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Slip-draft embedded control system by adaptively adjusting the battery position for electric tractor

International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2023年第5期16卷 155-164页

作者： Minghui Wang Pucai Ning Ke Su Gejima Yoshinori Wei Wang Yongjie cui gongpei cui College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F UniversityYangling 712100ShaanxiChina SAIC Motor Technical Center Shanghai 201804China School of Arts and Design Qilu University of Technology(Shandong Academy of Sciences)Jinan 250353China Faculty of Agriculture.University of Miyazaki Miyazaki 8892192Japan Key Laboratory of Agricultural Internet of Things Ministry of Agriculture and Rural AffairsYangling 712100ShaanxiChina Shaanxi Key Laboratory of Agricultural Information Perception and Intelligent Service Yangling 712100ShaanxiChina College of Mechanical&Electrical Engineering Henan Agricultural UniversityZhengzhou 450002China

A slip-draft embedded control system was designed and developed for an independent developed 2WD(two-wheel drive)electric tractor,to improve the traction efficiency,operation performance and ploughing depth stability of the electric *** this system,the battery of electric tractor was innovatively equivalent to the original counterweight of the fuel *** through dynamic analysis of electric tractor during ploughing,the mathematical model of adjusting the center of gravity about draft force and slip rate was *** the automatic adjustment of the center of gravity for electric tractor was realized through the adaptive adjustment of battery ***,the system was carried on electric tractor for performance evaluation under different ploughing conditions,the traction efficiency,slip rate and front wheel load of electric tractor were measured and controlled synchronously to make it close to the set *** the comparative experiments of ploughing operation were carried out under the two modes of adaptive adjustment of center of gravity and fixed center of *** test results showed that,based on the developed control system,the center of gravity of electric tractor can be adjusted in real time according to the complex changes of working *** ploughing operation with adjusting adaptively battery position,the average values of traction efficiency,slip rate,front wheel load and relative error of tillage depth of electric tractor were 64.5%,22.2%,2045.0 N and 2.0%*** were optimized by 15.0%,29.5%,19.6%and 80.0%respectively,compared with electric tractor with fixed battery *** slip-draft embedded control system can not only realize the adaptive adjustment of the center of gravity position in the ploughing process of electric tractor,but also improve the traction efficiency and the stability of ploughing depth,which can provide reference for the actual production operation of electric tractor.

关键词： electric tractor embedded control system adjusting adaptively center of gravity position performance test

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Design and simulation of an integrated end-effector for picking kiwifruit by robot

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Information Processing in Agriculture 2020年第1期7卷 58-71页

作者： Longtao Mu gongpei cui Yadong Liu Yongjie cui Longsheng Fu Yoshinori Gejima College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F UniversityYanglingShaanxi 712100China China Aviation Lithium Battery Research Institute Co. LtdChangzhouJiangsu 213200China Key Laboratory of Agricultural Internet of Things Ministry of Agriculture and Rural AffairsYanglingShaanxi 712100China Shaanxi Key Laboratory of Agricultural Information Perception and Intelligent Service YanglingShaanxi 712100China Faculty of Agriculture University of MiyazakiMiyazaki 8892192Japan

The harvesting of fresh kiwifruit is a labor-intensive operation that accounts for more than 25%of annual production *** harvesting technologies are thus being developed to reduce labor requirements for harvesting *** improve the efficiency of a harvesting robot for picking kiwifruit,we designed an end-effector,which we report herein along with the results of tests to verify its *** using the established method of automated picking discussed in the literature and which is based on the characteristics of kiwifruit,we propose an automated method to pick kiwifruit that consists of separating the fruit from its stem on the *** method is experimentally verified by using it to pick clustered kiwifruit in a scaffolding canopy *** the experiment,the end-effector approaches a fruit from below and then envelops and grabs it with two bionic *** fingers are then bent to separate the fruit from its *** grabbing,picking,and unloading processes are integrated,with automated picking and unloading performed using a connecting rod linkage following a trajectory *** trajectory was analyzed and validated by using a simulation implemented in the software Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems(ADAMS).In addition,a prototype of an end-effector was constructed,and its bionic fingers were equipped with fiber sensors to detect the best position for grabbing the kiwifruit and pressure sensors to ensure that the damage threshold was respected while *** for size and shape were incorporated by following a trajectory groove from grabbing and picking to *** end-effector separates clustered kiwifruit and automatically grabs individual *** takes on average 4–5 s to pick a single fruit,with a successful picking rate of 94.2%in an orchard test featuring 240 *** study shows the grabbing–picking–unloading robotic end-effector has significant potential to facilitate the harvesting of kiwif

