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基于激光雷达的果树智能修剪系统设计与试验 被引量:2
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作者 杨洋 韩华宇 +5 位作者 安东 王宇 唐武 刘京辉 宋龙 周艳 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期47-56,123,共11页
针对传统果树修剪存在人员劳动强度大、修剪效率低及修剪质量难以保证等问题,本文设计了果树智能修剪机械臂,并利用固态激光雷达与可编程逻辑控制器开发了基于激光雷达的果树智能修剪系统,实现果树自动修剪。为了验证修剪臂的控制精度,... 针对传统果树修剪存在人员劳动强度大、修剪效率低及修剪质量难以保证等问题,本文设计了果树智能修剪机械臂,并利用固态激光雷达与可编程逻辑控制器开发了基于激光雷达的果树智能修剪系统,实现果树自动修剪。为了验证修剪臂的控制精度,分别对修剪机的摆动机械臂、举升机械臂、修剪切割总成进行独立精度试验与修剪目标位置精度试验,独立精度试验结果表明摆动机械臂、举升机械臂、修剪切割总成控制精度平均误差分别为2.32%、3.75%、2.50%,修剪目标位置精度试验结果表明目标位置X_(b)、Z_(b)平均误差分别为2.98%、1.85%,修剪总成作业倾角α平均误差为4.35%,满足果树修剪精度要求。在新疆阿克苏果树种植基地开展了果树修剪试验,结果表明,搭载固态激光雷达的果树修剪机能够实时获取果树的三维空间信息,修剪机可以根据激光雷达探测到的果树树冠信息制定修剪策略,香梨园与苹果园修剪优良率分别为93.3%与86.6%。该系统能有效提高果树修剪效率,降低修剪人员劳动强度。 展开更多
关键词 果树修剪机 激光雷达 自动修剪 修剪策略
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小麦小区育种脱粒装置优化设计与试验
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作者 陈黎卿 朱俊文 +3 位作者 刘策 张春岭 张浩天 蔡增宾 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期72-81,共10页
针对现有小麦小区育种脱粒机在多穗脱粒作业工况下籽粒破碎率与未脱净率高等问题,基于纹齿-刀齿组合式脱粒元件小区育种脱粒系统,本文开展脱粒元件结构设计与小麦脱粒分离接触力学分析。构建小麦柔性空心茎秆离散元模型,以籽粒未脱净率... 针对现有小麦小区育种脱粒机在多穗脱粒作业工况下籽粒破碎率与未脱净率高等问题,基于纹齿-刀齿组合式脱粒元件小区育种脱粒系统,本文开展脱粒元件结构设计与小麦脱粒分离接触力学分析。构建小麦柔性空心茎秆离散元模型,以籽粒未脱净率和破碎率为评价指标,探究脱粒元件前倾角、凸棱宽度和凸棱高度对小麦育种脱粒性能的影响。采用Box-Behnken分析方法构建小麦脱粒损失回归模型,确定纹齿-刀齿组合式脱粒元件最优结构参数为前斜角56°、凸棱宽度13.9 mm和凸棱高度3.4 mm。样机试验结果表明,当滚筒转速800 r/min、喂入量15穗/次时,小麦籽粒未脱净率为0.71%,破碎率为0.14%,验证了设计的纹齿-刀齿组合式脱粒系统在小麦多穗育种脱粒作业工况下的有效性与优越性。 展开更多
关键词 小麦 小区育种 脱粒装置
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基于北斗容错策略的小麦小区播种机控制系统研究 被引量:1
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作者 薛晨 陈黎卿 +3 位作者 张春岭 刘策 张留洋 朱俊文 《农业机械学报》 北大核心 2025年第3期240-246,362,共8页
