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制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

农业机械学报 2024年第4期55卷 91-100页

作者：陈俊志史瑞杰戴飞赵武云赵一鸣辛尚龙甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合... 详细信息

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验。理论分析结果表明:玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合:压送器与剥皮辊间距为32 mm、剥皮辊转速为430 r/min、剥皮辊间隙为-0.3 mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33%,籽粒脱落率为1.802%,籽粒破损率为1.203%,机具田间试验与台架试验结果误差小于3%。试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考。

关键词：制种玉米剥皮机构 DEM-MBD联合仿真柔性模型互作过程

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自走式制种玉米联合收获机设计与试验

农业机械学报 2024年第5期55卷 121-134页

作者：赵一鸣戴飞史瑞杰陈俊志辛尚龙赵武云张锋伟甘肃农业大学机电工程学院兰州730070

大田玉米收获机收获制种玉米时容易产生伤穗落籽、杂物堵塞等现象,本文针对适收期制种玉米生物特性,设计了一种大型制种玉米联合收获机,采用小行距对行柔性板式摘穗割台和可替换组合式剥皮装置,确保低损摘穗、输送、剥皮作业,降低籽粒... 详细信息

大田玉米收获机收获制种玉米时容易产生伤穗落籽、杂物堵塞等现象,本文针对适收期制种玉米生物特性,设计了一种大型制种玉米联合收获机,采用小行距对行柔性板式摘穗割台和可替换组合式剥皮装置,确保低损摘穗、输送、剥皮作业,降低籽粒损失与损伤;其中割台上方配备钢质覆胶弧形摘穗板,“橡胶+钢质”夹持输送链和六棱低速拉茎辊,可替换组合式剥皮装置采用柔性破皮+揉搓+降速组合形式。通过Plackett-Burman试验设计筛选提取影响机具指标的主要因素,采用Box-Behnken试验设计原理,以机具前进速度、拉茎辊转速和剥皮辊转速为试验因素,以总损失率与含杂率为性能指标,通过田间试验对机具进行检验,优化得出机具最佳作业参数。试验结果表明,优化后,当机具前进速度为4.87 km/h、拉茎辊转速为877.27 r/min、剥皮辊转速为442.52 r/min时,果穗总损失率为1.61%,含杂率为0.55%。田间试验结果表明,当收获机前进速度为4.9 km/h、拉茎辊转速为880 r/min、剥皮辊转速为450 r/min时,果穗总损失率为1.64%,含杂率为0.57%,满足制种玉米机械化联合收获的作业要求,可为制种玉米联合收获机设计与试验提供参考。

关键词：制种玉米联合收获机自走式低损柔性摘穗

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COMSOL谷物水分检测棒体仿真与优化

武汉轻工大学学报 2024年第3期43卷 112-119页

作者：杜章辉刘珏张永林武汉轻工大学电气与工程学院武汉430023 武汉轻工大学机械工程学院武汉430048

为提升水稻含水率在线检测的精度,本文提出了一种适用于谷物仓或干燥仓的阵列棒式电容传感器结构及其水分检测方法。使用COMSOL Multiphysics 6.1软件对平行电极棒式电容器进行了静电场模拟仿真,通过调整其物理参数探究电极棒长度、半... 详细信息

为提升水稻含水率在线检测的精度,本文提出了一种适用于谷物仓或干燥仓的阵列棒式电容传感器结构及其水分检测方法。使用COMSOL Multiphysics 6.1软件对平行电极棒式电容器进行了静电场模拟仿真,通过调整其物理参数探究电极棒长度、半径、轴间距与电场边缘效应的变化关系。以电容器灵敏度作为试验指标,使用Design-Expert 13.0软件对平行电极棒电容器的长度、半径、轴间距进行三因素三水平Box-Behnken响应面试验设计,通过方差分析和响应曲面分析得到最优的电极棒结构尺寸参数,最后将其扩展为电极阵列。研究表明:在满足装置机械设计要求情况下,电极棒长度63.4806 mm,电极棒半径1.44934 mm,电极棒的轴间距14.7305 mm的平行电极棒式电容器受边缘效应影响程度最低,是本研究水稻含水率在线检测装置的最优电极棒的结构参数。

