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基于多传感器数据融合的旋耕耕深检测研究

农业机械学报 2024年

作者：马若飞伟利国赵博周利明刘阳春邢高勇中国农业机械化科学研究院集团有限公司农业装备技术全国重点试验室

旋耕作业时通常用耕深衡量作业质量，适合的耕深能打破土壤板结、改善土壤结构，促进作物根系生长。目前耕深检测研究场景主要为旱田，检测方法主要为倾角传感器间接检测，而水田土质松软，作业过程中会出现机具下陷和姿态变化的问题。... 详细信息

旋耕作业时通常用耕深衡量作业质量，适合的耕深能打破土壤板结、改善土壤结构，促进作物根系生长。目前耕深检测研究场景主要为旱田，检测方法主要为倾角传感器间接检测，而水田土质松软，作业过程中会出现机具下陷和姿态变化的问题。为此，本文设计了一种适用于不同土壤环境的耕深检测系统。为检测地形起伏及机具下陷，设计一种地面仿形机构，通过耦合仿真探究其设计参数，验证可行性；为提高单传感器间接检测稳定性，使用三点悬挂倾角检测和北斗卫星系统（Beidou system， BDS）相对高程数据融合的检测方法，并建立耕深检测模型（tillage detection model， TDM）。提出自适应迭代扩展卡尔曼算法（Adaptive iterative extended Kalman filter， AIEKF）对传感器获取数据先滤波再融合，获得更稳定、准确的耕深。在参考传统耕深测量方法的基础上，提出了RTK-BDS高程差值的测量方法获取耕深真值，并和传统方法进行了对比。仿形机构耦合仿真试验表明，所设计的仿形机构检测绝对误差小于0.5cm，仿形后土槽高程最大形变量为2.89mm。田间试验结果表明，TDM检测模型能有效反映耕深变化，AIEKF处理后数据较KF处理后数据信噪比平均提升1.41dB，融合得到的耕深数据较两种单一传感器检测的耕深MAPE平均分别提高2.30%和2.07%，融合后MAPE为3.95%，平均RMSE为1.08cm。提出的RTK-BDS差值真值检测法和传统检测法最大绝对误差2.54cm，能较好完成耕深真值检测。

关键词：旋耕整地运动仿真耕深检测 RTK-BDS

特性参数连续可变HMCVT换段品质影响分析

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机械传动 2024年

作者：杨兆虎杜有洪谭芸颖李青涛陈兴海西华大学机械工程学院成都鼎峰盛现代农业机械有限公司西华大学现代农业装备研究院

为分析配备液压机械无级变速器（Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT）的中小型拖拉机在动力换段过程中的换段品质，在一种特性参数连续可变的HMCVT的基础上，将传统齿轮行星排传动结构变为牵引式行星排传动结... 详细信息

为分析配备液压机械无级变速器（Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT）的中小型拖拉机在动力换段过程中的换段品质，在一种特性参数连续可变的HMCVT的基础上，将传统齿轮行星排传动结构变为牵引式行星排传动结构，提出一种多段式HMCVT传动系统。考虑换段时间、液压系统排量比对换段品质的影响，加入牵引式行星排特性参数连续可变的这一变量，对多段式HMCVT传动系统进行AMESim建模仿真分析；在仿真中设定换段时间t0=0.8 s时，对换段品质中的速度降、冲击度、滑摩功3个评价指标在特性参数k在1.5～2内进行多参数调节分析。在所设计的三段式HMCVT传动系统L、H换段中，改变特性参数k的取值，可使滑摩功最大降低25.6%或冲击度最大降低20.84%;S、L换段中，改变特性参数k的取值，可使滑摩功最大降低6.68%，但改变特性参数k对冲击度的影响在1%之内变化；总体速度降会随着特性参数k的增大而增大。研究结果可为进一步改善换段品质提供参考。

