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丫形欠驱动库尔勒香梨采摘机械手的设计与仿真分析

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农机化研究 2023年第1期45卷 110-117页

作者：郭昊生马蓉张垚鑫李子迎石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 郑州轻工业大学艺术设计学院郑州452470

目前,香梨主要依靠人力采摘,多果聚集情况明显,采摘作业强度大、采收期短,又因常见果蔬采摘机械装置自适应能力弱、抓果不稳定,会造成较多损伤,不适合用于多果聚集的香梨采摘。为此,仿照人工采摘动作,基于欠驱动原理设计了一种“丫”形... 详细信息

目前,香梨主要依靠人力采摘,多果聚集情况明显,采摘作业强度大、采收期短,又因常见果蔬采摘机械装置自适应能力弱、抓果不稳定,会造成较多损伤,不适合用于多果聚集的香梨采摘。为此,仿照人工采摘动作,基于欠驱动原理设计了一种“丫”形香梨采摘的机械手,由传动部件、抓取装置和指间差动系统3部分组成,单个电机驱动机械手对果实进行抓取,在辅助装置作用下完成采摘分离动作。同时,对抓取装置模型进行运动学分析,得到单指的运动空间,计算出了远指节抓取平均范围大于55mm,能满足范围内不同形状、尺寸香梨的包络抓取。通过Adams软件对抓取装置进行运动学仿真,结果显示机构运动平稳,结构设计合理。实验室台架试验结果表明:在机械臂辅助操作采摘时,机械手可实现抓取动作,抓取成功率为96%,平均采摘时间约为2.6s,验证了采摘方案可行性和机械结构设计的可靠性。研究结果可为香梨采摘装置关键结构设计提供参考依据。

关键词：香梨采摘欠驱动机械手仿真分析工作空间

多区域协调调度架构下的农机服务资源优化配置方法

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中国农业大学学报 2020年第4期25卷 113-122页

作者：马军岩袁逸萍任年鲁郭宇刘湘新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830049 南京航空航天大学机电学院南京210016

针对多区域互联农机服务资源分配不合理所导致的区域整体经济效益低下的问题,采用数学建模与智能优化算法相结合的仿真方法,对多区互联农机服务资源配置进行研究。结合智慧农业发展现状和多区域互联农机服务调度特点,构建多区域协调调... 详细信息

针对多区域互联农机服务资源分配不合理所导致的区域整体经济效益低下的问题,采用数学建模与智能优化算法相结合的仿真方法,对多区互联农机服务资源配置进行研究。结合智慧农业发展现状和多区域互联农机服务调度特点,构建多区域协调调度架构,获取全局农机服务资源状况;建立价值可变的多背包农机服务调度模型,设计改进模拟退火和粒子群优化的混合智能算法求解调度模型;通过实例分析本研究设计的协调调度方法与传统分散调度方法的区域总效益、订单响应率和农机效用比的差异性以及农田面积对调度方法的影响。仿真结果表明,当订单数量2.调度方法所产生的效果相同;当订单数量≥375时,协调调度方法所得农机效用比高于传统分散调度方法2.74%,当订单数量≥62.时,协调调度方法所得区域总效益和订单响应率比传统分散调度方法分别高10.65%和14.88%。

关键词：智慧农业协调调度模拟退火和粒子群优化混合算法资源优化配置

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螺旋式全混合日粮搅拌机揉切过程分析

江苏大学学报（自然科学版） 2019年第4期40卷 411-417页

作者：马朋勃李景彬薛雲恒温宝琴坎杂石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832000

为探究全混合日粮搅拌机揉切机理,以麦秸秆为研究对象,对秸秆的揉切过程进行周向和轴向两个方向研究分析,将秸秆的揉切过程在空间上按顺时针依次均匀的分为4个区域,采用理论分析和高速摄像试验验证的方式进行分析,明确秸秆在箱体中剪切... 详细信息

为探究全混合日粮搅拌机揉切机理,以麦秸秆为研究对象,对秸秆的揉切过程进行周向和轴向两个方向研究分析,将秸秆的揉切过程在空间上按顺时针依次均匀的分为4个区域,采用理论分析和高速摄像试验验证的方式进行分析,明确秸秆在箱体中剪切、揉搓、混合分布的主要区域,确定各区域物料具体的运动形式.试验结果表明:秸秆在Ⅰ区内存在离心现象,Ⅱ区是切割的主要区域,Ⅲ区是揉搓的主要区域,且在底壳最低点处揉搓作用最强,在Ⅳ区秸秆存在对流混合作用,理论分析与试验结果相吻合.

