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驱控一体的旋拧式果实采摘执行器设计与试验

农机化研究 2025年第3期47卷 48-55页

作者：严童杰冯青春郭鑫杨宁江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212000 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097

针对果园智能化采收作业需要,设计了支持总线扩展的驱控一体旋拧采摘末端执行器,旨在为多臂并行采摘机器人研发提供支撑。在对标准苹果树果实物理形态统计分析基础上,结合人工采摘方法,提出了“吸附-夹持-旋拧”的采摘机械操作方法,并... 详细信息

针对果园智能化采收作业需要,设计了支持总线扩展的驱控一体旋拧采摘末端执行器,旨在为多臂并行采摘机器人研发提供支撑。在对标准苹果树果实物理形态统计分析基础上,结合人工采摘方法,提出了“吸附-夹持-旋拧”的采摘机械操作方法,并设计了基于双舵机驱动的紧凑型采摘执行机构,对其吸盘、夹持和旋拧电机的关键参数进行了优化设计。面向多执行并行采摘需要,设计了基于CANopen通讯的采摘操作驱动器,实现了多执行器的总线扩展。通过现场试验对执行器作业性能进行了测试,结果表明:果实大小在60~100 mm之间,采摘成功率可达到90%,吸盘最优停留时间为1.00 s,吸盘最优接近距离为1.0 mm,最优旋拧角度为360°。

关键词：采摘机器人驱控一体旋拧采摘 CANopen

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基于ROS的蔬菜移栽机器人控制系统设计

农机化研究 2025年第2期47卷 54-60页

作者：马文强冯青春李亚军茹孟菲赵春江西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌712000 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度... 详细信息

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

关键词：蔬菜移栽机器人控制系统 ROS 伺服控制

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基于DQN的智能农机路径跟踪控制研究

农机化研究 2025年第3期47卷 28-34页

作者：杨琰张瑞瑞张林焕陈立平伊铜川吴明齐岳晓龙江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 农芯(南京)智慧农业研究院有限公司南京211800

针对复杂路面条件下无人化农业作业车辆路径跟踪控制精度低、控制器参数整定困难的问题,设计了一种基于深度强化学习的路径跟踪控制算法。基于五层BP神经网络构建了DQN(Deep Q-Network)路径跟踪控制器,实现了网络的轻量化和高度的可移... 详细信息

针对复杂路面条件下无人化农业作业车辆路径跟踪控制精度低、控制器参数整定困难的问题,设计了一种基于深度强化学习的路径跟踪控制算法。基于五层BP神经网络构建了DQN(Deep Q-Network)路径跟踪控制器,实现了网络的轻量化和高度的可移植性。控制器网络的输入状态在采用车辆当前舵角、车辆与目标路径上控制点间横向距离偏差的基础上,引入车辆前方设定距离内的平均路径曲率,实现了车辆转向性能的提高。分别开展了仿真和田间试验,验证了所设计深度强化学习网络算法的收敛性,并对比了有路径曲率输入和无路径曲率输入两种网络的路径跟踪控制性能。仿真试验中,基于正弦曲线对两种路径跟踪控制方法进行训练,两种路径跟踪控制网络收敛后的平均跟踪距离误差为0.008 4、0.017 7 m。在间隔6 m的U型路径上进行田间测试试验,结果显示:有路径曲率输入的模型性能显著优于无路径曲率输入的模型,两种路径跟踪控制方法在路径上平均跟踪距离误差为0.038 9、0.068 4 m。验证了该路径跟踪控制方法有效性,可满足农业作业车辆路径跟踪控制需求。

关键词：路径跟踪深度强化学习 DQN 路径曲率智能农机

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固体颗粒撒施无人机槽轮结构优化设计与试验

农机化研究 2025年第3期47卷 146-155页

作者：韩玉宝姬江涛张瑞瑞张林焕贺智涛陈立平伊铜川吴明齐高亮亮河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 农芯(南京)智慧农业研究院有限公司南京211800

针对现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性强,难以满足无人机稳定变量施肥作业需求的问题,开展了排肥器关键部件参数的优化设计与研究,设计了9种不同凹槽形状和螺旋升角的排肥槽轮。同时,采用离散元方法仿真测试了各槽轮在低转速下排量... 详细信息