关键词： Kiwifruit End-effector Harvesting robot Trajectory model Simulation analysis

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基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器设计与试验

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农业机械学报 2022年第1期53卷 104-114,122页

作者：崔永杰卫咏哲丁辛亭崔功佩何智王明辉西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实... 详细信息

穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实现不同株距之间的疏植移栽作业。首先,对末端执行器整体结构进行设计,确定其工作原理;其次,通过理论分析确定圆柱凸轮与取苗手指各关键参数,并分析其作业状态下受力情况;然后,利用EDEM与Recur Dyn建立苗钵根土复合模型,进行耦合仿真单因素模拟试验,确定后续正交试验因素范围;最后,搭建了穴盘幼苗疏植移栽试验平台,以取苗针夹角、入土角、取苗针间距和变距速度为试验因素,以苗钵最大形变量和移栽成功率为试验指标,进行正交试验。在最优参数组合为取苗针夹角10°、入土角4°、取苗针间距8 mm、变距速度5 mm/s下,选取128穴至72穴与72穴至50穴两种疏植移栽要求进行验证试验,移栽后128穴钵体形变量平均值为(1.13±0.68)mm,72穴钵体形变量平均值为(1.51±0.64)mm。总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,满足不同穴盘规格疏植作业需求,适用性强。

关键词：穴盘苗疏植移栽末端执行器圆柱凸轮耦合仿真

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电池位置纵向可调的电动拖拉机设计与试验

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农机化研究 2022年第3期44卷 212-218页

作者：宁普才苏珂王明辉崔功佩李凯崔永杰王威西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 齐鲁工业大学(山东省科学院)艺术设计学院济南250353 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机。电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开... 详细信息

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机。电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开关、BMS仪表、V型皮带、加速踏板、换挡杆、底盘、电池位置纵向调节机构及充电/DC-DC一体机等组成。分别对驱动电机、电池、电池位置纵向调节机构等关键部件进行了设计、样机试制并进行性能试验。试验结果表明:电动拖拉机最高行驶速度为21.3km/h,通过电池位置纵向调节可提升13.2%的牵引力,最大牵引力为4020N,可克服的最大犁耕阻力为3557N,功能性能均满足设计要求,可为电动拖拉机的设计及研发提供理论依据和技术支撑。

关键词：电动拖拉机电池位置纵向可调配重性能试验

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油橄榄果实物理力学特性研究

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农机化研究 2022年第5期44卷 132-139页

作者：文双涛张津何智王明辉崔功佩崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

为降低油橄榄果实在采收和运输环节的机械损伤,研究了油橄榄果实物理力学特性。以"莱星"油橄榄果实为研究对象,分别测量了其几何特性参数、密度、静摩擦因数、恢复系数及果皮弹性模量,并使用数理统计分析方法对测量结果进行了分析。结... 详细信息

为降低油橄榄果实在采收和运输环节的机械损伤,研究了油橄榄果实物理力学特性。以"莱星"油橄榄果实为研究对象,分别测量了其几何特性参数、密度、静摩擦因数、恢复系数及果皮弹性模量,并使用数理统计分析方法对测量结果进行了分析。结果表明:油橄榄果实长轴为[15.44,23.44]mm,长径为[11.26,16.03]mm,短径为[11.00,15.36]mm,球度为[0.66,0.89],果形指数为[1.17,1.83];依据球度大小,外形轮廓可分为椭球形和类球形,比值约为7:3;油橄榄果实单果质量为[1.46,2.31]g,体积为[1.20,2.16]cm^(3),密度为[1.01,1.24]g/cm;油橄榄果实的静摩擦因数的关系为果实-果实>果实-橡胶>果实-钢板>果实-PP塑料,其平均值大小分别为0.507、0.464、0.364、0.346;碰撞恢复系数的关系为果实-木板>果实-钢板>果实-PP塑料>果实-果实,其平均值分别为0.425、0.399、0.325、0.298;油橄榄果皮断裂时拉伸力为[2.46,4.75]N,弹性模量为[1.92,3.66]×10;Pa。本研究可为油橄榄果实仿真模型建立以及采收和运输装备研发提供基本理论依据。

关键词：油橄榄采收运输力学特性

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设施栽培营养液自动调控装置设计与试验

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农机化研究 2023年第3期45卷 159-167页

作者：王明辉文双涛卫咏哲宁普才崔功佩崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

针对设施栽培中营养液调控缺少监测管理、自动化程度低、稳定性难以保证等问题,设计了一种设施栽培营养液自动调控装置。通过传感器对营养液指标值的实时检测、控制器对检测数据的处理、执行部件对营养液指标值的调整,实现设施栽培营养... 详细信息

