMT试验机进行了摩擦磨损试验,分析了模拟月尘摩擦后3种材料的磨损形貌、摩擦因数、磨痕深度和磨损量。通过测试发现:铝合金、铜合金、不锈钢的磨损最大深度差值量分别为74.05、27.73、15.25μm;铝合金、铜合金、不锈钢的摩擦因数分别为0.2262~0.2835、0.1545~0.1855、0.4198~0.4958;当加入月尘后铝合金、铜合金、不锈钢的磨损量分别增大50%、28.6%、97%。结果表明:3种材料受月尘磨损较严重的为铝合金,其次为铜合金,最后为不锈钢;初始摩擦因数与金属材料的强度、硬度无明显关联,不锈钢材料的摩擦因数最大,铝材料的摩擦因数大于铜材料;小粒径月尘对典型金属表面的摩擦磨损较大粒径月尘更为严重。