摘要：结合自主研发的测量装置,对实现基于主动光源的冠层反射光谱测量方法进行了阐述。对测量装置的测量原理进行了论述,分析了高频调制光源模块、光电池响应一级放大模块、高通滤波模块、二级放大模块和信号提取模块5大功能模块。对其中一级放大电路的参数设计和信号提取模块的算法设计2个关键环节进行了理论分析与推导。应用自制测量装置对小麦冠层进行反射测量实验,实验结果表明:测量装置可以有效滤除环境光引起的响应,测量值稳定可靠,最大相对波动率小于4.97%。

摘要：为定位棉株上的棉花，用红外测距实验装置和计算机图像处理技术结合棉花的农学生长特性测量单朵棉花的距离。在0．7～1．6m的距离区间内建立红外测距模型，获取了棉株表面点云的距离图像，测量精度达0．0085m。以0．65为标准差设计高斯滤波器的尺寸，用1一D高斯滤波器平滑棉株图像，用2一D高斯滤波器求取其梯度图像，以0．2m、0．08m为强、弱阈值，基于Canny边缘检测算子构建闭环边缘，结合形态学运算提取棉花区域，去除棉枝。用峰点滤波器削弱棉花图像中的粘连重叠现象，基于分水岭算法提取单朵棉花并求取其距离。结果表明，单朵棉花的图像识别率达91．3％，红外与人工测距结果的相关系数为0．9922，为采机器人运动轨迹的规划提供了参数。

摘要：切割器作为芦蒿收获机的重要工作部件,其切割性能直接影响作物的收获质量和后续输送效果。采用虚拟样机设计方法,对自走式芦蒿有序收获机中往复式切割器的结构参数和芦蒿茎秆的物理参数进行研究,建立了切割部件的三维实体模型和茎秆的柔性简化模型,并进行刚柔耦合动力学仿真分析。以切割系统的切割速度vg、切割角度α和前进速度vm为影响因素,选取切割器对茎秆切割力F和重割率γ为评价指标,设计了三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析,并进行田间试验验证。结果表明,响应面模型(RSM)优化组合vg=1.6 m/s,α=15°,vm=1.0 m/s时,F、γ明显降低,割茬质量最好,与试验结果相比,切割力误差小于10.9%、重割率误差小于11.3%。分析结果验证了预测模型的有效性和准确性,表明所设计的往复式切割器满足对芦蒿的有序收获要求。

摘要：为实现水稻生长周期内区域性实时变量施肥,提高机械化施肥作业效率和肥料利用率,结合水稻施肥农艺特点和近地光谱技术,设计了一种基于传感器的双圆盘离心匀肥罩式水稻地表变量施肥机。对光谱检测装置、决策控制系统、变量执行机构等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103核心控制器的反馈系统,结合专家施肥策略响应目标施肥量。以闸口排肥流量A、撒肥圆盘转速B、整机行进速度C为影响因素,颗粒分布变异系数Cv和施肥量相对误差γ为评价指标,设计三因素三水平撒肥性能正交试验。性能试验结果表明:在目标作业幅宽内(24 m),影响Cv主次因素为A、B、C,影响γ主次因素为B、A、C,综合选择较优的工作参数因素水平组合为:A2B2C2,即排肥流量300 g/s,圆盘转速600 r/min,整机行进速度1.2 m/s时,Cv=13.82%,γ=9.54%,整机撒肥性能最优。田间试验结果表明:与性能试验相比,Cv误差均值为9.19%,γ误差均值为9.25%。研究结果表明离心式变量施肥机满足撒肥均匀性和施肥量准确性要求,提高了离心式变量施肥机撒肥性能,为圆盘式撒肥机传统的经验式施肥提供了理论基础。

摘要：针对娇嫩褐菇自动化无损采摘易损的问题,首先分析了褐菇的生物学特性和力学特性,分别给出拔断和扭断采摘方式抓持力的约束方程,并优选出扭断式采摘方法;通过ANSYS对柔性手指夹持褐菇进行静力学分析,给出柔性手指指节数、褐菇直径及气压与抓持力之间的函数关系,建立评价函数,通过遗传算法优选出3指4指节的柔性手爪结构,以及18.65 kPa的最优抓持控制气压;基于此设计3指4指节的柔性手爪,并进行褐菇采摘试验,结果表明,与刚性手爪相比,柔性手爪抓持力减小,为(2.4±0.3)N;刚性手爪采摘褐菇的抓握处切面5 mm深度内均有损伤,且表面抓痕明显,而柔性手爪抓握处表面和内部均完好无损。说明所设计的3指4指节柔性手爪适于褐菇的自动化无损采摘。