针对设施栽培中营养液调控缺少监测管理、自动化程度低、稳定性难以保证等问题,设计了一种设施栽培营养液自动调控装置。通过传感器对营养液指标值的实时检测、控制器对检测数据的处理、执行部件对营养液指标值的调整,实现设施栽培营养液的自动调控。同时,设计了各关键部件结构参数及传感器检测子系统、数据融合与智能决策子系统和协同调控子系统的硬件和软件结构。采用响应曲面法试验,研究了均匀混合机构的纵向安装位置、横向安装位置、作业速度对营养液均匀混合时间的影响,并进行验证试验。响应曲面试验结果显示:试验因素的显著性主次顺序为作业速度、纵向安装位置、横向安装位置,最优组合参数为作业速度110r/min、纵向安装位置50mm、横向安装位置150mm。验证试验表明:营养液自动调控装置完成1次营养液调控所需时间约为135s,完成调控后营养液指标值pH值、EC、K^(+)浓度、Ca^(2+)浓度和NO_(3)^(-)浓度的误差分别为4.73%、3.28%、4.44%、4.15%、3.54%%。所设计的营养液自动调控装置具有结构简单、调控误差小的优点,可为提高设施栽培作业自动化程度提供参考。

关键词：设施栽培营养液自动调控响应面试验

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基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法研究

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农业机械学报 2020年第11期51卷 183-195页

作者：崔功佩郑昕萌崔永杰王京峥史颖刚傅隆生西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

针对采后甘蓝人工连续定向效率低、劳动强度大等问题,以“中甘15号”甘蓝为研究对象,提出了一种基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法。首先,建立了采后甘蓝的简化几何模型,对3个惯量主轴的转动惯量及其定向运动稳定性进行了理论分析;其... 详细信息

针对采后甘蓝人工连续定向效率低、劳动强度大等问题,以“中甘15号”甘蓝为研究对象,提出了一种基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法。首先,建立了采后甘蓝的简化几何模型,对3个惯量主轴的转动惯量及其定向运动稳定性进行了理论分析;其次,建立了定向仿真模型,基于ADAMS软件分析了26种初始姿态的采后甘蓝在定向过程中的位移差值和采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角随时间的变化规律;最后,搭建自动定向试验平台,以辊轮直径、轴向间隙、径向间隙和角速度为试验因素,以采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角和定向成功率为试验指标,进行了单因素和正交试验。理论分析和仿真结果表明,采后甘蓝在定向运动过程中,逐渐趋向绕转动惯量最小且唯一的中心轴转动,且该运动状态动态稳定,即实现了采后甘蓝的自动定向。试验结果表明,试验因素对采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角影响的显著性主次顺序为辊轮直径、角速度、轴向间隙、径向间隙,试验因素对定向成功率影响的显著性主次顺序为角速度、辊轮直径、轴向间隙、径向间隙;最优参数组合为辊轮直径80 mm、轴向间隙80 mm、径向间隙70 mm、角速度6 rad/s。在最优参数组合下进行了验证试验,结果表明,采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角平均值为(6.72±1.23)°,定向所需时间为6.8 s,定向成功率为96%,满足采后甘蓝自动定向及后续高通量处理的需求。

关键词：采后甘蓝转动惯量自动定向运动仿真试验分析

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基于支持向量机回归的营养液调控模型研究

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农业机械学报 2021年第1期52卷 312-323页

作者：崔永杰王明辉张鑫宇宁普才崔功佩王琦西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100 陕西旭田光电农业科技有限公司陕西杨凌712100

针对目前设施栽培中营养液动态调配精确度低的问题,提出一种基于支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)的营养液调控模型。首先,通过设计嵌套试验采集了13个温度、50组不同Knop营养液(A:99%Ca(NO3)2·4H2O、B:98%KNO3... 详细信息

针对目前设施栽培中营养液动态调配精确度低的问题,提出一种基于支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)的营养液调控模型。首先,通过设计嵌套试验采集了13个温度、50组不同Knop营养液(A:99%Ca(NO3)2·4H2O、B:98%KNO3、C:99%KH2PO4、D:98%MgSO4·7H2O、E:99%EDTANaFe 5种化合物)配比下的营养液pH值、EC、K+质量浓度、Ca2+质量浓度和NO-3质量浓度等检测指标值,并基于SVR构建营养液检测指标预测模型;然后,采用离散斜率法计算营养液检测指标值与5种化合物含量的响应曲线离散斜率,并利用人工鱼群算法获取离散斜率最大突变点;最后,以该突变点对应的5种化合物含量作为最优调控目标值,基于SVR构建营养液调控模型,并进行验证试验。结果表明:基于SVR的营养液调控模型中对应5种化合物含量的决定系数分别为0.99、0.98、0.99、0.96、0.99,均方根误差分别为4.29、7.39、5.02、2.85、3.96 mg,拟合效果良好。对比逐步拟合响应模型获取目标值的结果发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物含量的平均相对误差分别降低了37.65%、49.94%、40.53%、50.58%、42.84%;在验证试验中,对比逐步拟合响应模型发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物使用量的相对误差平均值分别降低了46.42%、52.08%、54.03%、53.59%、54.54%,调控过程中5种化合物使用量的平均降低率分别为1.69%、5.81%、5.85%、3.65%、7.08%。本文基于SVR构建的营养液调控模型具有高效、节能特点,可为设施作物栽培的实际生产应用提供参考。

