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甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展
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作者 朱倩 王公仆 +3 位作者 张万枝 胡良龙 张婷婷 穆桂脂 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第7期36-42,共7页
机械化种植是甘薯高效生产中的关键技术环节之一,实现甘薯机械化种植对降低劳动强度、提高种植质量和效率具有重要意义。介绍甘薯主产区分布特点和甘薯种植农艺要求,分析国内外甘薯起垄、移栽机械化技术与装备的发展现状,重点阐述甘薯链... 机械化种植是甘薯高效生产中的关键技术环节之一,实现甘薯机械化种植对降低劳动强度、提高种植质量和效率具有重要意义。介绍甘薯主产区分布特点和甘薯种植农艺要求,分析国内外甘薯起垄、移栽机械化技术与装备的发展现状,重点阐述甘薯链(带)夹式、多连杆式、挠性圆盘式等移栽机构工作特点、研究重点及应用领域。结合现代化农业背景和甘薯产业生产发展要求,指出当前甘薯种植机械化关键技术与装备面临移栽机械化水平低、关键技术创新不足、符合甘薯种植农艺要求的成熟适用机型缺乏、自动化和智能化作业装备缺乏等问题。提出加强基础理论研究、突破关键技术、开展适于甘薯移栽的多样化技术与装备研究、开展甘薯移栽机械自动化和智能化研究等建议,以期为甘薯种植机械化关键技术与装备创新设计提供参考。 展开更多
关键词 甘薯 种植机械化 种植农艺 种植装备
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基于改进深度强化学习算法的农业机器人路径规划
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作者 赵威 张万枝 +4 位作者 侯加林 侯瑞 李玉华 赵乐俊 程进 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第7期1492-1503,共12页
农业机器人采用深度强化学习算法进行路径规划时存在难以找到目标点、稀疏奖励、收敛缓慢等问题,为此提出基于多目标点导航融合改进深度Q网络算法(MPN-DQN)的路径规划方法.利用激光同步定位与建图(SLAM)扫描全局环境以构建先验地图,划... 农业机器人采用深度强化学习算法进行路径规划时存在难以找到目标点、稀疏奖励、收敛缓慢等问题,为此提出基于多目标点导航融合改进深度Q网络算法(MPN-DQN)的路径规划方法.利用激光同步定位与建图(SLAM)扫描全局环境以构建先验地图,划分行走行和作物行区域;对地图边界进行膨胀拟合处理,形成前向弓字形作业走廊.利用中间目标点分割全局环境,将复杂环境划分为多阶段短程导航环境以简化目标点搜索过程.从动作空间、探索策略和奖励函数3个方面改进深度Q网络算法以改善奖励稀疏问题,加快算法收敛速度,提高导航成功率.实验结果表明,搭载MPN-DQN的农业机器人自主行驶的总碰撞次数为1,平均导航时间为104.27 s,平均导航路程为16.58 m,平均导航成功率为95%. 展开更多
关键词 深度强化学习 农业机器人 中间目标点 多目标点导航融合改进深度Q网络算法(MPN-DQN) 路径规划
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基于改进A^(*)算法+LM-BZS算法的农业机器人路径规划 被引量:7
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作者 张万枝 赵威 +3 位作者 李玉华 赵乐俊 侯加林 朱倩 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期81-92,共12页
针对目前农业机器人在全局路径规划过程中存在规划效率低、规划路径折线段多、折线角度大、作业不稳定等问题,以果园履带机器人为运动学模型,提出一种基于改进A^(*)算法+低阶多段贝塞尔曲线拼接(Low-order multi-segment Bezier curve s... 针对目前农业机器人在全局路径规划过程中存在规划效率低、规划路径折线段多、折线角度大、作业不稳定等问题,以果园履带机器人为运动学模型,提出一种基于改进A^(*)算法+低阶多段贝塞尔曲线拼接(Low-order multi-segment Bezier curve splicing,LM-BZS)算法的路径规划方法。首先,根据先验地图获取果园环境信息,将果树和障碍物视作不可通行区域,并结合机器人本体尺寸,对不可通行区域进行膨胀拟合处理;然后,利用改进A^(*)算法搜索路径,对初步生成路径进行树行节点调整;最后,采用LM-BZS算法对调整后的路径点进行优化处理,生成符合果园履带机器人作业要求的行驶路径。仿真试验结果表明,相较于传统A^(*)算法,本文所提出的改进算法在无障碍和有障碍环境中,路径规划时间分别减少76.75%、86.40%,节点评估数量分别减少36.68%、39.37%;经LM-BZS算法优化所得路径在无障碍环境中,相较于传统A^(*)算法和高阶贝塞尔算法,平均曲率分别降低45.81%、18.94%;在有障碍环境中平均曲率分别降低56.98%、27.81%。场地试验结果表明,果园履带机器人在对本文算法生成路径进行跟踪行驶时,在无障碍和有障碍环境中,最大横向误差分别为0.428、0.491 m,平均横向误差分别为0.232、0.276 m,平均航向偏差分别为11.06°、13.76°,符合果园履带机器人自主行驶条件。 展开更多