关键词：含水率仿真分析电容传感器结构优化谷物

油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机设计与试验

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农业机械学报 2023年第8期54卷 42-52,109页

作者：康艳廖庆喜廖宜涛韩静轩程昊张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学和动力学分析,利用Matlab软件确定了液压缸结构参数以及承受的最大负载,基于拖拉机液压油路设计了液压折叠控制系统;根据开畦沟深度、宽度、耕深、覆土均匀性等作业要求,确定了刀轴转速为360~480 r/min,开沟刀、浅旋刀辊旋转半径分别为320、175 mm,开沟刀盘开沟刀数量为8;分析了分土导流板结构参数的取值范围,应用EDEM软件开展了分土导流板不同结构参数组合下的覆土均匀性正交试验,建立了覆土均匀性与分土导流板安装距离、导流板长度和分土板角度的回归数学模型,试验结果表明,当分土导流板安装距离为200 mm、导向板长度为600 mm、分土板角度为60°时,覆土均匀性可达93.33%。田间试验结果表明,当机组前进速度为3.6 km/h、畦沟深度为150 mm、刀轴转速为480 r/min时,油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机作业后种床碎土率为91.62%,秸秆埋覆率为90.72%,厢面平整度为13.17 mm,成苗率为73.89%,整机作业效果满足油菜直播作业要求。该研究为设计油菜宽幅高效播种机提供新途径。

关键词：油菜直播机宽幅折叠式浅旋分土导流

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基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

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农业机械学报 2023年第5期54卷 396-406页

作者：张俊江冯港辉徐立友王伟闫祥海刘孟楠河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 中国一拖集团有限公司洛阳471004

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原... 详细信息

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略,基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明:与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比,所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态,使柴油机、电机工作在高效率区,有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下,等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下,等效燃油消耗量降低11.20%。

关键词：混合动力拖拉机庞特里亚金极小值原理节能控制等效油耗

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基于鱼体特征点检测的淡水鱼种类识别

农业工程学报 2023年第11期39卷 155-164页

作者：朱明李梦珂万鹏肖畅宇赵竣威华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部水产养殖设施工程重点实验室武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室广州510630

针对传统机器视觉技术对淡水鱼种类进行检测时特征提取过程复杂的问题,该研究提出了基于特征点检测的淡水鱼种类识别方法。以鳊、鳙、草鱼、鲢、鲤5种大宗淡水鱼为对象,构建了淡水鱼特征点检测数据集;以AlexNet模型为基础,通过减小卷积... 详细信息

针对传统机器视觉技术对淡水鱼种类进行检测时特征提取过程复杂的问题,该研究提出了基于特征点检测的淡水鱼种类识别方法。以鳊、鳙、草鱼、鲢、鲤5种大宗淡水鱼为对象,构建了淡水鱼特征点检测数据集;以AlexNet模型为基础,通过减小卷积核尺寸、去除局部响应归一化、引入批量归一化、更换损失函数,构建了改进AlexNet模型用于特征点检测;并以特征点为依据提取特征值、构造特征向量,使用Fisher判别分析方法实现了淡水鱼的种类识别。试验结果表明:改进AlexNet模型在测试集上的归一化平均误差的均值为0.0099,阈值δ为0.02和0.03时的失败率F0.02、F0.03分别为2.50%和0.83%,具有较好的精准度和误差分布情况;基于该模型和Fisher判别分析的淡水鱼种类识别方法对5种淡水鱼的识别准确率为98.0%,单幅图像的平均识别时间为0.368 s,保证了时效性。由此可知,提出的改进AlexNet模型能实现淡水鱼的特征点检测并具有较高的精度,可为淡水鱼种类识别、尺寸检测、鱼体分割等提供条件,该方法可为淡水鱼自动化分类装置的研发奠定基础。