关键词：拖拉机液压机械无级变速器换段品质牵引式行星排 AMESim软件

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直柄单钩吊钩的模态仿真分析与试验研究

机械设计与制造 2024年

作者：陈洋周井玲葛双喜南通大学机械工程学院南通中远重工有限公司

起重吊钩需要适应各类工作环境，为提高作业安全性，需评估其振动特性。首先，建立了起重吊钩的三维模型，在此基础上，根据实际工况条件，利用有限元软件进行模态仿真分析，获取了起重吊钩的固有频率和振型。第七阶至十二阶频率分别为... 详细信息

起重吊钩需要适应各类工作环境，为提高作业安全性，需评估其振动特性。首先，建立了起重吊钩的三维模型，在此基础上，根据实际工况条件，利用有限元软件进行模态仿真分析，获取了起重吊钩的固有频率和振型。第七阶至十二阶频率分别为：28.16Hz、80.89Hz、124.35Hz、163.55Hz、253.21Hz、294.13Hz。然后，通过力锤法进行模态试验，得到了起重吊钩的第七到十二阶的固有频率分别为：30.81Hz、86.93Hz、135.36Hz、172.72Hz、263.91Hz、302.27Hz，最后将仿真分析结果与试验结果进行了对比和分析。结果表明：仿真值和试验值的相对误差不超过10%，试验验证了仿真分析正确性，为起重吊钩的后续研究和安全作业提供了参考和理论依据。

关键词：起重吊钩振动特性仿真分析模态试验

基于臭氧杀菌技术的旋耕式土壤消毒机设计与试验

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中国农机化学报 2024年第4期45卷 244-249,265页

作者：陶丽欢刘元义毕玉亮李新澳王丽娟张策山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000 潍坊鑫耐尔农业机械有限公司山东淄博255000

针对设施农业中连作引起的土壤污染、线虫增加等问题,设计一款基于臭氧杀菌技术的旋耕式土壤消毒机。介绍旋耕式土壤消毒机整体结构,对臭氧充气铲进行受力分析,获得臭氧注入土壤的运动学条件,确定充气铲结构参数;以XC2-24R-C控制器为电... 详细信息

针对设施农业中连作引起的土壤污染、线虫增加等问题,设计一款基于臭氧杀菌技术的旋耕式土壤消毒机。介绍旋耕式土壤消毒机整体结构,对臭氧充气铲进行受力分析,获得臭氧注入土壤的运动学条件,确定充气铲结构参数;以XC2-24R-C控制器为电路控制模块核心元件,采用高压放电法制取臭氧,实现臭氧发生器正常运行;利用SolidWorks软件构建整机结构模型,进行样机研制与试验。以根结线虫为试验对象,相同的试验条件下,常规耕整1次的线虫消退率为2.96%,臭氧消毒处理后根结线虫消退率和防治效率最高可达84.93%和84.47%,较常规耕作线虫消退率提高81.97%。

关键词：设施农业土壤消毒机臭氧消毒臭氧充气铲根结线虫

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基于SwinS-YOLACT的番茄采摘机器人实时实例分割算法研究

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农业机械学报 2024年第10期 18-30页

作者：倪纪鹏朱立成董力中崔学智韩振浩赵博中国农业机械化科学研究院集团有限公司农业装备技术全国重点实验室

在设施番茄种植环境中，果实重叠遮挡等情况会影响识别精度。因此，本文提出了一种基于YOLACT的实例分割模型，提高识别精度。首先，对果实重叠遮挡的类别进行细分并增加该类数据集，从而接近真实采摘场景，并在采摘决策中改善重叠遮挡... 详细信息