关键词：秸秆全混合日粮揉切机理搅拌机高速摄像

基于改进红绿色差和Otsu的葡萄果穗图像分割

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中国农机化学报 2023年第1期44卷 172-177页

作者：周文静赵康马晓晓田志芳新疆科技学院信息科学与工程学院新疆库尔勒市841000 石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003

为提高田间复杂环境下传统图像分割法分割葡萄果穗图像准确度低的问题,提出一种基于改进红绿色差和Otsu算法的田间葡萄果穗图像分割方法。选取与人类视觉相近的RGB颜色空间,提取并分析R、G特征图的直方图,经分析对其点乘特征图并进行Ots... 详细信息

为提高田间复杂环境下传统图像分割法分割葡萄果穗图像准确度低的问题,提出一种基于改进红绿色差和Otsu算法的田间葡萄果穗图像分割方法。选取与人类视觉相近的RGB颜色空间,提取并分析R、G特征图的直方图,经分析对其点乘特征图并进行Otsu运算,再经过形态学处理,实现对田间环境下葡萄果穗图像的分割。与灰度图、(R-G)特征图和(R-G)/(R+G)特征图分别采用最大阈值分割法(Otsu)分割的结果进行对比,试验结果表明,红绿色差点乘Otsu分割法的分割结果最优,准确率为92.37%,F_(1)值90.13%。对50幅图像做了测试,其中图像准确率最高为97%,准确率最低为79%,其平均准确率为88.75%。所提出的方法能够实现葡萄果穗较完整的分割,并可为葡萄果穗的识别、定位提供研究基础。

关键词：红绿色差 Otsu 葡萄果穗图像分割特征图

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青贮玉米饲料籽粒破碎装置仿真分析与试验

中国农机化学报 2021年第8期42卷 32-39页

作者：刘海涛张炜马军民滕绍民甘肃农业大学机电工程学院兰州市730070 中机美诺科技股份有限公司北京市100083

籽粒破碎技术是提高青贮玉米饲料品质的关键技术,也是制约青贮玉米饲料机械化装置的瓶颈。采用SW三维建模、离散元法和田间试验相结合的方法,探究全株玉米离散元模型,模拟籽粒破碎作业过程中破碎对辊与玉米秸秆、玉米籽粒相互作业的过程... 详细信息

籽粒破碎技术是提高青贮玉米饲料品质的关键技术,也是制约青贮玉米饲料机械化装置的瓶颈。采用SW三维建模、离散元法和田间试验相结合的方法,探究全株玉米离散元模型,模拟籽粒破碎作业过程中破碎对辊与玉米秸秆、玉米籽粒相互作业的过程;并对破碎对辊进行力学分析,用全株玉米粘结接触模型对对辊间破碎过程进行仿真试验,最后通过田间试验验证仿真结果的真实性。旨在研究青贮玉米籽粒破碎装置中不同工作参数对其运行质量及籽粒破碎率的影响,提高破碎装置的效率,进一步优化其结构。结果表明:在秸秆、玉米芯及籽粒的压缩和剪切试验中,设定加载速度为4 mm/min,对辊间隙为2.mm时,玉米秸秆和玉米芯轴向压缩最大临界破裂载荷均近似为2.60 N,玉米籽粒则近似为48 N,玉米秸秆和玉米芯径向最大临界剪切力分别为62. N和840 N,玉米籽粒则为2. N,破碎率达到最大值96%,仿真结果与试验结果保持一致,表明本文建立的三维离散元模型可应用于仿真青贮玉米籽粒破碎装置工作过程中的破碎情况,试验结果满足玉米籽粒破碎质量要求,为进一步研究籽粒破碎机理,分析籽粒破碎的影响因素提供理论依据和技术支持。