关键词 农业机器人 改进A^(*)算法 路径规划 LM-BZS算法
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桑园立式旋转动力耙优化设计与试验 被引量:1
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作者 杨庆璐 律政文 +4 位作者 闫银发 杨硕 李法德 宋占华 陈玉军 《农业机械学报》 北大核心 2025年第1期210-220,共11页
桑园耕整地作业是提高桑叶产量的重要基础,根据桑园种植模式和耕整地作业要求,设计了一种适用于桑园的立式旋转动力耙。根据桑园种植模式和耕整地农艺要求确定了动力耙整机结构,通过对耙刀作业过程理论计算和运动学分析,确定耙刀结构参... 桑园耕整地作业是提高桑叶产量的重要基础,根据桑园种植模式和耕整地作业要求,设计了一种适用于桑园的立式旋转动力耙。根据桑园种植模式和耕整地农艺要求确定了动力耙整机结构,通过对耙刀作业过程理论计算和运动学分析,确定耙刀结构参数。利用离散元法对动力耙作业过程进行仿真,分析不同外倾角对耙刀所受扭矩和作业质量的影响以及耙刀作业过程中所受扭矩的变化规律。选取转子转速、前进速度、耙深为试验因素,以碎土率、耙后地表平整度、土壤容重为试验指标,进行了三因素三水平正交旋转组合田间试验。试验结果表明:转子转速和前进速度对碎土率、耙后地表平整度和土壤容重的影响极显著;耕深仅对碎土率的影响显著,对耙后地表平整度和土壤容重均无显著影响。优化计算得到作业参数最优组合:转子转速为350 r/min、前进速度为0.7 m/s、耕深为20 cm,此时碎土率为97.89%,耙后地表平整度为11.04 mm,土壤容重为1.11 g/cm^(3)。以优化得到的作业参数组合进行验证试验,得到碎土率为97.29%,耙后地表平整度为11.53 mm,土壤容重为1.07 g/cm^(3),与优化得到的结果一致,满足作业要求。 展开更多
关键词 桑园耕整地 动力耙 离散元仿真 优化设计
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基于表型机器人的小麦关键生育期表型检测方法
5
作者 宋绪斌 王春颖 +4 位作者 李明 赵兴田 王庆隆 杨明清 刘平 《农业机械学报》 北大核心 2025年第3期67-79,共13页
为解决传统田间小麦表型数据采集与解析自动化水平低和精准性差的问题,研制了小麦表型机器人底盘,并提出一种基于表型机器人的小麦关键生育期表型检测方法。首先,提出了TD-YOLO v11出苗检测模型,实现了田间小麦出苗精准识别。该模型在... 为解决传统田间小麦表型数据采集与解析自动化水平低和精准性差的问题,研制了小麦表型机器人底盘,并提出一种基于表型机器人的小麦关键生育期表型检测方法。首先,提出了TD-YOLO v11出苗检测模型,实现了田间小麦出苗精准识别。该模型在特征提取网络中引入可变性卷积模块(Deformable convolutional v4,DCNv4),增强模型捕捉上下文信息的能力,降低计算复杂度和参数量。此外,引入任务动态对齐检测头(Task dynamic align detection head,TDADH),通过动态选择特征,提高模型的分类和定位性能。然后,构建了融合多传感器与边缘计算的小麦表型解析系统,该系统集成了出苗检测方法与前期研究提出的抽穗期监测及开花期判定等表型解析方法,实现了田间表型数据的高效自动化采集与解析。结果表明,提出的方法具有较高的小麦出苗识别精度(R^(2)为0.908,RMSE为11.73,rRMSE为23.04%),同时实现小麦抽穗期及开花期表型的动态监测。该方法可用于田间小麦表型数据的高通量采集和高效解析,为小麦育种田间表型获取工作提供了高效、可靠的技术支持。 展开更多
关键词 小麦 表型机器人 解析系统 表型鉴定 YOLO v11
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Design and experiment of an automated honey-harvesting robot
6
作者 ZHANG Di WANG Chunying +2 位作者 YANG Mingguo SUN Zixuan LIU Ping 《智能化农业装备学报(中英文)》 2025年第2期24-34,共11页