针对现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性强,难以满足无人机稳定变量施肥作业需求的问题,开展了排肥器关键部件参数的优化设计与研究,设计了9种不同凹槽形状和螺旋升角的排肥槽轮。同时,采用离散元方法仿真测试了各槽轮在低转速下排量范围和排肥时的稳定性,并开展了因素之间的交互作用判别试验和正交试验。试验结果显示:槽轮截面形状与螺旋升角之间存在交互作用,槽轮转速和螺旋升角对排肥脉动幅度的影响显著。最终,确定最佳槽轮结构参数组合:槽轮凹槽形状为偏心槽型,螺旋升角为60°。室内台架试验结果表明:槽轮转速和施肥速率具有较高的线性度,槽轮的截面形状和槽轮螺旋升角对不同转速下的排肥速率的影响均显著,相比台架试验和仿真试验测量的平均施肥速率,平均相对偏差为5.32%;在优化参数下,不同转速槽轮的排肥速率变异系数均小于1.20%,满足了无人机施肥的要求。

关键词：无人机追肥排肥器槽轮参数优化设计

3WSH-500型喷雾机喷杆高度调控系统设计与试验

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农机化研究 2025年第3期47卷 121-129页

作者：吴建国杨硕李成前翟长远新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830000 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

针对地面起伏造成喷雾机喷杆高度波动的问题,以永佳3WSH-500型喷雾机为试验平台,电动推杆为喷杆高度调节驱动部件,采用滞环控制原理,设计了基于超声探测的喷杆高度调控系统。首先,对3种路面(水泥地路面、田间未耕路面和田间翻耕路面)下... 详细信息

针对地面起伏造成喷雾机喷杆高度波动的问题,以永佳3WSH-500型喷雾机为试验平台,电动推杆为喷杆高度调节驱动部件,采用滞环控制原理,设计了基于超声探测的喷杆高度调控系统。首先,对3种路面(水泥地路面、田间未耕路面和田间翻耕路面)下超声波传感器反馈电流信号与喷杆高度的探测曲线进行标定试验,获得3种路面喷杆高度监测曲线。其次,开展喷杆高度调节静态试验,通过改变喷杆高度,获得了静态调节下喷杆高度调节响应曲线,确定静态最优滞环值为10 mm。开展了3种路面下不同车速对喷杆高度调节的性能试验及性能对照试验,根据喷杆高度趋于稳态时的振颤范围,确定动态最优滞环值为50 mm,喷杆高度设定为1 000 mm,车速为2.5、5.0、6.0、8.0 km/h。试验结果表明:车速对系统喷杆高度的调控性能影响较小,而地面起伏对系统喷杆高度调控稳定性具有显著影响,以动态性能对照试验作为对照组,田间未耕地路面的控制合格率由83%~95%提升至93%~97%,在地形波动较大的田间翻耕路面,喷杆高度控制合格率由2%~16%提升至72%~87%。该研究可为喷杆高度调控性能提升提供技术参考。

关键词：喷杆喷雾机喷杆高度调控地面起伏超声探测

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Mn基低温脱硝催化剂性能优化研究进展

工程科学学报 2025年第1期47卷 142-157页

作者：许芸邬博宇庄柯张乾徐静馨张深根朱法华张柏林国家能源集团科学技术研究院有限公司低碳智能燃煤发电与超净排放全国重点实验室南京210023 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

氮氧化物(NO_(x))是我国首要大气污染物,主要采用选择性催化还原(SCR)技术进行排放控制.研发高效、稳定的低温脱硝催化剂可避免高能耗的烟气再热,具有显著的节能降碳效益.锰氧化物(MnO_(x))因多变的化学态和丰富的晶格缺陷而表现出优良... 详细信息

氮氧化物(NO_(x))是我国首要大气污染物,主要采用选择性催化还原(SCR)技术进行排放控制.研发高效、稳定的低温脱硝催化剂可避免高能耗的烟气再热,具有显著的节能降碳效益.锰氧化物(MnO_(x))因多变的化学态和丰富的晶格缺陷而表现出优良的氧化还原性能,并具有极强的表面酸性,在催化还原NO_(x)反应中表现出良好的低温活性,但N_(2)选择性低、抗H_(2)O/SO_(2)性能差,难以实现长期的高效稳定脱硝.近年来,改性提升Mn基催化剂的研究十分广泛,加快了Mn基催化剂工业应用的步伐.本文从低温活性、N_(2)选择性和稳定性三个方面,总结了Mn基催化剂的脱硝反应机理、元素掺杂改性、催化剂结构设计等最新研究进展,指出了当前的研究重点和难点,可为下一步研究提供参考.