关键词：青贮玉米籽粒破碎装置对辊 EDEM 离散元法

新疆砌块复合墙体和砖墙日光温室的传热数值模拟分析

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新疆农业科学 2022年第2期59卷 493-501页

作者：马月虹李保明李慧霜新疆农业科学院农业机械化研究所乌鲁木齐830091 中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830000

【目的】研究建立新的二维传热模型来模拟和优化日光温室,为日光温室墙体的设计、建设和维护提供科学合理的方法和依据。【方法】采用ansys软件进行温度场和流场模拟,使用UG软件对日光温室造型,将顶部保温被等结构适当简化,计算域分为... 详细信息

【目的】研究建立新的二维传热模型来模拟和优化日光温室,为日光温室墙体的设计、建设和维护提供科学合理的方法和依据。【方法】采用ansys软件进行温度场和流场模拟,使用UG软件对日光温室造型,将顶部保温被等结构适当简化,计算域分为内部与外部空气两部分。运用DO辐射模型和湍流模型模拟,采用CFX-Post计算处理,得到温度云图。【结果】日光温室墙体为内外扰均为周期性非线性条件的二维非稳态热传导,白天14:00时2.墙体温室内超过12.0℃,各墙面间温差较小,对流传热不明显。夜间03:00时,砌块复合墙体日光温室地面上部有高度2.2.m、温度11.2.的高温区。与北墙体表面距离相同的情况下,砌块复合墙体日光温室的温度值高于砖墙温度值,距离墙体表面越远,两日光温室温差逐渐降低,但砌块复合墙体日光温室温度始终高于砖墙日光温室。且随着时间的推移,两日光温室温差逐渐增加,到夜间06:00时,砖墙温度低于室内,没有散热;砌块复合墙体温度仍高于室内,继续散热。后屋面、脊高处是热量散失较多的部位。【结论】砌块复合墙体日光温室的热性能明显好于砖墙日光温室,与实际栽培试验结果相同。

关键词：日光温室传热数值模拟

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胡麻籽粒离散元仿真参数标定与排种试验验证

农业工程学报 2019年第20期35卷 25-33页

作者：石林榕马周泰赵武云杨小平孙步功张建平甘肃农业大学机电工程学院兰州730070 甘肃省农科院作物研究所兰州730070

为借助离散单元法优化胡麻机械化生产装备提供胡麻基本参数,该文对甘肃省普遍种植的定亚2.号、陇亚10号、陇亚13号3种胡麻籽粒通过试验法测定了胡麻籽粒的基本物理参数(3个方向尺寸、质量密度、体积密度、泊松比、千粒重、含水率、弹性... 详细信息

为借助离散单元法优化胡麻机械化生产装备提供胡麻基本参数,该文对甘肃省普遍种植的定亚2.号、陇亚10号、陇亚13号3种胡麻籽粒通过试验法测定了胡麻籽粒的基本物理参数(3个方向尺寸、质量密度、体积密度、泊松比、千粒重、含水率、弹性模量)和接触力学参数(恢复系数、静摩擦系数);通过调整胡麻模型的滚动摩擦系数条件下形成的胡麻堆积角逼近胡麻实际堆积角方法,预测胡麻滚动摩擦系数。结果表明:定亚2.号胡麻滚动摩擦系数为0.0415、陇亚10号为0.042.、陇亚13号为0.042.。探讨了胡麻堆积角形成过程中滚动摩擦系数对胡麻与底板接触数量、胡麻动能和重力势能影响变化规律,结果表明:随着滚动摩擦系数的减少,胡麻与底板的接触数量增加,胡麻种群的转动动能呈先增加后减小的变化趋势;减小胡麻滚动摩擦系数,其转动动能增加。通过设计的异型窝眼轮排种仿真和大田试验可知,胡麻平均穴粒数为9.5粒,标准差为1.5粒;大田试验的平均穴粒数为9粒,标准差为1粒。仿真和试验结果的穴粒数平均值的相对误差为5.2.%,基本满足西北旱区胡麻播种机械设计参数优化需求。

关键词：农业机械离散元标定胡麻验证

基于GADF变换和多尺度CNN的哈密瓜表面农药残留可见-近红外光谱判别方法

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光谱学与光谱分析 2021年第12期41卷 3701-3707页