关键词：鱼图像识别深度学习特征点检测种类识别 Fisher判别分析

基于机器视觉的鲐鱼鱼体定向排列输送装置设计与试验

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农业工程学报 2023年第14期39卷 271-282页

作者：万鹏黄毓毅汪荣李梦珂肖畅宇吴文锦华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室广州510630 农业农村部水产养殖设施工程重点实验室武汉430070 湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所武汉430070

针对传统鱼体头尾及腹背定向输送由人工操作完成,劳动强度大、生产效率低等问题,该研究探索了利用机器视觉技术结合输送装置实现鱼体头尾及腹背定向排列输送的方法。该研究以鲐鱼(Scomber japonicus)为研究对象,在对鱼体形态特征及物理... 详细信息

针对传统鱼体头尾及腹背定向输送由人工操作完成,劳动强度大、生产效率低等问题,该研究探索了利用机器视觉技术结合输送装置实现鱼体头尾及腹背定向排列输送的方法。该研究以鲐鱼(Scomber japonicus)为研究对象,在对鱼体形态特征及物理特性检测的基础上,设计了由鱼体提升装置、鱼体分离输送装置、鱼体头尾及腹背定向输送装置、鱼体返回输送装置、定向控制系统等部件组成的鲐鱼鱼体定向排列输送装置;构建YOLOv5s目标检测模型对鲐鱼的头尾朝向和腹背朝向进行识别,并根据识别结果控制鱼体定向排列输送完成鲐鱼的头尾和腹背定向作业,检测模型在测试集上的精确率为99.76%,召回率为99.59%,平均检测精度值为99.5%;试制了鱼体定向排列输送装置样机,以单条鱼体提升成功率为评价指标,对不同输送速度下鱼体提升装置的输送效果进行试验;同时以鱼体的头尾定向成功率和腹背定向成功率作为评价指标,以鱼体提升装置输送速度、鱼体分离输送装置输送速度、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为试验因素,对鱼体定向排列输送装置的定向输送效果进行试验。试验结果表明:鱼体提升装置在不同输送速度下,都能有效实现鱼体单条分离并向上提升,且不存在鱼体重叠向上输送的情况;当鱼体提升装置输送速度为0.05 m/s、鱼体分离输送装置输送速度为0.45 m/s、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为0.60 m/s时,鲐鱼鱼体的头尾定向成功率平均为97.2%,腹背定向成功率平均为95.6%,鱼体定向输送速度可达15条/min。研究结果可为其他淡水鱼鱼体定向排列输送装置的研制提供参考。

关键词：机器视觉目标检测鲐鱼头尾定向腹背定向 YOLOv5s

基于履带底盘的宽幅可折叠油菜割晒机设计与试验

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：李运通万星宇廖庆喜刘银垒张青松廖宜涛华中农业大学工学院农业农村部长江中下游农业装备重点实验室

针对油菜机械化分段收获效率有待提升、专用底盘利用率不高，结合我国联合收割机履带式动力底盘保有量大的优势，设计一款基于履带底盘的宽幅可折叠油菜割晒机。采用模块化设计方法，开展油菜割晒机的整体设计。提出“先旋转-再收缩”... 详细信息

