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复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究

农业机械学报 2024年第6期55卷 380-391,403页

作者：张庆潘烤鑫王振宇黄韶炯尤泳王德成中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学草业机械装备研究中心北京100083

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实... 详细信息

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。

关键词：轮腿式机器人复杂地形仿生位姿控制样机试验

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基于XGBoost算法的鱼粉中微塑料的红外光谱识别研究

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1835-1842页

作者：许晓栋张慧敏刘佳乐韩鲁佳杨增玲刘贤中国农业大学工学院农业工程系北京100083

作为四大新兴污染物之一的“微塑料”带来的危害日益凸显,微塑料的检测识别是其污染评估和风险管理防控的关键。以鱼粉饲料中的微塑料(包括PA、PE、PET、PP、PS、PVC)作为研究对象,运用XGBoost算法分别研究构建了近红外光谱和红外光谱... 详细信息

作为四大新兴污染物之一的“微塑料”带来的危害日益凸显,微塑料的检测识别是其污染评估和风险管理防控的关键。以鱼粉饲料中的微塑料(包括PA、PE、PET、PP、PS、PVC)作为研究对象,运用XGBoost算法分别研究构建了近红外光谱和红外光谱定性识别模型。采用GridSearchCV工具包研究优化XGBoost模型的主要超参数,近红外光谱模型的超参数优化结果为n_estimators:300,learning_rate:0.08,gamma:0,max_depth:4,min_child_weight:1;红外光谱的超参数优化结果为n_estimators:100,learning_rate:0.02,gamma:0.20,max_depth:4,min_child_weight:1。基于优化后的超参数构建的近红外定性识别模型平均精确率(Precision)为0.985,平均召回率(Recall)为0.977,平均F1值(F1 score)为0.978,相比于优化前模型效果分别提升了40.17%,51.00%,50.00%;红外定性识别模型平均精确率(Precision)、平均召回率(Recall)和平均F1值(F1 score)均为1.000,优化后的模型效果分别提升了20.67%,27.50%,26.33%。进一步与PLS-DA模型对比分析发现,红外光谱的XGBoost模型与PLS-DA模型效果基本一致,近红外光谱的XGBoost模型各参数(Accuracy,Precision,Recall,F1 score)效果均不同程度地优于PLS-DA模型。综上所述,运用XGBoost算法可以有效识别鱼粉中不同种类的微塑料,该研究为鱼粉饲料中微塑料的快速检测识别方法提供理论支持和技术支撑。

关键词：微塑料红外光谱 XGBoost PLS-DA

高新技术在天然产物及其健康食品加工中的应用

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食品科学 2024年第5期45卷 335-344页

作者：朱吟非康淞皓刘星宇彭郁李茉倪元颖温馨中国农业大学食品科学与营养工程学院北京100083 中国农业大学工学院北京100083

健康食品是一类相较于普通食品有额外健康益处的食品。近年来,随着健康食品产业蓬勃发展,健康食品已逐渐走进群众视野,成为行业热点。天然产物是一类生物活性化合物,在健康食品中扮演着重要的角色,而加工是健康食品产业发展中至关重要... 详细信息

健康食品是一类相较于普通食品有额外健康益处的食品。近年来,随着健康食品产业蓬勃发展,健康食品已逐渐走进群众视野,成为行业热点。天然产物是一类生物活性化合物,在健康食品中扮演着重要的角色,而加工是健康食品产业发展中至关重要的部分,健康食品的研发离不开日新月异的食品加工技术。基于此,本文对健康食品的高新加工技术进行综述,综合比较和分析健康食品在天然产物生产、活性成分保护、成分改性、保鲜灭菌、产品设计等加工步骤中所应用的高新技术,并对未来应用高新技术研发健康食品的发展与需求进行展望。

关键词：高新技术健康食品天然产物活性保护改性保鲜

基于改进遗传算法的湿式离合器压力自适应控制

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 852-864页

作者：张延安杜岳峰孟青峰栗晓宇刘磊朱忠祥中国农业大学工学院北京100083

以提升拖拉机动力换挡变速箱(PST)湿式离合器压力控制准确性为目标,提出了一种基于改进遗传算法的湿式离合器压力无模型自适应控制方法。首先,分析并建立了湿式离合器液压系统数学模型,基于偏格式动态线性化的无模型自适应控制(PFDL-MF... 详细信息