在设施番茄种植环境中，果实重叠遮挡等情况会影响识别精度。因此，本文提出了一种基于YOLACT的实例分割模型，提高识别精度。首先，对果实重叠遮挡的类别进行细分并增加该类数据集，从而接近真实采摘场景，并在采摘决策中改善重叠遮挡对识别精度的影响；其次，采用Simple Cope-Paste数据增强方法提高了模型的泛化能力，降低了环境因素对实例分割效果的干扰；然后，在YOLACT基础上，引用多尺度特征提取技术克服了单一尺度特征提取的局限性，并降低了模型复杂度；最后，引入Swin Transformer中的Swin-S注意力机制，优化了模型对于番茄实例分割的细节特征提取效果。实验结果表明，本文模型能够一定程度上缓解分割结果中出现的漏检、误检问题，其目标检测平均精度为93.9%,相比于YOLACT、YOLO v8-x、Mask R-CNN、InstaBoost分别提升10.4、4.5、16.3、3.9个百分点；平均分割精度为80.6%,相比于上述模型分别提升4.8、1.5、7.3、4.3个百分点；推理速度为25.6 f/s。该模型综合性能有较强的鲁棒性，兼顾了精度与速度，可为番茄采摘机器人完成视觉任务提供参考。

关键词：番茄果实重叠遮挡实例分割 YOLACT Swin Transformer 数据增强

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根茎类中药材收获机输送分离装置设计

农机化研究 2024年

作者：高波祁玉卓陈林张亚振河北农业大学机电工程学院河北省农业机械化研究所有限公司

针对河北省黏重土壤环境下的根茎类中药材机械化采收药土分离不彻底等问题,采用两级输送分离配合主动振动装置的碎土方式,设计了一种两级链条式输送分离装置。通过论述输送分离装置结构组成和工作过程,并结合土垡筛面运动学分析和跌落... 详细信息

针对河北省黏重土壤环境下的根茎类中药材机械化采收药土分离不彻底等问题,采用两级输送分离配合主动振动装置的碎土方式,设计了一种两级链条式输送分离装置。通过论述输送分离装置结构组成和工作过程,并结合土垡筛面运动学分析和跌落碰撞分析,得出主动振动装置、碎土辊、分离筛等关键部件的结构参数和运动参数;对土垡在筛面的破碎过程进行了离散元仿真,得到了不同筛面速度对土垡破碎离散程度的影响,通过仿真实验确定筛面线速度设计为1.8 m/s。在输送分离装置的设计参数组合下,以收净率、破皮率、损伤率为指标进行田间试验验证,结果表明:当机具前进速度为0.8 m/s、平均挖掘深度为45 mm时,收净率为96.1%、破皮率为2.47%、损伤率为2.81%,符合预期目标,满足黏重土壤环境下根茎类中药材的收获要求。

关键词：根茎类中药材输送分离装置药土分离离散元仿真

面向樱桃番茄采摘的轻量化Transformer架构性能优化研究

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农业机械学报 2024年

作者：赵博柳苏纯张巍朋朱立成韩振浩冯旭光王瑞雪中国农业机械化科学研究院集团有限公司农业装备技术全国重点实验室

为进一步提升穗收型樱桃番茄识别准确率和识别速度，实现设施环境番茄自动采摘，提出了一种基于改进Transformer的轻量化樱桃番茄穗态识别模型。首先，构建了包含不同光照环境和采摘姿态的樱桃番茄数据集，并对樱桃番茄果穗姿态进行了... 详细信息

为进一步提升穗收型樱桃番茄识别准确率和识别速度，实现设施环境番茄自动采摘，提出了一种基于改进Transformer的轻量化樱桃番茄穗态识别模型。首先，构建了包含不同光照环境和采摘姿态的樱桃番茄数据集，并对樱桃番茄果穗姿态进行了划分。然后，提出了一种基于改进RE-DETR的轻量化穗收樱桃番茄识别模型，通过引入一个轻量级的骨干网络EfficientViT替换RT-DETR原有的骨干网络，显著减少了模型参数和计算量；同时设计了一个自适应细节融合模块，旨在高效处理并融合不同尺度特征图，并进一步降低计算复杂度。最后，引入加权函数滑动机制和指数移动平均思想来优化损失函数，来处理样本分类中的不确定性。实验结果表明，该轻量化模型在保持高识别准确率（90%）的同时，实现了快速检测（41.2 f/s）和低计算量（8.7G FLOPs）。与原始网络模型、Faster-RCNN和Swin Transformer相比，平均识别准确率提高1.24%～15.38%，每秒处理帧数（FPS）上提高25.61%～255.17%，与此同时浮点运算量上实现了69.37%～92.37%的大幅降低。该模型在综合性能上有着较强的鲁棒性，兼顾了精度与速度，可为番茄采摘机器人完成视觉任务提供参考。