关键词：氮氧化物选择性催化还原锰基催化剂 N2选择性稳定性元素掺杂

具有避障功能的农机自动作业全覆盖路径规划方法

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农机化研究 2025年第2期47卷 36-43页

作者：罗荣浩干熊杨光友湖北工业大学农机工程研究设计院武汉430068 湖北省农机装备智能化工程技术研究中心武汉430068

针对不同尺寸和类型障碍物条件下的农机车辆自动作业全覆盖路径规划问题,提出了静态全覆盖路径规划方法和路径优化方案。根据矩形田块信息、障碍物信息、农机最小转弯半径和机具宽度,自动选定作业方向、作业行距、地头转弯区域和转弯模... 详细信息

针对不同尺寸和类型障碍物条件下的农机车辆自动作业全覆盖路径规划问题,提出了静态全覆盖路径规划方法和路径优化方案。根据矩形田块信息、障碍物信息、农机最小转弯半径和机具宽度,自动选定作业方向、作业行距、地头转弯区域和转弯模式等参数;根据障碍物形状、高覆盖率高作业路径比的需求,对算法进行优化调整,以达到更好的作业效果。软件仿真测试结果表明:对有小矩形障碍物的田块,改进后的算法覆盖率提升了0.11%,重复率降低了0.71%;对大矩形障碍物的田块,两种分区路径的覆盖率分别为89.24%和98.08%,重复率分别为3.53%和2.84%。研究结果表明:算法提高了田块的利用率,降低了作业成本,能够有效避开大小障碍物,同时满足高覆盖率和低重复率的田间作业要求。

关键词：农机车辆路径规划算法自动作业避障

不同光谱成分条件下叶用莴苣矿质元素吸收分析

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光谱学与光谱分析 2013年第8期33卷 2207-2210页

作者：陈晓丽郭文忠薛绪掌王利春李亮陈菲北京农业智能装备技术研究中心北京100097

以叶用莴苣为试验材料,应用ICP-AES等技术,研究了不同光谱成分及其组合条件下生菜对矿质元素的吸收特性。结果显示:(1)生菜常量、微量矿质元素含量比约为Ca:Mg:K:Na:P=5.5:2.5:2.3:1.5:1.0,Fe:Mn:Zn:Cu:B=25.9:5.9:2.8:1.1:1.0,且LED及荧光灯处理下的生菜各元素含量均高于自然光,差异显著;(2)生菜在红蓝组合LED光R/B=1:2.75处理下对K,P,Ca,Mg,B元素的吸收量及累积量均达最大,LED及荧光灯红光均可显著促进生菜对Fe和Cu元素的吸收;(3)矿质元素含量较高及干物质积累量较高的处理均为LED灯R/B=1:2.75和B/W=1:1。

关键词：光谱成分 ICP-AES技术叶用莴苣矿质元素

基于叶绿素荧光光谱和反射光谱的甜瓜种子品种鉴别

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光谱学与光谱分析 2018年第1期38卷 151-156页

作者：李翠玲姜凯冯青春王秀孟志军王松林高原源北京农业智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

甜瓜的品种多样,富含多种营养成分,甜瓜种子品种不纯将对甜瓜生产造成一定危害,研究采用种子的叶绿素荧光光谱结合反射光谱的分析方法鉴别甜瓜种子品种,以甜瓜品种"一特白"、"一特金"、"京蜜7号"、"京蜜11号"、"伊丽莎白"为研究对象。... 详细信息

甜瓜的品种多样,富含多种营养成分,甜瓜种子品种不纯将对甜瓜生产造成一定危害,研究采用种子的叶绿素荧光光谱结合反射光谱的分析方法鉴别甜瓜种子品种,以甜瓜品种"一特白"、"一特金"、"京蜜7号"、"京蜜11号"、"伊丽莎白"为研究对象。构建了甜瓜种子品种鉴别光谱系统,包括激发光源单元、光谱数据采集单元和数据处理单元,使用该系统获取不同品种甜瓜种子的光谱数据。对光谱数据分别进行一阶导数(first derivative,FD),Savitzky-Golay(SG)平滑,FD结合SG平滑预处理。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)方法降低光谱数据的维数,提取主成分。使用两种不同分组方法将样品按照3∶1的比例分为训练集和验证集,并分别采用Fisher判别和Bayes判别分析方法建立甜瓜种子品种的判别模型。本文比较了仅使用叶绿素荧光光谱与使用叶绿素荧光光谱结合反射光谱建立判别模型的判别结果,结果显示,使用叶绿素荧光光谱结合反射光谱建模的判别结果优于仅使用叶绿素荧光光谱建模的判别结果,Fisher判别分析和Bayes判别分析的验证集样品品种的判别正确率均达到98.0%。研究结果表明,采用叶绿素荧光光谱结合反射光谱鉴别甜瓜种子品种具有可行性。

关键词：种子叶绿素荧光光谱反射光谱品种鉴别