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Design and test of laser-controlled paddy field levelling-beater

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2020年第1期13卷 57-65,F0002页

作者： Hao Zhou Lian Hu Xiwen Luo Lingmao Tang Pan Du Ting Mao runmao zhao Jing He Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment Ministry of EducationSouth China Agricultural UniversityGuangzhou 510642China

The technology for implementing a precise soil beating after precise soil levelling was proposed to improve the flatness of the paddy field and shorten the cycle time between the soil beating and levelling;in addition,a laser-controlled paddy field levelling-beater was designed according to the working *** the grade and tilt of the levelling scraper and beating mechanism are automatically controlled according to the levelling-beater vertical height and the tractor roll angle,*** designed levelling-beater is capable of precise levelling and beating paddy fields at the same time with an adjustable beating depth.A paddy field test of the levelling-beater was conducted to compare the performance under both manual and automatic control modes,with the roll angles of the tractor and the levelling-beater measured using two attitude and heading reference systems(AHRSs),and the change in grade of the levelling-beater was measured using a global navigation satellite system(GNSS).The test results demonstrate that the operational quality of the levelling-beater is more stable when operating in automatic control mode than when operating in manual control *** specifically,the elevation of the levelling-beater varied±4 cm around the mean elevation and roll angle varied within the range of±0.5°when operating in automatic control ***,when operating in manual control mode,the elevation and roll angle were greater than±11 cm and±2.5°,*** test results also demonstrate that the laser-controlled paddy field levelling-beater significantly improves the paddy field flatness,and enables it to operate at a stable depth to realise an even levelling and beating *** specifically,the maximum variation of elevation was reduced from 26.4 cm before the levelling and beating operation to 11.5 cm after the *** addition,the standard deviation of the elevation was reduced from 4.13 cm to 2.18 cm after the *** total number of fla

关键词： laser control levelling beating paddy field flatness

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在线实时混药喷雾系统设计与试验

农业机械学报 2016年第S1期47卷 176-181页

作者：袁琦堡胡炼罗锡文张盟周浩赵润茂华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋... 详细信息

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋蜂孔板式混药器,蜂孔板有左旋和右旋两种,且交替安装。设计了一种碟形混药箱,由混药器流出的水药混合液在混药箱中进一步混合。系统使用精量柱塞泵供药,将药液直接注入喷雾系统;采用基于STM32嵌入式控制器实时检测到的水箱和混药箱的液位信息,通过电磁开关阀控制水的流量;水和药在螺旋蜂孔板式混药器中混合,切向流入碟形混药箱,最终由喷雾泵抽取进行喷施。为实现精准控制,对水箱出口的流量计和底部的压力计进行标定,得到水箱水位和压力计输出电压的关系模型及压力传感器输出电压和流量计之间的变化关系,并对水流量的控制精度进行了试验;对精量柱塞泵的转速与控制信号的脉冲频率以及转速和流量进行了标定,得到了转速与控制信号脉冲频率的变化关系,并对精量柱塞泵的供药精度进行了试验。在精量柱塞泵的工作流量范围内,采用同时对水和药分别进行测量的方法对混药比进行了试验,得到了混药比误差变化曲线。采用毒死蜱作为试验药液,对在线混药系统进行了混药试验,采用岛津液相色谱仪对采样点进行了浓度检测,得到各采样点实际浓度值,并与人工充分混药效果进行了对比。试验表明:混药比为150∶1~1 000∶1时,混药比误差最大为6.75%;水流量平均误差为1.35%,最大误差为7.15%;农药流量平均误差为2%,最大误差为3%;在毒死蜱混药试验中,药水混合液浓度平均误差为11.7%。

关键词：植保机械喷雾混药在线

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旋耕机自动调平系统设计与试验

农业机械学报 2016年第S1期47卷 117-123页

作者：周浩胡炼罗锡文赵润茂许奕杨伟伟华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

由于农田田面坑洼不平,拖拉机在田间工作过程中左右轮不在同一水平面上行走,导致通过拖拉机三点悬挂机构挂接的旋耕机随着拖拉机的倾斜而倾斜。旋耕机倾斜作业不仅破坏农田硬底层,还影响旋耕机的耕后平整度和耕深等旋耕性能指标,导致旋... 详细信息