关键词：樱桃番茄目标检测深度学习 RT-DETR 轻量化

面向樱桃番茄采摘识别的轻量化Transformer架构优化研究

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农业机械学报 2024年第10期 62-71+105页

作者：赵博柳苏纯张巍朋朱立成韩振浩冯旭光王瑞雪中国农业机械化科学研究院集团有限公司农业装备技术全国重点实验室

为进一步提升穗收型樱桃番茄识别准确率和识别速度，实现设施环境番茄自动采摘，提出了一种基于改进Transformer的轻量化樱桃番茄穗态识别模型。首先，构建了包含不同光照环境和采摘姿态的樱桃番茄数据集，并对樱桃番茄果穗姿态进行了划分。然后，提出了一种基于改进RE-DETR的轻量化穗收樱桃番茄识别模型，通过引入一个轻量级的骨干网络EfficientViT替换RT-DETR原有的骨干网络，显著减少了模型参数和计算量；同时设计了一个自适应细节融合模块，旨在高效处理并融合不同尺度特征图，并进一步降低计算复杂度。最后，引入加权函数滑动机制和指数移动平均思想来优化损失函数，来处理样本分类中的不确定性。实验结果表明，该轻量化模型在保持高识别准确率(90%)的同时，实现了快速检测(41.2 f/s)和低计算量(8.7×10～9 FLOPs)。与原始网络模型、Faster R-CNN和Swin Transformer相比，平均识别准确率提高1.24%～15.38%,每秒处理帧数(FPS)提高25.61%～255.17%,同时浮点运算量实现了69.37%～92.37%的大幅降低。该模型在综合性能上有着较强的鲁棒性，兼顾了精度与速度，可为番茄采摘机器人完成视觉任务提供技术支撑。

关键词：樱桃番茄目标检测深度学习 RT-DETR 轻量化 Transformer

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甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的设计与试验

农机化研究 2025年第2期47卷 131-138页

作者：谭营尚书旗王东伟何晓宁贾夕宁朱浩郑超张习文青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109 威海佳润农业机械有限公司山东威海264200

为解决甘薯秧蔓相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台,并对仿垄型拨禾切割机构、伸缩弹齿捡拾机构的作业过程进行受力及运动分析,得到其作业参数范围。为避免仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹... 详细信息

为解决甘薯秧蔓相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台,并对仿垄型拨禾切割机构、伸缩弹齿捡拾机构的作业过程进行受力及运动分析,得到其作业参数范围。为避免仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构在作业过程中发生缠绕,搭建了甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的试验台架,进行单因素试验,以此来确定仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构的最佳转速范围;利用Design-Expert 13.0软件中Box-Behnken试验设计方法,研究前进速度、切割转速、捡拾转速三因素两两交互作用对甘薯秧蔓回收率、缠绕程度、伤薯率的影响,并建立回归模型,进行试验参数优化,得到最优工作参数组合,即前进速度0.995 m/s、切割转速61.043 r/min、捡拾转速100.939 r/min,此时甘薯秧蔓的回收率为94.553%、缠绕程度为2.169%、伤薯率为0.213%。为验证最优参数的可靠性,将最优工作参数组合数据化零为整,作为田间试验的作业参数,进行田间试验验证,结果表明:甘薯秧蔓的薯秧蔓回收率为93.55%,缠绕程度为2.42%,伤薯率为0.38%。

关键词：甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台响应曲面

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