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基于Bezier曲线优化的农机自动驾驶避障控制方法

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农业工程学报 2019年第19期35卷 82-88页

作者：奚小波史扬杰单翔张琦金亦富龚俊杰张剑峰张瑞宏扬州大学机械工程学院/扬州大学江苏省现代农机农艺融合技术工程中心扬州225127 南京沃杨机械科技有限公司南京211200

动力换挡拖拉机的产生促进农机自动驾驶向着无人化方向发展,农机的自动避障成为需要解决的关键问题。该文针对最短切线路径曲线曲率不连续、跟踪控制精度差及农机运动模型精度低等缺点,采用三阶Bezier曲线优化法形成连续平滑农机避障路... 详细信息

动力换挡拖拉机的产生促进农机自动驾驶向着无人化方向发展,农机的自动避障成为需要解决的关键问题。该文针对最短切线路径曲线曲率不连续、跟踪控制精度差及农机运动模型精度低等缺点,采用三阶Bezier曲线优化法形成连续平滑农机避障路径,通过链式控制理论建立农机运动线性控制模型,利用PI控制器进行转角补偿,并进行了控制方法的仿真和犁耕作业试验。仿真结果表明:农机行驶的航向误差角在-0.06~0.06 rad,横向位置误差小于13 cm,前轮转向角变化平缓,没有显著突变,说明该方法控制精度较高,农机能够按预设轨迹行驶。犁耕作业试验结果表明:Bezier曲线部分的避障精度为5.21 cm,曲线路径的跟踪控制效果较好;避障后农机继续沿直线行驶的精度为1.98 cm,说明该方法可保证农机在避障后恢复直线自动驾驶。研究结果表明,该避障路径控制方法在不平整犁耕地中具有较好的鲁棒性和适应性,可满足拖拉机作业的避障要求。

关键词：农业机械运动规化避障自动驾驶 Bezier曲线

基于热风-太阳能-中短波红外的菌类多能干燥装备设计与试验

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东北农业大学学报 2023年第4期54卷 73-85页

作者：翁小祥奚小波史扬杰单翔刘静张瑞宏扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127

针对目前食用菌干燥自动化程度低、能耗高问题,文章设计一种热风-太阳能-中短波红外多能干燥装备,旨在降低干燥能耗,提高干燥效率。建立多能干燥装备结构模型和仿真模型,对干燥室温度与气流流场进行数值模拟,在循环风机作用下,干燥室内... 详细信息

针对目前食用菌干燥自动化程度低、能耗高问题,文章设计一种热风-太阳能-中短波红外多能干燥装备,旨在降低干燥能耗,提高干燥效率。建立多能干燥装备结构模型和仿真模型,对干燥室温度与气流流场进行数值模拟,在循环风机作用下,干燥室内部温度较均匀,但气流场不均匀,在循环风机口加装间隙10 cm、斜30°向上的均风板可显著改善干燥室内气流状况。以香菇为试验对象对比纯热风干燥(AD)和热风-太阳能-中短波红外多能干燥(ASID)效果,发现AD热效率为56.35%,ASID热效率为62.34%,其中太阳能占总消耗能量百分比为20.19%,ASID比AD少耗时2 h,节能28.40%,同时ASID干燥品质和干燥速率均优于AD。在多能干燥方式下,干燥室内不同位置香菇干燥速率差异较小,干燥装备结构设计合理。

关键词：多能干燥 CFD 食用菌干燥试验

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浮性水产饲料膨化加工参数优化研究

中国农业科技导报 2020年第12期22卷 88-96页

作者：奚小波孙福华张翼夫单翔张琦金亦富张瑞宏扬州大学机械工程学院扬州大学江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127

为优化浮性水产饲料挤压膨化加工参数,以膨化度、容积密度、吸水性和溶失率作为饲料加工品质评价指标,采用响应面分析法研究了螺杆转速、出料段机筒温度和物料含水率对饲料加工品质的影响,并利用扫面电镜观测了饲料微观形貌。结果表明:... 详细信息

为优化浮性水产饲料挤压膨化加工参数,以膨化度、容积密度、吸水性和溶失率作为饲料加工品质评价指标,采用响应面分析法研究了螺杆转速、出料段机筒温度和物料含水率对饲料加工品质的影响,并利用扫面电镜观测了饲料微观形貌。结果表明:适中的螺杆转速、出料段机筒温度以及低物料含水率,有利于形成较高的饲料膨化度;高螺杆转速与高出料段机筒温度有利于形成较低的饲料容积密度、吸水性以及溶失率;优化后的浮性水产饲料膨化加工参数为螺杆转速130 r·min^-1,出料段机筒温度150℃,物料含水率10%,其加工后的饲料膨化度、容积密度、吸水性和溶失率分别为1.223、0.398 g·mL^-1、214.803%、4.297%;优化后的浮性水产饲料微观表面相对光滑圆润,物料的熔融效果较好,结构质密,饲料膨化加工综合质量较好。