由于农田田面坑洼不平,拖拉机在田间工作过程中左右轮不在同一水平面上行走,导致通过拖拉机三点悬挂机构挂接的旋耕机随着拖拉机的倾斜而倾斜。旋耕机倾斜作业不仅破坏农田硬底层,还影响旋耕机的耕后平整度和耕深等旋耕性能指标,导致旋耕作业效果差、作业效率低。设计了一种旋耕机自动调平系统,由旋耕机构、调平支撑架、液压系统和自动调平控制系统组成。调平支撑架前端与拖拉机三点悬挂机构连接;旋耕机构通过销轴悬挂于调平支撑架后下方;调平油缸一端与调平支撑架侧边铰接,另一端与旋耕机构铰接,通过调平油缸的伸缩实现旋耕机构相对于调平支撑架的左右上下摆动。自动调平控制系统根据拖拉机横滚角度控制电磁换向阀驱动调平油缸伸缩调节旋耕与调平支撑架的相对角度,即旋耕机构与拖拉机的相对角度,通过直线位移传感器测量调平油缸的伸长量,利用旋耕机与调平支撑架的几何关系实现旋耕机构的自动调平闭环控制,使旋耕机始终保持期望的角度进行旋耕作业。对自动调平旋耕机和无调平功能旋耕机在有垄菜田进行了试验,利用水准仪采集试验前后田块地表平整度数据,2台姿态传感器分别采集拖拉机倾角和旋耕机倾角信息,分析了2种旋耕机作业后的平整度和耕深两旋耕性能指标,以及旋耕机自动调平控制系统的性能,结果表明:自动调平旋耕机相对于无调平功能旋耕机耕后地表横向平整度显著提高,前者耕后垄面横向最大高差为1.9 cm,后者达9.8 cm;自动调平旋耕机横向耕深稳定,耕深横向最大高差为1.8 cm,而无调平功能旋耕机耕深横向最大高差达9.7 cm。

关键词：旋耕机自动调平耕深平整度

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基于ARMA的插秧机田间行驶姿态预测

农业机械学报 2016年第S1期47卷 8-12页

作者：赵润茂胡炼罗锡文周浩袁琦堡张盟华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

为减小水田不平度对农业机械精准作业品质的影响,进一步提高农机装备工作效率,从系统控制角度出发,提出将预测算法应用于农机具的姿态补偿控制。在分析自回归滑动平均模型(Auto-regressive and moving average,ARMA)建模原理和适用性的... 详细信息

为减小水田不平度对农业机械精准作业品质的影响,进一步提高农机装备工作效率,从系统控制角度出发,提出将预测算法应用于农机具的姿态补偿控制。在分析自回归滑动平均模型(Auto-regressive and moving average,ARMA)建模原理和适用性的基础上,对车载GPS/INS组合导航系统采集的插秧机田间行走侧倾角序列进行ARMA建模及提前预测,单次预测时长为1 s和2 s,预测总时长为30 s;对GPS/INS组合导航系统所采集的原始值以2 Hz、5 Hz和10 Hz 3种频率输出,以比较不同频率的数据建模对姿态预测精度的影响。结果表明:ARMA模型可有效预测插秧机未来1~2 s内的姿态变化趋势;对于同一频率的样本,提前2 s预测精度均低于提前1 s预测精度,但差异不明显;以3种频率数据分别作样本时5 Hz样本预测效果最好,其提前1 s预测均方根误差和误差标准差分别为0.656 7°、0.656 5°,提前2 s预测均方根误差和误差标准差分别为0.671 2°、0.676 9°。

