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基于EDEM的皮带式推料机器人推料仿真与试验研究

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华南农业大学学报 2024年第5期45卷 685-693页

作者：兰望娇张希升任建华张姬杨庆璐于镇伟田富洋于素芳山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 九方泰禾国际重工(青岛)股份有限公司山东青岛266500 山东农业大学生命科学学院山东泰安271018

【目的】推料机的推料效果是牧场推料机器人性能的一个重要指标,为得出皮带式推料机器人最佳作业参数,研究推料机器人作业参数对推送率和推送效率的影响,本文基于EDEM软件对推料机器人推料过程进行模拟仿真分析。【方法】基于离散元法,... 详细信息

【目的】推料机的推料效果是牧场推料机器人性能的一个重要指标,为得出皮带式推料机器人最佳作业参数,研究推料机器人作业参数对推送率和推送效率的影响,本文基于EDEM软件对推料机器人推料过程进行模拟仿真分析。【方法】基于离散元法,通过试验与仿真标定得出TMR饲料间、饲料与接触装置间的接触参数;运用EDEM软件建立3种离散单元物料颗粒的Hertz-Mindlin接触模型,以皮带式推料机装置的推料角度、皮带速度、前进速度作为试验因素,以推送率和推送效率作为评价指标,采用三因素三水平的正交试验方法进行推料仿真试验研究。通过实际试验对仿真结果进行验证。以推料机的推送率和推料效率最大为目标值,通过响应面进行优化求解。【结果】仿真试验结果表明:本文推料机理论最优作业参数组合为推料角度30°、皮带速度2.99 m/s、前进速度0.83 m/s时,推送率为94.6%,推送效率为724.5 kg/min。对于推送率而言,皮带速度和前进速度对其影响极显著(P0.05)。【结论】本研究验证了推料机结构的合理性,为自动推料机器人推料作业参数组合提供了参考。

关键词：皮带式推料机 TMR饲料仿真分析推送率推送效率

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涉农高校劳动育人视角下耕读教育模式创新研究

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智慧农业导刊 2024年第5期4卷 138-141页

作者：田富洋武宝绘张姬于镇伟宋月鹏山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018

以“亦耕亦读”为核心理念的耕读教育,不仅作为涉农高校加强劳动教育的一种重要途径,更重要的是将中华优秀传统文化耕读与传家传承下去,具有全面的育人功能,如修德、长智、强体和塑美等。结合涉农高校开展耕读教育的现状归纳分析问题,... 详细信息

以“亦耕亦读”为核心理念的耕读教育,不仅作为涉农高校加强劳动教育的一种重要途径,更重要的是将中华优秀传统文化耕读与传家传承下去,具有全面的育人功能,如修德、长智、强体和塑美等。结合涉农高校开展耕读教育的现状归纳分析问题,从思想认识、顶层设计、课程建设、师资和机制建设方面提出意见建议。提出构建“543”耕读教育模式,即抓住劳动养成的“五个环节”,实施“四维一体”动态调整方略,利用“三全育人”服务保障,提升耕读教育实效,厚植涉农学子“三农”情怀。

关键词：涉农高校劳动育人耕读教育农耕文化模式创新

基于视频和BCE-YOLO模型的奶牛采食行为检测研究

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华南农业大学学报 2024年

作者：张立印张姬杨庆璐李玉道于镇伟田富洋于素芳 1.山东农业大学机械与电子工程学院 2.山东农业大学生命科学学院山东农业大学机械与电子工程学院山东农业大学生命科学学院

【目的】动物采食行为是一个重要的动物福利评价指标，本研究旨在解决复杂饲养环境下奶牛采食行为识别精度差、特征提取不充分的问题，实现对奶牛采食行为的自动监控。【方法】本文提出了一种基于改进BCE-YOLO模型的识别方法，该方法通... 详细信息