针对油菜机械化分段收获效率有待提升、专用底盘利用率不高，结合我国联合收割机履带式动力底盘保有量大的优势，设计一款基于履带底盘的宽幅可折叠油菜割晒机。采用模块化设计方法，开展油菜割晒机的整体设计。提出“先旋转-再收缩”的宽幅割台折叠方案，实现宽幅可折叠割台与常规收割机底盘配套。基于动力学与运动学分析得到割台折叠位置参数与折叠液压缸负载间关系，确定割台旋转点为割台架上边框距离内侧950mm处，收缩行程为700mm。分析确定了拨禾轮、割刀、输送装置的结构与工作参数。阐明了割台架与液压折叠悬挂架的载荷和约束，开展了割台展开、折叠状态的静力学分析和拓扑优化结构设计，以应力应变最小为优化目标，经对比评估采用割台架和悬挂架初始模型材料去除率分别为85%、80%的工程化方案，试制样机并开展了田间试验。田间试验结果表明：割晒机割台折叠顺畅、运行平稳，割晒后油菜平均铺放角为24.4°，铺放角度差为8.52°，各项指标均满足割晒机田间转移要求和作业质量标准。该研究可为收获机具折叠割台的结构设计优化提供参考。

关键词：农业机械化工程油菜割晒机宽幅可折叠拓扑优化模块化设计

基于深度学习的淡水鱼分类与分级方法研究及装置设计

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基于深度学习的淡水鱼分类与分级方法研究及装置设计

作者：李梦珂华中农业大学

学位级别：硕士

淡水鱼的分类和分级作业在淡水鱼前处理加工中起十分重要的基础作用,针对目前国内淡水鱼分类和分级设备较为缺乏的问题,本文以鳊、鳙、草鱼、白鲢、鲤为研究对象,研究了基于深度学习的淡水鱼种类识别与分级检测方法,设计并搭建了淡水鱼... 详细信息

淡水鱼的分类和分级作业在淡水鱼前处理加工中起十分重要的基础作用,针对目前国内淡水鱼分类和分级设备较为缺乏的问题,本文以鳊、鳙、草鱼、白鲢、鲤为研究对象,研究了基于深度学习的淡水鱼种类识别与分级检测方法,设计并搭建了淡水鱼分类与分级装置,并开展了试验。本文主要研究内容与结论如下:(1)开展了淡水鱼特征点检测方法研究。采集5种淡水鱼的图像制作淡水鱼特征点检测数据集,以Alex Net模型为基础,构建改进Alex Net特征点检测模型。模型消融试验表明,本研究提出的改进方案有利于减小模型大小、提升训练效率;改进Alex Net模型在测试集上归一化平均误差的均值为0.0099,归一化平均误差阈值取0.02和0.03时的失败率分别为2.50%和0.83%;且改进Alex Net模型对5种淡水鱼归一化平均误差的均值均不高于0.0114,具有较好的通用性。(2)开展了基于特征点的淡水鱼种类识别与分级检测方法研究。以归一化的特征点间距作为特征值构造种类识别特征向量,使用Fisher判别分析降维后利用最小距离法判断种类。开展淡水鱼种类识别试验,5种淡水鱼的平均识别准确率达98.0%,单幅图像的平均识别时间为0.368s,保证了准确性和时效性。提取鱼体9个部分的尺寸信息构建分级检测特征向量,使用主成分分析降维并提取主成分,以主成分为综合参数构建5种淡水鱼鱼体质量的回归模型并构建基于鱼体质量的淡水鱼分级检测模型,验证试验表明,5种淡水鱼分级检测准确率为95.0%。(3)开展了基于深度学习的淡水鱼分类与分级装置,并搭建了样机开展试验。本装置主要由鱼体输送装置、鱼体图像采集装置、鱼体分拨机构和装置控制系统等组成,能够实现待测鱼体的单条输送、图像采集、鱼体分拨的功能。装置的控制系统包括控制器、光电传感器、分拨机构驱动舵机等硬件的选型,以及图像处理软件和控制程序的编写,控制系统可实现待测鱼体图像的检测与结果的显示以及分拨机构运动的控制。搭建基于深度学习的淡水鱼分类与分级装置样机并开展试验。以草鱼、白鲢、鲤为试验材料,以准确率为评价指标,结果表明:分类和分级试验准确率分别为96.7%和94.4%,装置能满足对淡水鱼进行分类和分级的基本要求。

关键词：淡水鱼分类与分级方法深度学习装置设计