关键词：插秧机姿态预测侧倾角 ARMA

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基于时序的水田平地机俯仰角预测建模与试验

农业工程学报 2018年第11期34卷 34-39页

作者：赵润茂胡炼罗锡文唐灵茂周浩杜攀贺静华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

水田硬底层高低不平引起拖拉机姿态变化,反馈控制系统的偏差信号始终滞后于实际运动姿态一个控制周期,影响平地铲的即时控制,若采用预测控制可根据预测信息提前施加控制量从而改善系统动态响应,其中预测模型是预测控制律设计的基础和关... 详细信息

水田硬底层高低不平引起拖拉机姿态变化,反馈控制系统的偏差信号始终滞后于实际运动姿态一个控制周期,影响平地铲的即时控制,若采用预测控制可根据预测信息提前施加控制量从而改善系统动态响应,其中预测模型是预测控制律设计的基础和关键。为实现水田平地机平地铲高程预测控制,该文提出了一种水田平地机俯仰角预测模型在线辨识及其参数估计方法。通过对平地机俯仰角传感数据预处理、结构识别和残差诊断,设计了ARMA(18,17)作为平地机俯仰角预测模型,采用遗忘因子递推最小二乘算法(forgetting factor recursive least square,FFRLS)对模型参数进行在线估计并实时更新。利用姿态航向参考系统(attitude and heading reference system,AHRS)采集不同地况下平地机俯仰角数据同步在线建模,并将模型输出与AHRS实测值比较,结果表明:ARMA(18,17)模型输出结果与AHRS实测值变化趋势一致,最大绝对误差与均方根误差均不超过0.2?,验证了ARMA(18,17)作为平地机俯仰角预测模型和FFRLS在线辨识方法的有效性,为后续水田平地机平地铲预测控制律设计提供了理论参考。

关键词：农业机械模型控制水田平地机参数估计 ARMA FFRLS

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螺纹管吸附式名优茶采收器设计与试验

农业机械学报 2023年第5期54卷 131-139页

作者：陈建能李杭任萍贾江鸣赵润茂武传宇浙江理工大学机械工程学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 浙江省余姚市农业机械化技术推广中心余姚315402

针对名优茶选择性采摘时,因茶叶附壁导致收集成功率低的问题,根据一芽二叶的物理参数设计了一种螺纹管吸附式茶叶采收器。通过预试验得到了影响茶叶收集成功率的因素:负压、螺纹线数和螺纹导程的参数范围;采用Fluent仿真和Box-Behnken... 详细信息

针对名优茶选择性采摘时,因茶叶附壁导致收集成功率低的问题,根据一芽二叶的物理参数设计了一种螺纹管吸附式茶叶采收器。通过预试验得到了影响茶叶收集成功率的因素:负压、螺纹线数和螺纹导程的参数范围;采用Fluent仿真和Box-Behnken响应面分析法,研究各因素对茶叶收集成功率的影响。试验结果表明:3个因素改变管内近壁面处的空气切向速度;各因素对收集成功率的影响显著性主次排序为:负压、螺纹导程、螺纹线数;以茶叶收集成功率为优化目标对各参数进行优化并对优化后的参数取整,得到参数为:负压H=120 Pa、螺纹线数N=9、螺纹导程S=95 mm。以优化后的参数进行吸附式收集试验,结果表明收集成功率为98%,即优化后收集成功率相较于优化前提高26个百分点,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。

关键词：名优茶采收器螺纹管吸附式

分体刀具式名优茶采摘末端执行器设计与试验优化

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农业机械学报 2024年第1期55卷 39-46,195页

作者：陈建能李杭刘林敏贾江鸣赵润茂武传宇浙江理工大学机械工程学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 浙江省松阳县农业农村局松阳323400

针对名优茶机械化采摘过程中侧芽无法采摘的问题,根据顶芽、侧芽及茶梗的相关参数并结合茶园环境设计了一种末端执行器,利用分体式刀具的刀齿弯曲变形适应茶梗的干扰从而采摘侧芽。通过有限元仿真刀具切割侧芽得到采摘成功率的影响因素... 详细信息