随着智能化作业的发展,北斗系统已广泛应用于小麦小区智能播种作业,但由于田间作业工况复杂,易出现北斗系统信号丢失或偏移等异常,导致播种精度下降,本文提出了一种基于容错策略的小麦小区播种机控制系统。首先,建立北斗报文解析模型,... 随着智能化作业的发展,北斗系统已广泛应用于小麦小区智能播种作业,但由于田间作业工况复杂,易出现北斗系统信号丢失或偏移等异常,导致播种精度下降,本文提出了一种基于容错策略的小麦小区播种机控制系统。首先,建立北斗报文解析模型,确定排种电机转速影响因素,进而提出一种基于趋势移动平均法的北斗容错策略;其次,应用基于粒子群改进算法的模糊神经网络PID算法实现对电机的精准控制;最后进行试验验证。台架试验结果表明,人为修改北斗报文模拟异常时,小麦各行排量一致性变异系数平均值为3.87%,满足排种要求。将该容错策略应用于小麦小区田间播种作业,结果表明,当小区长度为4、5、6 m时,多行播种均匀性变异系数分别为19.94%、20.76%和21.79%,单行播种均匀性变异系数分别为19.93%、20.87%和22.26%,满足国家标准和小麦小区播种农艺要求,验证了本文提出的基于容错策略的小麦小区播种控制系统的可靠性与准确性。 展开更多
关键词 小麦小区播种机 控制系统 报文异常 北斗容错策略 播种均匀性
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独立电驱清选的高湿小麦脱粒机设计与试验
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作者 刘策 张浩天 +3 位作者 朱俊文 王伟 张春岭 陈黎卿 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期82-93,共12页
针对以贵州为代表的丘陵山区小麦收获时含水率高,传统小麦脱粒机因动力不足难以有效实现高湿小麦清选分离的难题,本文提出一种独立电驱清选技术,以降低高湿小麦分段式收获清选含杂率与损失率。结合清选系统工作原理与空气动力学理论,开... 针对以贵州为代表的丘陵山区小麦收获时含水率高,传统小麦脱粒机因动力不足难以有效实现高湿小麦清选分离的难题,本文提出一种独立电驱清选技术,以降低高湿小麦分段式收获清选含杂率与损失率。结合清选系统工作原理与空气动力学理论,开展籽粒运动过程分析,确定小麦清选性能关键影响因素。融合计算流体力学和离散元法(CFD-DEM)构建清选系统的流固耦合数值仿真模型,以含杂率、损失率为评价指标,探究导流管道倾斜角、吸杂管道横截面积与吸杂口负压对清选性能的影响规律。采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)开展关键参数匹配优化设计,当导流管道倾斜角为24.0088°、吸杂管道横截面积为179.8062 cm^(2)、吸杂口负压为873.6316 Pa时,清选系统含杂率与损失率分别为0.92%和0.96%。试制样机并开展试验验证,结果表明,清选含杂率与损失率分别为1.21%和0.82%,对比传统小麦脱粒机,损失率基本保持不变,含杂率降低35.98%。研究成果可为丘陵山区高湿小麦清选系统装备研发提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 小麦脱粒机 清选系统 CFD-DEM NSGA-Ⅱ 优化设计
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液态粪肥分配器多路流动均匀性优化设计
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作者 刘京辉 郭延超 +1 位作者 王笑乐 杨洋 《拖拉机与农用运输车》 2025年第3期56-66,共11页
液态粪肥具有高含杂率、高黏度等特性,传统单入口卧式液肥分配器结构简单,无法满足各出肥口等压等量均匀分配的施肥要求。为降低各出肥口流量差异,本文设计了一种多入口卧式液肥分配器,运用计算流体力学方法模拟了单入口、多入口卧式分... 液态粪肥具有高含杂率、高黏度等特性,传统单入口卧式液肥分配器结构简单,无法满足各出肥口等压等量均匀分配的施肥要求。为降低各出肥口流量差异,本文设计了一种多入口卧式液肥分配器,运用计算流体力学方法模拟了单入口、多入口卧式分配器内部流场,获得了压力、速度云图和出口质量流量。结果表明,多入口结构能够有效提高出肥口流量分布的均匀性,减少转动能量损失。在此基础上,研究了不同转子转速和不同入口流量下的分配器内部流场,确定了额定流量工况下的最佳转子转速,进一步分析了该转速下液肥流量对腔内流场的影响。通过优化分配器各出口管路长度,改善了分配器腔内及各管路出口流量的均匀性。样机试验结果表明,管路优化后的液肥分配器出口流量更加均匀,从而更好适应液肥还田的工作需求。 展开更多