以提升拖拉机动力换挡变速箱(PST)湿式离合器压力控制准确性为目标,提出了一种基于改进遗传算法的湿式离合器压力无模型自适应控制方法。首先,分析并建立了湿式离合器液压系统数学模型,基于偏格式动态线性化的无模型自适应控制(PFDL-MFAC)算法构建了离合器压力控制器。然后,引入变比例精英保留策略、K-均值聚类算法和灾变策略改进遗传算法,提出了基于灵敏度分析和改进遗传算法的PFDL-MFAC控制器参数整定方法。最后,开展了基于拖拉机自动变速箱控制单元(TCU)硬件在环试验平台的离合器压力控制试验。结果表明:改进遗传算法的收敛速度和优化精度更好;与PID控制相比,PFDL-MFAC的离合器压力响应速度更快、鲁棒性更好,满足拖拉机湿式离合器压力控制要求;同时,基于本文算法的变速箱换挡品质更优,研究成果可为动力换挡拖拉机换挡品质的提升提供基础。

关键词：农业工程拖拉机湿式离合器无模型自适应控制遗传算法

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邻亚甲醌与硫叶立德反应合成2,3-二取代苯并二氢呋喃化合物

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有机化学 2024年第1期44卷 195-203页

作者：李梦竹孟博莹兰文捷傅滨中国农业大学理学院北京100193

发展了一种简便有效的通过邻甲亚醌与硫叶立德反应合成苯并二氢呋喃化合物的方法.在二氯甲烷中和二异丙基乙基胺存在下,反应能够在室温下1 h内完成,以良好至优秀的收率得到反式-2,3-二取代二氢苯并呋喃产物.反应能够扩大到克级规模,产... 详细信息

发展了一种简便有效的通过邻甲亚醌与硫叶立德反应合成苯并二氢呋喃化合物的方法.在二氯甲烷中和二异丙基乙基胺存在下,反应能够在室温下1 h内完成,以良好至优秀的收率得到反式-2,3-二取代二氢苯并呋喃产物.反应能够扩大到克级规模,产物能够转化为潜在生物活性的苯并呋喃衍生物,并推测了可能的反应机理.

关键词：苯并二氢呋喃邻亚甲醌硫叶立德 [4+1]环加成碱催化

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基于改进综合因素法的农业机械可靠性分配

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1493-1500页

作者：陈超戴孟初周乐梁云东中国农业大学工学院北京100083

现有可靠性分配方法在农机领域应用较少,为更好地满足农机可靠性分配需求,提出了一种基于改进综合因素法(IFM)的农业机械可靠性分配方法。该方法针对农机特点综合考虑了包含子系统危害度A_(1)、改进潜力A_(2)、复杂度A_(3)、维修性A_(4... 详细信息

现有可靠性分配方法在农机领域应用较少,为更好地满足农机可靠性分配需求,提出了一种基于改进综合因素法(IFM)的农业机械可靠性分配方法。该方法针对农机特点综合考虑了包含子系统危害度A_(1)、改进潜力A_(2)、复杂度A_(3)、维修性A_(4)、环境条件A_(5)和技术水平A_(6)在内的6种影响因素,并形成子系统故障率分配的权重因子,实现了将指定的系统整体可靠性目标分配至子系统层级。针对新研发产品,给出了各影响因素取值的评价参考标准,可通过故障模式影响及危害性分析(FMECA)结合专家评分定量计算。以2BMQF-6/12免耕播种机为例,应用改进IFM对其进行可靠性分配,并与IFM及FOO、Kim、Yadav方法进行比对,验证了本文所提出方法的可行性。本文方法分配结果合理、流程完善、考虑因素相对全面,可为农机可靠性分配提供参考,为农机产品可靠性设计提供依据。

关键词：农业机械可靠性分配综合因素法设计阶段

新型无损检测技术在番茄品质检测中的研究与应用进展

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食品科学 2024年第1期45卷 289-300页

作者：韩子馨张丽丽张博邹方磊尚楠中国农业大学工学院北京100083

番茄是我国种植面积最广的蔬菜之一,受到广大消费者的青睐。近年来,随着人们对健康饮食需求的逐步提升,番茄的品质愈发受到关注。番茄形状较为规则,但不同品种间的大小、果型、颜色差异较大,蕴含的营养成分种类繁多、化学结构复杂,导致... 详细信息