针对名优茶机械化采摘过程中侧芽无法采摘的问题,根据顶芽、侧芽及茶梗的相关参数并结合茶园环境设计了一种末端执行器,利用分体式刀具的刀齿弯曲变形适应茶梗的干扰从而采摘侧芽。通过有限元仿真刀具切割侧芽得到采摘成功率的影响因素为刀齿宽度、刀齿长度及刀具厚度;采用三因素三水平的中心组合设计与响应面分析法研究各因素对采摘成功率的交互影响;以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,确定各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为:刀齿长度、刀齿宽度、刀具厚度。以采摘成功率为目标对各试验因素进行优化,得到优化后的刀齿宽度、刀具厚度、刀齿长度分别为2.6、0.9、20.0 mm。采用优化后的参数进行茶园采摘试验,结果表明,末端执行器能够有效完成茶叶采摘工作,顶芽、侧芽采摘成功率分别为93%、63%,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。

关键词：名优茶采茶机器人末端执行器分体式刀具侧芽

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激光控制水田打浆平地机设计与试验

华南农业大学学报 2019年第5期40卷 23-27页

作者：周浩胡炼罗锡文唐灵茂杜攀赵润茂华南农业大学工程学院/南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室

[目的]满足水稻种植对田面平整度的要求,减少拖拉机进田次数,提高打浆平地质量和效果,实现一次进田完成水田打浆和平地作业。[方法]采用先打浆后平地原理,设计了激光控制水田打浆平地机、打浆机与平地铲自动调平机构、平地铲高程自动调... 详细信息

[目的]满足水稻种植对田面平整度的要求,减少拖拉机进田次数,提高打浆平地质量和效果,实现一次进田完成水田打浆和平地作业。[方法]采用先打浆后平地原理,设计了激光控制水田打浆平地机、打浆机与平地铲自动调平机构、平地铲高程自动调节机构和通过集成带自动调平的激光平地控制系统,并进行田间试验;利用 2 台姿态航向参考系统分别测量拖拉机车身和打浆平地机的横滚角,采用水准测量试验田块作业前后的田面平整度。[结果]拖拉机横滚角在±4.5°内变化,打浆平地机的横滚角始终保持在±1°内,表明调平自动控制系统明显提高了水田打浆平地机构水平稳定性;打浆平地作业后田面最大高差从作业前的 17.7 cm 降低到 6.7 cm,标准偏差值从作业前的 4.08 cm 下降到 1.75 cm,绝对差值不大于 3 cm 的平整度采样点占比由作业前的 62%提高到 82%以上。[结论]激光控制水田打浆平地机打浆平地作业后可显著改善田面平整情况。

关键词：激光控制打浆平地机水田平整度

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荔枝收获切割器果梗锯切功耗影响因素试验

农业工程学报 2016年第9期32卷 16-21页

作者：赵润茂王红军唐之富张炳超邹湘军叶敏华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为合理设计荔枝收获装备切割部件,获得理想荔枝果、树分离效果,在确定以回转锯切为切割方式的基础上,搭建果梗锯切功耗测定平台并进行荔枝果梗锯切试验。研究了锯齿前面斜磨角、锯片齿数、进锯速度、锯切转速对果梗锯切实时功耗的影响;... 详细信息

为合理设计荔枝收获装备切割部件,获得理想荔枝果、树分离效果,在确定以回转锯切为切割方式的基础上,搭建果梗锯切功耗测定平台并进行荔枝果梗锯切试验。研究了锯齿前面斜磨角、锯片齿数、进锯速度、锯切转速对果梗锯切实时功耗的影响;以单因素试验结果为依据,选定三因素三水平进行正交试验,得到各因素对锯切实时功耗峰值影响的主次顺序为锯切转速、进锯速度、齿前面斜磨角、锯片齿数;同时得到在给定因素水平下的最佳组合是采用25°齿前面斜磨锯片、进锯速度为60 mm/min、锯切转速为550 r/min,此时电机瞬时功耗峰值最小为0.488 J。该研究为荔枝机械化收获装备切割部件的设计提供了参考。

关键词：机械化切割试验荔枝收获切割器果梗锯切影响因素