关键词 液态粪肥 分配器 计算流体力学 优化设计
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基于激光雷达与RGB相机融合的玉米作物行检测算法研究 被引量:3
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作者 江庆 安东 +4 位作者 韩华宇 刘京辉 郭延超 陈黎卿 杨洋 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期263-274,共12页
针对单一传感器在面对复杂田间环境适应性差的问题,本文提出了一种基于固态激光雷达(LiDAR)与RGB相机融合的玉米作物行检测方法。首先,研究了固态激光雷达和RGB相机联合标定方法,同步获取玉米作物行图像和点云数据并进行数据预处理。然... 针对单一传感器在面对复杂田间环境适应性差的问题,本文提出了一种基于固态激光雷达(LiDAR)与RGB相机融合的玉米作物行检测方法。首先,研究了固态激光雷达和RGB相机联合标定方法,同步获取玉米作物行图像和点云数据并进行数据预处理。然后,将预处理后的图像数据和点云数据融合,实现点云“着色”,基于点云“着色”提出聚类感兴趣密度区域算法。利用“着色”点云完成聚类,并结合作物种植农艺标准(行距),分别验证点云信息和颜色信息的可用性,能够选择最优信息完成作物行感兴趣区域聚类。最后,通过划分点云水平条带的方式确定目标点云的特征点聚类区域,取作物行特征点,并利用最小二乘法拟合作物行检测线。仅需调整行距参数,算法可实现全生命周期的作物行检测,利用正常工况下玉米苗期、前期、中期和后期数据开展算法验证,作物行中心线平均误差不大于1.781°,准确率不小于92.69%,平均耗时不超过102.7 ms。此外,为验证算法鲁棒性,开展了复杂农田背景环境,如高杂草背景、断行、苗期杂草高度与玉米高度相近以及玉米完全封行4种工况作物行检测,算法平均误差不大于1.935°,准确率不小于91.94%,平均耗时不超过108.3 ms。通过讨论阐述了基于点云“着色”开展作物行中心线提取的优越性,本文算法可为作物行中心线可靠检测提供参考。 展开更多
关键词 玉米作物行识别 激光雷达 RGB相机 联合标定 点云“着色”
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桁架式农田高通量信息远程采集平台设计与试验 被引量:1
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作者 张刚 王宇 +3 位作者 杨宇航 唐武 乔印虎 杨洋 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期93-103,共11页
针对当前作物表型采集平台存在适用性差、采集数据量少、对农田配套设施要求高且需要人工实地采集等问题,该研究设计了一种基于桁架导轨结构的农田高通量信息远程采集平台。采集平台的运动轨道为桁架导轨结构,平台搭载相机、雷达、北斗... 针对当前作物表型采集平台存在适用性差、采集数据量少、对农田配套设施要求高且需要人工实地采集等问题,该研究设计了一种基于桁架导轨结构的农田高通量信息远程采集平台。采集平台的运动轨道为桁架导轨结构,平台搭载相机、雷达、北斗及集成式环境传感器,可在轨道上进行前后(X轴)、左右(Y轴)、俯仰(P轴)运动,通过4G通信方式实现作物表型信息及农田环境信息的远程多方位采集。