【目的】动物采食行为是一个重要的动物福利评价指标，本研究旨在解决复杂饲养环境下奶牛采食行为识别精度差、特征提取不充分的问题，实现对奶牛采食行为的自动监控。【方法】本文提出了一种基于改进BCE-YOLO模型的识别方法，该方法通过添加BiFormer、CoT、EMA 3个增强模块，提高YOLOv8模型特征提取的能力，进一步与优于Staple、SiameseRPN算法的Deep SORT算法结合，实现对奶牛采食时头部轨迹的跟踪。在奶牛采食过程的俯视和正视视频中提取10288张图像，按照6：1比例分为训练集和测试集，构建为采食数据集。【结果】改进的BCE-YOLO模型在前方和上方拍摄的数据集上精确度分别为77.73%、76.32%，召回率分别为82.57%、86.33%，平均精度分别为83.70%、76.81%，相较于YOLOv8模型，模型整体性能提升6～8个百分点，Deep SORT算法相比于Staple、SiameseRPN算法，综合性能提高1～4个百分点，并且改进的BCE-YOLO模型与Deep SORT目标跟踪算法结合良好，能对奶牛采食行为进行准确跟踪且有效抑制奶牛ID（Identity document）的变更。【结论】本文提出的方法能有效解决复杂饲养环境下奶牛采食行为识别精度差、特征提取不充分的问题，为实现智能畜牧与精确养殖提供重要参考。

关键词：奶牛采食行为识别优化YOLOv8模型 Deep SORT

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精准配比料药一体化生猪饲喂器设计与试验

农业机械学报 2023年第S2期54卷 142-149页

作者：闫银发刘冠鲁宋占华田富洋李法德刘莫尘山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实... 详细信息

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析,得出转速为40~60 r/min时排料槽轮的稳定性较好,根据(100~250)∶1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10~20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况,可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力,两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内,可实现的料药质量配比范围为(93.4~251.8)∶1,给定的料药质量配比在此范围内;进行料药配比混合台架试验,试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药,解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。

关键词：生猪料药一体饲喂器精准配比斜槽轮排料器离散元变异系数

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

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农业机械学报 2022年第6期53卷 21-33页

作者：宋占华李浩闫银发田富洋李玉道李法德山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018 农业生产机械装备国家工程研究中心泰安271018

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了... 详细信息

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计(CCD)方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此基础上,依据实测的土壤剪应力,采用试错法,以实测土壤内摩擦角为目标值,优化标定了土壤土壤颗粒HertzMindlin with Bonding接触模型中的粘结参数,标定法向粘结刚度、切向粘结刚度分别为1×10^(8)、5×10^(7) N/m^(3),临界法向应力和临界切向应力均为10 kPa,接触半径为1.1倍颗粒半径,直剪仿真得到内摩擦角为30.24°,仿真值与直剪试验内摩擦角平均值相对误差为5.53%。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值,可用于砂质壤土桑园耕作机械触土部件与土壤相互作用的离散元仿真分析及其结构优化。

关键词：桑园土壤仿真模型离散元法参数标定非等直径球形颗粒

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精准配比料药一体化饲喂器设计与试验

农业机械学报 2023年

作者：闫银发刘冠鲁宋占华田富洋李法德刘莫尘山东省农业装备智能化工程实验室山东省园艺机械与装备重点实验室山东农业大学机械与电子工程学院

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题，设计一种精准配比料药一体化饲喂器，以计量式斜槽轮为排料装置，并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行设计和仿真，实现给定质量比范围下的实... 详细信息

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题，设计一种精准配比料药一体化饲喂器，以计量式斜槽轮为排料装置，并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行设计和仿真，实现给定质量比范围下的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析，得转速为40～60 r/min时排料槽轮的稳定性较好，根据（100～250）:1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10～20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况，可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力，两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内，可实现的料药质量配比范围为（93.4～251.8）:1，给定的料药质量配比在此范围内；进行料药配比混合台架试验，试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药，解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。

关键词：精准配比饲喂器斜槽轮排料器离散元变异系数

四槽轮配肥器肥料颗粒碰撞掺混离散元分析与优化设计

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农业机械学报 2023年第3期54卷 49-59页

作者：闫银发赵庆吉王瑞雪韩守强宋占华田富洋山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018

为解决精准施肥过程中变比配肥施肥机械搅拌掺混效率低、掺混均匀度一致性差等问题,设计了一种带有二次碰撞掺混锥形体的四槽轮变比配肥器,可根据4种肥料的需肥量控制4个槽轮以不同转速排肥,二次碰撞掺混腔实现变比配肥的非机械搅拌均... 详细信息