作者：喻国威马本学陈金成党富民李小占李聪王刚石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832003 新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子832000 农业部食品质量监督检验测试中心(石河子) 新疆石河子832000 新疆农垦科学院分析测试中心新疆石河子832000

针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题,探索了可见-近红外(Vis-NIR)光谱技术对农药残留定性判别的可行性。以哈密瓜为载体,百菌清和吡虫啉农药为研究对象,采集哈密瓜表面无残留、百菌清和吡虫啉残留的可见-近红... 详细信息

针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题,探索了可见-近红外(Vis-NIR)光谱技术对农药残留定性判别的可行性。以哈密瓜为载体,百菌清和吡虫啉农药为研究对象,采集哈密瓜表面无残留、百菌清和吡虫啉残留的可见-近红外漫反射光谱,利用格拉姆角场(GAF)将一维光谱数据转换为二维彩色图像,构建GAF图像数据集。设计一种包含Inception结构的多尺度卷积神经网络模型用于哈密瓜表面农药残留种类判别,包括1层输入层、3层卷积层、1层融合层、1层平坦层、2.全连接层和1层输出层。模型测试混淆矩阵结果表明,格拉姆角差场(GADF)变换对哈密瓜表面农药残留的可见-近红外光谱表达能力较强。此外,构建AlexNet、VGG-16卷积神经网络(CNN)模型和支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)机器学习模型与提出的多尺度CNN模型进行性能对比。结果表明,3种CNN模型对哈密瓜表面有无农药残留的判别效果较好,综合判别准确率均高于SVM和ELM模型。对比3种CNN模型性能,多尺度CNN模型的性能最佳,训练耗时为14 s,综合判别准确率为98.33%。多尺度CNN模型结构利用多种小尺寸滤波器组合(1×1,3×3和5×5)和并行卷积模块,能够捕获不同层次和尺度的特征,通过级联融合模式进行深度特征融合,提高了模型的特征提取能力。与传统深度CNN模型相比,在保证计算复杂度不变的情况下,多尺度CNN模型的精度得到了有效提高。实验结果表明,GADF变换结合多尺度CNN模型可以有效进行光谱数据解析,利用可见-近红外光谱技术可以实现哈密瓜表面农药残留的定性判别。研究结果为大型瓜果表面农药残留的快速无损检测技术的研发提供了理论参考。

关键词：哈密瓜格拉姆角场变换可见-近红外光谱多尺度卷积神经网络农药残留判别

基于帧间路径搜索和E-CNN的红枣定位与缺陷检测

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农业机械学报 2019年第2期50卷 307-314页

作者：曾窕俊吴俊杭马本学汪传建罗秀芝王文霞石河子大学信息科学与技术学院石河子832003 石河子大学机械电气工程学院石河子832003 石河子大学图像处理与光谱分析实验室石河子832003

针对红枣自动分级视频图像中红枣定位、缺陷检测难问题,提出一种基于帧间最短路径搜索的目标定位方法和集成卷积神经网络模型(Ensemble-convolution neural network,E-CNN)。通过建立图像坐标系及图像预处理,获得图像中单个红枣目标的... 详细信息

针对红枣自动分级视频图像中红枣定位、缺陷检测难问题,提出一种基于帧间最短路径搜索的目标定位方法和集成卷积神经网络模型(Ensemble-convolution neural network,E-CNN)。通过建立图像坐标系及图像预处理,获得图像中单个红枣目标的位置坐标,并将其映射至空间坐标系中,结合帧间最短路径判定规则,实现目标位置坐标随视频时间序列更新、传递,并且运用此方法快速、有效地构建数据集。基于"Bagging"集成学习方式,采用E-CNN通过训练集构建基础卷积神经网络树模型,再根据每棵基础树模型输出结果,通过"投票"方式得出模型最终结果。试验结果表明,利用帧间最短路径搜索的目标定位方法,定位准确率达100%。同时,使用E-CNN,模型的识别正确率和召回率分别达到98. 48%和98. 39%,分类精度大于颜色特征分类模型(86. 62.)、纹理特征分类模型(86. 40%)和基础卷积神经网络模型(95. 82.)。E-CNN模型具有较高的识别正确率及较强的鲁棒性,可为其他农产品分选、检测提供参考。

关键词：红枣定位缺陷检测路径搜索卷积神经网络