关键词：浮性水产饲料膨化加工膨化度容积密度吸水性溶失率

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稻田气力施肥装置设计与试验

中国农机化学报 2022年第1期43卷 14-19,32页

作者：胡辰方学良史扬杰扬州工业职业技术学院交通工程学院江苏扬州225127 扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225009

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所... 详细信息

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所设计的文丘里管混合腔进行流场分析,确定最优混合腔直径为15 mm,进肥口与进气角度呈锐角;最后,进行田间试验,结果表明,在规定电机转速变化范围内,各行平均排肥量变异系数均小于2.21%,各行排肥量一致性较好,排肥量稳定;在目标施肥量为150 kg/hm^(2),作业速度为4 km/h时,各区域内施肥量偏差控制在7.47%以内,施肥精确性较好。肥料在排肥管中的滞后时间随着排肥管长度增加而增加,变化范围为0.67~1.81 s。本文设计的稻田气力施肥装置可以满足生产需求。

关键词：气力施肥文丘里管流场分析变异系数

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水产饲料含水率预测模型研究

中国农机化学报 2021年第3期42卷 84-90页

作者：张琦梁国栋张鹏飞奚小波张剑峰程春扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 国家饲料加工装备工程技术研究中心江苏牧羊控股有限公司江苏扬州225120

目前饲料烘干技术上最大的难点在于缺乏有效的干燥数学模型来准确预测饲料的含水率,为此,文章基于指数函数建立三种水产饲料的含水率预测数学模型,并进行试验验证。首先在循环风机频率为30 Hz,料层厚度为30 mm的条件下,对三种水产饲料... 详细信息

目前饲料烘干技术上最大的难点在于缺乏有效的干燥数学模型来准确预测饲料的含水率,为此,文章基于指数函数建立三种水产饲料的含水率预测数学模型,并进行试验验证。首先在循环风机频率为30 Hz,料层厚度为30 mm的条件下,对三种水产饲料进行单一温度(90℃、105℃、120℃、135℃)烘干试验,其次基于单一温度试验数据,采用最小二乘法确定该模型的参数值,最后通过多梯度温度(90℃-105℃-120℃、105℃-120℃-135℃)试验进行模型的验证。对比结果显示:试验数据与模型模拟数据基本一致,相关系数R 2值均大于0.98,表明本数学模型能够很好的模拟温度变量对水产饲料含水率的影响。

关键词：水产饲料含水率数学模型温度

基于并联机器人的蒜瓣种芽朝向调整系统的设计与优化

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智能化农业装备学报（中英文） 2023年第4期4卷 20-25页

作者：朱正波曹昕张瑞宏扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程研究中心江苏扬州225127

蒜瓣种芽朝上播种的大蒜具有出苗早,蒜苗强壮的特点,是符合中国农艺要求的播种方法。为了提高大蒜机械化播种水平,针对目前大蒜机械化播种种芽朝上率低的问题,研究设计了一种基于并联机器人的蒜瓣种芽朝向调整系统,该系统主要包括四个模... 详细信息

蒜瓣种芽朝上播种的大蒜具有出苗早,蒜苗强壮的特点,是符合中国农艺要求的播种方法。为了提高大蒜机械化播种水平,针对目前大蒜机械化播种种芽朝上率低的问题,研究设计了一种基于并联机器人的蒜瓣种芽朝向调整系统,该系统主要包括四个模块:图像采集、图像预处理、种芽特征提取和指令驱动。首先,蒜瓣运至指定位置后,并联机器人发出的光触发信号,视觉系统接收该信号并立即采集图像。其次,通过对图像进行中值滤波、二值化和形态学处理,填充孔洞,滤除背景颗粒,得到理想的二值图像,并根据蒜瓣的大小范围对二值图像的连通域面积进行筛选,得到大小合适的蒜瓣二值图像。第三,提取并计算图像的中心轮廓和轮廓的曲率,将曲率最大的部分视为蒜瓣的种芽,从而确定蒜瓣的中心位置及朝向,该朝向信息也会被量化为角度值。最后,并联机器人根据蒜瓣的位置信息、速度矢量信息和朝向信息控制机械臂进行蒜瓣抓取和定向摆放的操作,实现蒜瓣种芽朝向的调整。最后本文对调整系统的关键参数进行了试验测试,建立了调整成功率的多元回归模型,结果表明:(1)蒜瓣重量、输送速度和抓取时间对调整成功率有重要影响。(2)影响因素的主次顺序依次为抓取时间、蒜瓣重量、输送速度。(3)当蒜瓣质量为4.54 g,输送速度为0.1 m/s,并且抓取时间为2.445 s时,模型预测的调整成功率最高,达到97.41%。本研究为蒜瓣种芽调整系统的应用提供了技术指导,有助于解决利用嵌入式工控机调整蒜瓣朝向的问题,有利于促进国内大蒜机械化播种。