为解决精准施肥过程中变比配肥施肥机械搅拌掺混效率低、掺混均匀度一致性差等问题,设计了一种带有二次碰撞掺混锥形体的四槽轮变比配肥器,可根据4种肥料的需肥量控制4个槽轮以不同转速排肥,二次碰撞掺混腔实现变比配肥的非机械搅拌均匀掺混。测定了4种肥料颗粒的物料特性及在不同含水率条件下的破碎力和粘附力。采用离散元法,选用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,分析4种肥料排料运动和碰撞掺混规律。通过正交试验和方差分析,发现槽轮转速在20~80 r/min范围内时,转速对掺混偏离度标准差影响不显著,四槽轮变比配肥器可以实现变比配肥均匀掺混;优化设计二次碰撞掺混锥形体在圆柱形掺混腔内最优高度为12.1 mm,在此高度下二次碰撞掺混锥形体锥角为57.9°。利用力链分析肥料颗粒在槽轮排肥器工作时受力分布,解算4种肥料颗粒所受到的挤压力均小于其破碎力,变比配肥时不会造成肥料颗粒破碎。另外,利用高速摄影分析不同频率、振幅的振动对肥料颗粒碰撞掺混的影响,发现振动对碰撞掺混均匀度影响很小;进行变比配肥碰撞掺混试验,试验结果表明,各组配肥掺混均匀度基本一致,实现了多种肥料的变比配肥和非机械搅拌均匀掺混。

关键词：变比配肥施肥机四槽轮施肥器离散元碰撞掺混掺混均匀度

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空间算子代数刚柔耦合系统动力学软件流程

华中科技大学学报（自然科学版） 2009年第12期37卷 107-111页

作者：孙宏丽吴洪涛田富洋邵兵南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

进一步发展了空间算子代数符号体系,给出刚柔耦合的空间算子代数递推的动力学建模过程,实现了对开环链式、树状拓扑,有根或无根结构的刚体与柔体任意组合形式的多体系统动力学流程,保证了O(n)次的计算效率.利用移位算子将柔体的模态坐... 详细信息

进一步发展了空间算子代数符号体系,给出刚柔耦合的空间算子代数递推的动力学建模过程,实现了对开环链式、树状拓扑,有根或无根结构的刚体与柔体任意组合形式的多体系统动力学流程,保证了O(n)次的计算效率.利用移位算子将柔体的模态坐标与运动学和动力学变量在铰关节空间进行投影传递,实现了刚体、柔体统一的动力学建模过程.利用低序体阵列与子体列阵来描述多体系统拓扑结构,得到刚柔任意组合形式的多体系统的运动学、动力学递推建模过程.开发了柔性多体系统动力学分析软件的体系结构,编制实时仿真分析程序,给出应用实例.

关键词：柔性多体动力学空间算子代数递推算法刚柔耦合软件流程

桂桑优12和农桑14号草本式栽培桑枝条力学特性研究

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蚕业科学 2022年第6期48卷 489-495页

作者：赵永财张晋李法德闫银发田富洋宋占华山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室山东泰安271018 农业生产机械装备国家工程研究中心山东泰安271018 山东富士制御电梯有限公司山东德州253400

针对草本式栽培桑树枝条收割过程中桑条的损伤问题,文中以桂桑优12和农桑14号草本式栽培桑树枝条为研究对象,利用电热干燥箱测量试验桑条含水率,并利用万能试验机对不同取样位置桑条和木质部进行剪切、压缩和弯曲力学特性试验。桑树同... 详细信息

针对草本式栽培桑树枝条收割过程中桑条的损伤问题,文中以桂桑优12和农桑14号草本式栽培桑树枝条为研究对象,利用电热干燥箱测量试验桑条含水率,并利用万能试验机对不同取样位置桑条和木质部进行剪切、压缩和弯曲力学特性试验。桑树同一品种、不同取样位置,桑条含水率有显著差异(P0.05),木质部的剪切和径向压缩弹性模量有显著差异(P<0.05)。桂桑优12和农桑14号两个桑树品种桑条的抗压力大于木质部(P<0.05);而木质部的剪切强度、抗压强度和压缩弹性模量大于桑条(P<0.05)。桂桑优12桑条的剪切和压缩力学特性均大于农桑14号(P<0.05)。桂桑优12桑条的弯曲力大于农桑14号(P<0.05)。桂桑优12桑条的抗弯强度和弯曲弹性模量均小于农桑14号(P<0.05)。试验结果表明,桂桑优12桑条和农桑14号桑条的含水率自上而下呈递减规律,桑条和木质部的剪切、压缩和弯曲力学特性(除木质部轴向压缩弹性模量)自上而下呈递增规律。该研究结果可为草本式栽培桑树枝条收割装置的设计与优化提供参数依据。

关键词：桂桑优12 农桑14号桑条木质部含水率力学特性