The conventional honey production is dominated by fragmented,small-scale individual farming models.The traditional approach of honey-harvesting involving manual beehive frames extraction,beeswax layer excision and cen... The conventional honey production is dominated by fragmented,small-scale individual farming models.The traditional approach of honey-harvesting involving manual beehive frames extraction,beeswax layer excision and centrifugal honey separation,expose beekeepers to potential bee stings and frequently compromise honeycomb integrity.To address these limitations,we designed an automated honey-harvesting robot capable of autonomous frame extraction and beeswax removal.The robot mainly consists of a mobile mechanism equipped with image recognition for beehive localization,a magnetic adsorption-based beehive frame handling device(60.8 N maximum suction)coupled with a cross-slide mechanism for precise frame manipulation,and a thermal beeswax layer-melting apparatus,with optimal melting parameters(15 m/s airflow at 90℃ for 30 seconds)determined through rigorous thermal flow simulations utilizing FLUENT/Mechanical software.Field experiments demonstrated beehive frames handling success rate exceeding 85%,beeswax layer removal efficacy over 80% and damage of honeycombs below 30%.The experiment results validate the robot's operational reliability and its capacity to automate critical harvesting procedures.This study significantly reduces the labor intensity for beekeepers,effectively eliminates the risk of direct human-bee contact and improves the removal of beeswax layer,thereby catalyzing the modernization of the beekeeping industry. 展开更多
关键词 honey-harvesting AUTOMATED beeswax layer-melting fluid-structure interaction parameter optimization
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基于改进YOLO v8s的水稻种植机械作业质量检测 被引量:1
7
作者 刘双喜 张玮平 +3 位作者 胡宪亮 王刘西航 宋占华 王金星 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期61-70,共10页
稻田中秧苗与稻种规范化精准识别检测是实现水稻种植机械作业质量检测的前提,为解决水稻种植图像识别研究过程中存在稻田背景复杂、机械运行速度快、形态特征难以提取等造成识别准确率较低的问题,提出一种基于改进YOLO v8s的轻量化质量... 稻田中秧苗与稻种规范化精准识别检测是实现水稻种植机械作业质量检测的前提,为解决水稻种植图像识别研究过程中存在稻田背景复杂、机械运行速度快、形态特征难以提取等造成识别准确率较低的问题,提出一种基于改进YOLO v8s的轻量化质量检测方法。首先,通过由井关PZ60型水稻插秧机的研制而成的稻田种植质量检测装置,搭建作业质量检测图像采集平台,拍摄获得作业质量的图像构成ImageSets数据集,根据国家相关标准制定质量检测评价指标。随后通过引入轻量化GhostNet模块,减少网络模型的运行参数量;同时为了提升卷积神经网络检测性能,将CPCA注意力模块引入到检测算法中,有效地增强对水稻作业质量的特征提取,抑制稻田复杂的背景信息,准确获得作业图像的关键特征,对秧苗与稻种这种数量多、体积小的目标的检测效果有较为明显的提升;其次,将YOLO v8s模型中的CIoU损失函数替换为EIoU损失函数,使模型具有更快更好的收敛速度与定位效果,实现作业质量的精确识别。