关键词：营养液调控模型支持向量机回归离散斜率人工鱼群算法

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采后甘蓝单体排序定向输送装置设计与试验

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农业机械学报 2021年第6期52卷 351-360页

作者：崔功佩王京峥文双涛卫咏哲崔永杰牛子杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 中国重汽集团济南特种车有限公司济南250117 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

针对采后甘蓝人工上料及定向排序劳动强度大、生产效率低、人工成本高等问题,结合采后甘蓝商品化处理工艺及转动惯量特性,设计了采后甘蓝单体排序定向输送装置。该装置采用气缸传动对空间堆叠状态的采后甘蓝进行翻转卸料,随后在单层喂... 详细信息

针对采后甘蓝人工上料及定向排序劳动强度大、生产效率低、人工成本高等问题,结合采后甘蓝商品化处理工艺及转动惯量特性,设计了采后甘蓝单体排序定向输送装置。该装置采用气缸传动对空间堆叠状态的采后甘蓝进行翻转卸料,随后在单层喂入辊和曲面缓冲轨道作用下采后甘蓝呈单层状态排出,再经限位辊和变螺距输送辊引导完成采后甘蓝的单体排序输送,最终基于转动惯量特性在4个锥形辊形成的稳定空间内实现定向输送。对翻转卸料机构、单层喂入缓冲机构、变螺距单体排序机构、锥形辊定向输送机构等关键部件进行了结构设计,并试制了采后甘蓝单体排序定向输送装置样机。以“中甘15号”甘蓝为试验材料,以卸料气缸运行速度、单层喂入辊转速、变螺距输送辊转速和输送链条线速度为试验因素,以单体排序成功率和定向成功率为试验指标进行了正交试验。结果表明,最优参数组合为卸料气缸运行速度10 mm/s、单层喂入辊转速50 r/min、变螺距输送辊转速30 r/min、输送链条线速度300 mm/s,在最优参数组合下,采后甘蓝单体排序成功率平均值为96.50%,定向成功率平均值为95.17%,标准差分别为2.54%、3.28%,单通道作业效率约为1004 kg/h。本研究为深入研发采后甘蓝多通道高通量单体排序定向输送装置、实现采后甘蓝商品化处理机械化作业提供参考。

关键词：采后甘蓝单体排序定向输送结构设计性能试验

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甘蓝采后整修系统自动调向装置设计与试验

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农机化研究 2021年第2期43卷 64-70页

作者：郑昕萌崔功佩王京峥崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

针对甘蓝自然状态下根部姿态不一致、难以高通量采后整修处理的问题,设计了一种甘蓝采后整修系统自动调向装置,以提高甘蓝采后整修处理效率并降低人工成本。装置主要包括驱动电机、链传动机构、齿轮齿条副、辊轮调向机构、图像检测机构... 详细信息

针对甘蓝自然状态下根部姿态不一致、难以高通量采后整修处理的问题,设计了一种甘蓝采后整修系统自动调向装置,以提高甘蓝采后整修处理效率并降低人工成本。装置主要包括驱动电机、链传动机构、齿轮齿条副、辊轮调向机构、图像检测机构及机架。结合“中甘15号”甘蓝物理特性参数,对甘蓝在辊轮调向机构上的运动状态及甘蓝的受力情况进行了理论分析,确定了辊轮直径等关键部件结构参数及辊轮转速等关键作业参数范围。在ADAMS仿真软件中进行了甘蓝自动调向作业运动学仿真分析,并试制自动调向装置进行了验证试验。结果表明:设计的甘蓝采后整修系统自动调向装置采用机械结构实现了甘蓝根部的自动调向;当辊轮直径为80.00mm、辊轮径向间距为53.35mm、辊轮轴向间距为53.35mm、辊轮转速为2.96rad/s时,甘蓝调向成功率为92%,基本满足甘蓝采后整修处理作业需求。

关键词：甘蓝采后整修处理自动调向运动仿真

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