田间试验表明,4G远程通信端到端的最大延时不超过60 ms,远程监控端和采集平台端可在极短时间内进行数据交互;在远程监控端下发X、Y、P三轴阶跃信号控制指令,采集平台三轴的运动速度分别为0.5 m/s、0.0769 m/s和1.81°/s,表型传感器可在较短时间内到达目标位置进行信息采集,响应稳态误差分别为0.04 m/s、0.001 m和0.5°,运动过程平滑稳定,保证采集数据质量;Y轴从最左端移动到最右端跨度2 m的过程中,可有效对10行玉米产生近距离有效拍摄,P轴从-60°到60°的俯仰拍摄中,可对玉米苗带行垂直、前侧、后侧等几种不同的方向进行表型采集,且相机图像与雷达点云采集的一致,相机旋转俯仰拍摄的过程中受光照影响较小;对采集到相机及雷达数据融合得到具有颜色信息的三维点云,通过融合后的信息对油菜进行分株及提取株高信息,与人工实际测量株高值对比得到的R^(2)为0.96,表明采集数据效果满足后期实际作物表型参数的分析与处理;单区域的环境信息采集平均耗时10 s,各项环境参数组内无明显差异,与实测数据相比精度均大于0.95。研究结果表明该采集平台满足对农田高通量表型数据的智能化采集要求。 展开更多
关键词 桁架 数据采集 远程控制 高通量 作物表型
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基于YOLOv8和伪彩色处理的玉米去雄机导航线提取算法 被引量:1
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作者 刘雨杰 郭延超 +3 位作者 杨宇昂 吕轩 王笑乐 杨洋 《拖拉机与农用运输车》 2024年第5期47-51,68,共6页
抽雄期玉米的去雄打顶是提高玉米产量的重要任务,但该时期玉米的叶片、雄穗和土壤色彩难以分割,这给玉米去雄机的行间导航任务造成了困难。考虑到导航线提取的关键是在农业机械行驶区域内进行作物特征点的检测,故本文通过YOLOv8神经网... 抽雄期玉米的去雄打顶是提高玉米产量的重要任务,但该时期玉米的叶片、雄穗和土壤色彩难以分割,这给玉米去雄机的行间导航任务造成了困难。考虑到导航线提取的关键是在农业机械行驶区域内进行作物特征点的检测,故本文通过YOLOv8神经网络自主提取玉米雄穗感兴趣区域(ROI),并在ROI内采用Jet映射和Otsu算法分割雄穗、绿叶和土壤,然后采用FAST角点检测方法提取雄穗特征点并根据导航区域划分特征点集,最后采用最小二乘法拟合作物行检测线。实验结果表明,该算法实现了精确的、快速的玉米抽雄期导航线提取,处理单帧图像(600 pix×700 pix)平均耗时56.7 ms,平均偏差角为1.03°,能够满足玉米去雄机田间导航行驶的需求。 展开更多
关键词 作物行检测 深度神经网络 伪彩色处理 ROI 农机导航
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新时代农机操作员队伍建设对农机化的发展思考 被引量:2
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作者 田茂凯 《河北农机》 2023年第20期9-11,共3页
现代农业的重要物质装备是农业机械,支撑着现代农业的发展。自2004年《中华人民共和国农业机械化促进法》颁布以来,国家对农机化发展的扶持措施逐步加强,加快了农机化的发展。安徽省整体农机化水平大幅提高,平原地区粮食作物生产耕种收... 现代农业的重要物质装备是农业机械,支撑着现代农业的发展。自2004年《中华人民共和国农业机械化促进法》颁布以来,国家对农机化发展的扶持措施逐步加强,加快了农机化的发展。安徽省整体农机化水平大幅提高,平原地区粮食作物生产耕种收等环节实现了较高水平的机械化生产,但丘陵山区受多种条件因素制约,农机化发展速度相对缓慢。而丘陵山区的农业机械化对乡村振兴和农业现代化建设,以及最终实现共同富裕都具有重要意义。为发展农业机械化,客观上迫切需要有一支技术硬、素质强和发展稳的新型农机操作员队伍。本文从安徽省农机操作员队伍现状与丘陵山区农机水平发展的角度分析,思考了农机操作员队伍制度创新的必要性及其建设对策。 展开更多
关键词 农机化 农机操作员 新型职业农民 队伍建设
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