试验结果表明,改进后的YOLO v8s模型在测试集上的平均精度均值为92.41%,精确率为92.11%,召回率为92.04%;与YOLO v5s、YOLO v7、YOLO v8s、Faster R-CNN网络模型相比,平均精度均值分别提高7.91、7.71、4.28、1.03个百分点。改进后模型检测速度与内存占用量分别为88 f/s、19.2 MB,与YOLO v8s模型相比分别减少12.8%、10.7%,经种植环境测试能够检测出作业质量是否合格,能够实现质量检测的作用。改进YOLO v8s网络模型对稻田作业质量检测具有快速准确的识别能力,具有较好的鲁棒性,在水稻种植质量检测方面有显著成效,可为水稻种植机械化质量检测提供新的检测方法。 展开更多
关键词 水稻种植质量检测 机械作业 YOLO v8 漂秧漏秧 图像识别
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基于改进YOLO v8的苹果树树干精准识别方法 被引量:1
8
作者 张宏建 孙智霖 +3 位作者 亓新春 曹鑫鹏 任松 王金星 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期246-255,262,共11页
针对苹果树树干识别中存在检测精度差与速度低的问题,提出一种基于改进YOLO v8的苹果树树干精准识别方法。首先,采用深度感知相机采集苹果树树干图像,并以YOLO v8为基准模型,采用结构重参数化卷积替换卷积层,增强模型特征学习能力。其次... 针对苹果树树干识别中存在检测精度差与速度低的问题,提出一种基于改进YOLO v8的苹果树树干精准识别方法。首先,采用深度感知相机采集苹果树树干图像,并以YOLO v8为基准模型,采用结构重参数化卷积替换卷积层,增强模型特征学习能力。其次,优化特征融合单元,增加动态头部检测机制,提升检测速度与检测精度。最后,以传统YOLO v8、Fast R-CNN等作为对照模型,以平均精度和帧率等作为评价指标,进行田间试验。结果表明,本文改进模型具备精准识别苹果树树干的能力,平均精度达到95.07%,检测速度提升至112.53 f/s,模型参数量为4.512×10^(7)。相比传统YOLO v8模型,平均精度提高了4.98个百分点,检测速度提高了3.24 f/s。与主流的目标检测模型Fast R-CNN、YOLO v7、YOLO v5、YOLO v3相比,改进模型平均精度分别高出15.26、6.33、9.59、13.41个百分点;检测速度分别高出96.81、75.27、2.23、57.10 f/s;参数量比Fast R-CNN、YOLO v5、YOLO v3分别减少9.198×10^(7)、1.93×10^(6)、1.641×10^(7)。该研究为苹果园中自主导航及智能作业提供了技术与方法支持。 展开更多
关键词 苹果树树干 精准识别 改进YOLO v8 特征学习 动态检测
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瓶栽鹿茸菇自动采收装置设计与试验
9
作者 吴彦强 侯献伟 +3 位作者 喻俊源 石浩彤 刘霞 侯加林 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期105-116,共12页
针对瓶栽鹿茸菇工厂化采收装备缺失的问题,提出了一种“输-定-切-夹”采收工艺,并设计了相应的自动采收装置,阐述了装置总体结构及工作原理,确定了整机作业流程。通过对栽培筐输送过程运动学与力学分析,确定了导流条安装角及输送辊筒参... 针对瓶栽鹿茸菇工厂化采收装备缺失的问题,提出了一种“输-定-切-夹”采收工艺,并设计了相应的自动采收装置,阐述了装置总体结构及工作原理,确定了整机作业流程。通过对栽培筐输送过程运动学与力学分析,确定了导流条安装角及输送辊筒参数;基于ANSYS LS-DYNA对切割过程进行了仿真分析,以切割速度、进给速度、带锯条前角及齿距为试验因素,以切割反作用力为响应指标,通过响应面法进行了切割性能建模和优化。结合物理试验确定了最优参数组合:切割速度为6.49 m/min、进给速度为0.12 m/min、前角为25°、齿距为7 mm;采用ABAQUS软件对柔性手指弯曲过程进行了仿真,结合物理试验确定了柔性手指最优结构参数为:气腔厚度2 mm、气腔7个、气压25 kPa、限制层厚度3 mm。整机试验表明,装置运行平稳,采收作业效果良好,平均采净率、平均损失率和平均损伤率分别为98.18%、3.66%和2.75%,满足瓶栽鹿茸菇实际采收要求。 展开更多
关键词 瓶栽鹿茸菇 自动采收装置 回转式切割 柔性夹持
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基于温湿度异布的日光温室冬季主动通风策略设计与验证 被引量:3
10
作者 宋成宝 柳平增 +3 位作者 刘兴华 魏珉 张正辉 章子文 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期228-238,共11页