番茄是我国种植面积最广的蔬菜之一,受到广大消费者的青睐。近年来,随着人们对健康饮食需求的逐步提升,番茄的品质愈发受到关注。番茄形状较为规则,但不同品种间的大小、果型、颜色差异较大,蕴含的营养成分种类繁多、化学结构复杂,导致其品质检测存在一定难度。传统番茄品质检测方法大多存在主观性强、破坏性强、耗时费力的缺点,难以满足大规模品质检测的需求。近年来,随着各类无损检测技术的发展,机器学习、多光谱技术、电子鼻/电子舌等新型检测方法也已逐步应用于番茄品质的快速、无损检测中。本文在传统番茄品质检测技术的基础上,重点总结了基于图像识别的人工智能、电子鼻技术和光谱技术在番茄无损检测方面的发展与应用,为番茄品质检测的研究与发展提供参考。

关键词：番茄品质检测可见-近红外光谱高光谱成像拉曼光谱电子鼻机器视觉

低磷信号调控独脚金内酯合成与水稻株型的核心机制

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科学通报 2024年第2期69卷 143-145页

作者：刘斌倪中福中国农业大学农学院北京100193

不开作物株型改良和化肥的大量施用[1,2].近年来,主要营养元素调控植物株型的分子机制逐渐成为研究热点.磷是植物生长发育必需的大量元素之一,土壤中易被植物直接吸收的无机磷盐含量较低,而生产磷肥所需的磷矿资源不可再生,磷矿的大量... 详细信息

不开作物株型改良和化肥的大量施用[1,2].近年来,主要营养元素调控植物株型的分子机制逐渐成为研究热点.磷是植物生长发育必需的大量元素之一,土壤中易被植物直接吸收的无机磷盐含量较低,而生产磷肥所需的磷矿资源不可再生,磷矿的大量开采在浪费资源的同时也造成了严重的环境污染.已有研究报道表明,在低磷胁迫下植物能够通过改变根系结构来促进磷的吸收.

关键词：大量元素水稻株型低磷胁迫根系结构无机磷磷矿资源独脚金内酯信号调控

植物根系特征与根区土壤水分高通量监测管道机器人研制

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农业工程学报 2024年第6期40卷 192-202页

作者：颜小飞王韵博宋晓波向梓薇杜太生程强北京林业大学工学院北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学中国农业水问题研究中心北京100083

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人... 详细信息

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人、数据基站与PVC透明管道组成,通过在土壤中埋设管道机器人系统,控制机器人搭载的微距相机与土壤水分传感器在巡航时拍摄根系图像,并获取土壤水分数据。由根系图像识别分割与提取程序对图像进行畸变校正与根系识别,获取管道方向上植株的根系面积、长度与密度等特征参数。实验室条件下进行相机拍摄效果、图像畸变校正、识别与分割误差及里程轮测距误差测试,以及土壤水分传感器标定试验。测试结果表明:1)管道机器人能够清晰地拍摄到根系图像,图像畸变校正效果较好,单个像素点长度和面积分别为44μm和0.002 mm^(2),单张根系图像的拍摄范围为14.17 mm×10.60 mm;2)土壤水分传感器输出电压与土壤体积含水率之间呈现良好线性关系,决定系数R^(2)为0.990;3)自主巡航定位准确度较高,平均相对误差为1.47%。在田间条件下进行的根系生长动态监测、根系信息提取、土壤水分监测与电池续航试验表明:1)管道机器人系统能够在田间环境下高通量地拍摄根系图像,监测根系的生长动态,并进一步提取出根系长度、面积、根面积密度等特征参数;2)根区土壤水分监测较为准确,测量结果与烘干法结果平均相对误差为2.23%;3)在系统初始满电量状态下,管道机器人系统独立运行时长不少于7 d,最大巡航监测距离约为48 m。本文研制的管道机器人系统可在田间条件下实现根系特征以及根区土壤水分的原位、高通量测量,为节水灌溉与根系生长研究提供技术支持。

关键词：机器人土壤水分图像识别根系特征高通量

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