摘要：基于Kinect体感感应技术,设计了一套温室果蔬采摘运输自动跟随平台。通过体感感应系统获取图片上像素点的深度信息,结合图像处理算法,逐行扫描确定人体图像并实时获取人体骨骼信息,计算了人体当前的三维坐标并记录人体走过的路径轨迹。系统采用自调整函数对路径进行优化,避免了剧烈转向行为,并对优化后的路径以模糊算法动态确定纯追踪模型的前视距离,从而实时调整转向和转角,实现了精准跟随和稳定跟随。试验结果表明,该跟随系统能在避免剧烈转向的前提下以较高的精度跟随,横向最大跟踪偏差不超过10.0 cm,最大深度偏差为5.5 cm,且系统性能不受光照条件影响,满足温室采摘运输要求。

摘要：为提高基于近地光谱技术的稻麦精准变量施肥机排肥性能稳定性,改善变量施肥控制精度,建立了外槽轮式变量施肥机离散元仿真模型,运用离散单元法和EDEM 2.2软件对施肥机排肥过程进行性能分析和数值模拟,研究不同排肥器结构和施肥控制策略对施肥机排肥稳定性的影响,并通过台架试验和田间试验验证仿真模型的准确性。结果表明:改进后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小14.59 g,变异系数降低9.9%;采用转速优先控制策略,当槽轮开度为19.34 mm时,排肥量稳定性系数最佳为1.09%;采用开度优先控制策略,当槽轮转速为55.75 r/min时,排肥量变异性系数最小为1.85%;与验证试验结果相比,误差最大为14.06%。结果验证了离散元仿真方法分析颗粒运动过程的准确性,表明所设计改进的排肥器能够提高施肥机排肥稳定性,满足稻麦精准变量施肥要求。

摘要：为了获取温室中植物生长图像信息,设计了一款能够监测温室内植物生长信息的无线智能图像采集节点,引入了休眠-唤醒机制大幅降低节点能耗。节点采用STM32ZET6芯片作为微控制器,CC1101为射频模块,扩展了OV7670图像传感器。将SimpliciTI射频网络协议移植到STM32处理器中,将采集的图像信息经过JPEG2000压缩后,分包多跳无线传输至服务器,服务器接收图像,利用改进型LoG算子实现图像分割,得到图像分割结果。结果表明:在温室环境中最大通信距离110 m,节点丢包率较低。一帧JPEG2000格式的温室内植物生长信息图像大小约18 kB,传输时间较短,节点在3.6 V锂电池供电下能工作20 d,汇聚节点接收一帧JPEG2000压缩后的图像时间为158 s。结论:图像节点在温室环境下,以较低能耗采集和传输植物生长信息图像,节点运行稳定,图像分割方法鲁棒性强,在光线变化较大的情况下分割仍然稳定。

摘要：为了实现冬小麦生长过程中的实时变量精准追肥,使用近地光谱探测技术,结合模糊PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)控制技术,研究设计了适合中国大田作业的实时变量追肥机控制系统。追肥机采用轴分段式设计,开度和转速双变量调节,通过光谱传感器获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥算法计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,模糊PID控制具有良好的动态稳定性和跟踪性能,大田试验的结果表明,追肥机控制精度均达到90%以上,测速系统的检测绝对误差小于0.25 km/h,可以实现精准施肥的目标。该研究为变量施肥机的在线变量施肥控制提供了参考。

摘要：【目的】设计一款基于比例施肥泵和嵌入式控制器的轻简式灌溉施肥机,为实现温室大棚无土栽培的肥水一体化灌溉与施肥提供支持。【方法】灌溉施肥机的结构采用轻型的铝型材配以万向轮进行设计,硬件主要包括比例施肥泵、嵌入式STM32控制器、HMI触控屏、多路传感器、电磁阀及营养液混合泵等,实现6种肥水信息的在线监测、多路执行设备的实时控制与人机交互;同时为实现肥水精准混合建立营养液稀释模型。【结果】成功设计了温室轻简式灌溉施肥机,在温室进行的肥水混合灌溉试验表明,灌溉施肥机作业前营养液母液自混合3min以上,能够消除营养液母液沉淀产生的肥水不均匀问题,灌溉施肥机电导率（Ec）控制精度误差≤0.02 mS/cm,标准偏差为0~2.83%,能够满足温室无土栽培作物的灌溉施肥要求。【结论】所设计的灌溉施肥机具有较高的肥水混合精度,能有效提高肥水利用率,建立的营养液稀释模型为确定作物不同生长期适宜的肥水混合比例提供了一种快速、简便的方法。