针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。... 针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。结果显示,温室上下区域积温差值可达300℃,白天日照时段的相对湿度差值达20个百分点,且呈现温度上高下低、湿度上低下高的空间异布特征,自然通风模式下室内上部高温低湿空气优先与室外干冷空气置换导致其保温降湿效能低下。基于此,该研究提出了主动通风排湿策略,利用安装于温室底部的轴流风机改变气流方向,强迫下部区域低温高湿空气从风机口优先向外排出,使上部区域高温低湿空气逆向沉积保留在室内,有效排湿的同时降低热量损耗。主动通风实地试验结果显示,相比于受室内外气候影响可控性差的自然通风,主动通风率可在0~30 m^(3)/(m^(2)·h)之间无级调节,有利于通风的精准控制;晴朗、多云、阴雨3种典型天气下主动通风的日平均温湿比均高于自然通风,体现出较好的气象适应能力和稳定性;其中,晴朗天气下日均温度可提高2.0~2.7℃,日均相对湿度可降低15~17个百分点,日均温湿比可提高31.1%~32.9%,保温排湿效能改善明显。同时,主动通风策略的投入产出比为2.62,能够以较低的投入获得理想的经济收益,经济可行性较好。该研究所提出的主动通风排湿策略可以有效提高保温排湿效能,技术合理性和经济可行性良好,可为日光温室冬季微气候调控提供理论参考和解决方案。 展开更多
关键词 日光温室 温度 湿度 主动通风 温湿度异布 保温降湿
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我国北方可降解膜水稻覆膜插秧机械研究进展
11
作者 卢淼 张玮平 +7 位作者 胡安瑞 王刘西航 杨圣杰 展颖超 魏立兴 傅生辉 国磊 刘双喜 《中国稻米》 2025年第5期17-25,共9页
我国北方地区凭借昼夜温差大、光照充足等自然条件,在优质稻米生产方面具备独特优势。然而,受地温较低、水资源短缺、农药化肥过量施用以及传统塑料地膜污染等因素制约,北方水稻种植在可持续发展道路上仍面临诸多挑战。可降解膜水稻覆... 我国北方地区凭借昼夜温差大、光照充足等自然条件,在优质稻米生产方面具备独特优势。然而,受地温较低、水资源短缺、农药化肥过量施用以及传统塑料地膜污染等因素制约,北方水稻种植在可持续发展道路上仍面临诸多挑战。可降解膜水稻覆膜插秧机械采用生物可降解地膜作为覆盖材料,将高效插秧技术与覆膜作业有机融合,实现覆膜与插秧的同步作业,集增温保湿、抑草节肥、防治病虫害等多种功能于一身。此技术能够显著提高水稻秧苗的成活率,增强秧苗的早期生长优势,有助于促进水稻稳产和品质提升。同时,它还能有效减少塑料膜残留污染,是推动北方稻作实现绿色可持续发展的关键技术之一。本文系统综述了可降解膜水稻覆膜插秧机械在国内外的研究进展,深入分析了该技术在我国北方寒地稻作生产中的作用机制和应用效果,总结了当前存在的问题与技术瓶颈,并对未来的发展方向进行了展望,旨在为我国北方水稻种植机械化与绿色化的融合发展提供理论支持和技术参考。 展开更多
关键词 水稻 可降解膜 覆膜插秧机械 可持续发展 中国
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自走式拱棚机连续插架装置设计与试验
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作者 刘平 万一卓 +2 位作者 孟勇 宋绪斌 王春颖 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期1-8,共8页
针对目前拱棚搭建机械停机插架作业效率低的问题,该研究研制了自走式拱棚机的连续插架装置。此装置设计行星轮系反向传动机构和弯折部件,行星轮系反向传动机构带动弯折部件转动可实现弯杆、压杆等动作。“棚杆-土壤”离散元仿真分析确... 针对目前拱棚搭建机械停机插架作业效率低的问题,该研究研制了自走式拱棚机的连续插架装置。此装置设计行星轮系反向传动机构和弯折部件,行星轮系反向传动机构带动弯折部件转动可实现弯杆、压杆等动作。“棚杆-土壤”离散元仿真分析确定插入土壤最大深度10 cm时,棚杆所受土壤阻力为51 N;为确保棚杆成功插入土壤,对棚杆及弯折部件的压杆臂进行应力仿真分析,仿真结果表明,在保证压杆臂不会发生断裂的前提下,压杆臂与棚杆之间的摩擦力为168 N,远大于棚杆所受土壤阻力,且棚杆应力在屈服强度内,此时棚杆弯折且不断裂;通过分析弯折部件的弯折压板运动轨迹,根据小拱棚插架深度、间距的农艺需求,确定弯折支架最优长度为27 cm,中心转轴的速度与车体行进速度比值为0.85。田间试验结果显示,棚杆平均插架深度为7.04 cm,平均插架间距为74.11 cm,两侧插架深度的平均误差0.09 cm,平均插架间距偏差为0.16 cm,连续插架装置作业效果满足小拱棚搭建的农艺要求,进一步验证了连续插架装置设计的合理性和作业的稳定性。研究结果可为连续插架覆膜拱棚机的研制提供理论基础。 展开更多
关键词 农业机械 试验 设计 拱棚搭建 连续插架 弯折部件
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