关键词：并联机器人种芽朝上播种控制系统朝向调整视觉系统

CO_(2)冷阱微波真空干燥装置设计与试验

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中国农业科技导报 2021年第6期23卷 97-104页

作者：史扬杰奚小波袁日灿单翔张琦赵其东张瑞宏扬州大学机械工程学院江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 兴化市嘉禾食品有限公司江苏泰州225700

为优化微波真空冷冻干燥工艺,基于微波真空冷冻干燥原理研制了CO_(2)冷阱微波真空干燥装置,并介绍了该装置的主要结构、工作原理和工作流程。创新采用液态CO_(2)作为制冷媒,通过合理布局实现CO_(2)的循环利用。采用喷淋冷冻技术,从液态C... 详细信息

为优化微波真空冷冻干燥工艺,基于微波真空冷冻干燥原理研制了CO_(2)冷阱微波真空干燥装置,并介绍了该装置的主要结构、工作原理和工作流程。创新采用液态CO_(2)作为制冷媒,通过合理布局实现CO_(2)的循环利用。采用喷淋冷冻技术,从液态CO_(2)喷淋预冷冻原理出发,设计了喷淋装置结构,并匹配计算了转盘转速,旨在提高物料预冷冻效果。设计了翅片式冷阱管,根据翅片式冷阱管传热系数公式确定了冷阱管的具体规格尺寸;分析了冷阱内部有相变的对流换热过程,通过计算判断冷阱室内气体处于滑流区。由此得到冷阱室内对流换热强烈程度评价指标Nu≈4.3,换热效率较好。以白萝卜为例进行了喷淋流量与微波功率对干燥速率的影响试验,结果表明:在不对物料产生冻伤的情况下,喷淋流量越大,物料预冻结效果越好;在一定范围内,物料干燥速率与喷淋流量和微波功率呈正相关,且均呈现先快后慢的趋势。

关键词：果蔬干燥微波干燥真空冷冻干燥冷阱干燥速率传热

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香菇干燥技术研究进展

包装与食品机械 2021年第2期39卷 37-44页

作者：刘静翁小祥奚小波单翔赵其东张剑峰张瑞宏扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 兴化市嘉禾食品有限公司江苏泰州225700

香菇是一种营养丰富的食用菌,脱水干燥作为香菇的主要加工方式,可以有效延长香菇食用期。本文综述了多种香菇干燥方法,阐述了不同干燥方法的原理、成本、速率以及品质,比较不同技术的优势和不足,并提出香菇干燥产业的发展趋势,以期对香... 详细信息

香菇是一种营养丰富的食用菌,脱水干燥作为香菇的主要加工方式,可以有效延长香菇食用期。本文综述了多种香菇干燥方法,阐述了不同干燥方法的原理、成本、速率以及品质,比较不同技术的优势和不足,并提出香菇干燥产业的发展趋势,以期对香菇干燥产业的发展提供参考。

关键词：香菇干燥工艺干燥技术发展趋势

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电机式北斗农机自动驾驶系统设计与试验

东北农业大学学报 2019年第4期50卷 88-96页

作者：史扬杰奚小波吴飞张瑞宏金亦富龚俊杰扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 无锡卡尔曼导航技术有限公司江苏无锡214000 南京沃杨机械科技有限公司南京211200

针对现有农机自动驾驶技术中存在机具匹配性和环境适应性问题,文章提出一种电机式北斗农机自动驾驶系统,介绍系统组成、工作过程和控制策略。创新设计同轴角位移测量装置,提高机具匹配性。创新提出GNSS/INS/车辆组合导航方法,降低对惯... 详细信息

针对现有农机自动驾驶技术中存在机具匹配性和环境适应性问题,文章提出一种电机式北斗农机自动驾驶系统,介绍系统组成、工作过程和控制策略。创新设计同轴角位移测量装置,提高机具匹配性。创新提出GNSS/INS/车辆组合导航方法,降低对惯性测量单元精度要求,提高系统环境适应性。为降低驾驶员工作强度,设计人性化人机交互界面,使操纵更简洁。提出直线度精度和衔接行间距精度两项系统作业精度评价指标,0.5和2.5 m·s^(-1)两种不同行驶速度下,系统直线度精度分别为1.678和1.965 cm,衔接行间距精度分别为2.428和2.525 cm,基本符合Q/320200 YTZN 01—2018标准要求。该系统应用可有效提高作业质量,降低驾驶员工作强度,同时避免重复作业,提高土地利用率。

关键词：北斗导航自动驾驶农业机械设计试验