检索结果-内蒙古大学图书馆

农业工程学报 2025年第1期41卷 12-26页

作者：廖宜涛施彬彬王传奇廖庆喜武安阳欧耀徽华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

中国南方丘陵山地油菜和小麦的机械化生产是解决南方地区冬闲田难题的有效途径,也是保障国内粮油安全的重要措施,但受地形条件和种植模式影响,目前南方丘陵山地油菜、小麦机械化播种水平较低且发展缓慢,仍处于“无机可用”或“无好机可... 详细信息

中国南方丘陵山地油菜和小麦的机械化生产是解决南方地区冬闲田难题的有效途径,也是保障国内粮油安全的重要措施,但受地形条件和种植模式影响,目前南方丘陵山地油菜、小麦机械化播种水平较低且发展缓慢,仍处于“无机可用”或“无好机可用”状态。该文从生产区划、应用场景、技术装备3个方面分析了南方丘陵山地油菜小麦机械化生产现状,通过梳理油菜和小麦典型生产场景与实际应用机具之间的矛盾,明确了湿黏稻茬土壤、复杂丘坡地形、油菜和小麦种植农艺要求、区域经济落后、经营主体倾向和技术市场空缺等是影响南方丘陵山地各油麦产区机械化播种发展水平不充分的主要因素;通过分析现阶段油菜小麦机械化播种装备应用、技术发展及南方丘陵山地油麦机械化播种的技术卡点和装备发展需求,提出了研发适应南方丘陵山地黏重湿烂土壤条件、丘坡地形和小地块播种的智能化油麦兼用联合直播机是提高油麦机播水平的装备基础,并明确黏重与湿烂土壤种床整备、丘陵山地起伏地表播深控制、油麦兼用精量排种、智能化播种控制等关键技术是研究重点。研究可为南方丘陵山地油菜、小麦机械化播种水平提升提供参考。

关键词：南方丘陵山地油菜小麦机械化播种发展现状趋势

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荸荠冲击损伤有限元仿真分析及试验

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农业工程学报 2025年第4期41卷 40-49页

作者：张国忠李子涵刘婉茹张清洪陈立明裴蕾刘浩蓬华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和... 详细信息

荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和主应变失效耦合模型建立荸荠材料模型,通过跌落试验标定并验证了模型参数,开展三因素三水平全因子杆条碰撞仿真试验探究跌落高度、碰撞接触面直径、碰撞材料对荸荠损伤的影响,并以考虑淤伤软化和破裂的损伤易感性评价标准建立了损伤易感性经验公式。测量得到荸荠果肉弹性模量、屈服强度、切线模量分别为7.916、0.586、4.554 MPa,主应变失效值为0.098,以失效网格体积和超过0.60 MPa应力区间体积对其冲击损伤分布进行模拟,淤伤体积、破裂体积及耗散能量与试验相对误差分别为7.18%、8.98%、6.62%,表明模型可用于描述荸荠在冲击载荷下的力学特性、破裂现象和能量耗散;杆条冲击试验结果表明,荸荠跌落高度与损伤易感性呈现线性增加关系,碰撞接触材料弹性模量对其损伤有显著影响,接触直径对损伤影响与接触材料有关,与结构钢碰撞时,损伤随直径增加出现先增大后减小现象,与PVC和橡胶碰撞时,损伤随接触直径增大而减小。研究结果可为荸荠机械化收获质量和采后处理技术与装备研究提供参考。

关键词：荸荠机械损伤损伤模型有限元杆条

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自然环境下柑橘采摘机器人避障规划研究

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农业机械学报 2025年第2期56卷 420-428页

作者：鲍秀兰包有刚马萧杰马志涛任梦涛李善军华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对柑橘枝-叶-果丛生密布、位姿随机生长情况,为了实现对内生交错和枝果层叠的果实安全交互采摘,本文提出了一种柑橘避障采摘方法。为了提高定位精度和采摘效率,将手眼标定问题转换为求解T_(1)X=XT_(2)的问题,完成了相机坐标系到机械... 详细信息

针对柑橘枝-叶-果丛生密布、位姿随机生长情况,为了实现对内生交错和枝果层叠的果实安全交互采摘,本文提出了一种柑橘避障采摘方法。为了提高定位精度和采摘效率,将手眼标定问题转换为求解T_(1)X=XT_(2)的问题,完成了相机坐标系到机械臂基坐标系的标定;针对自然环境下柑橘开心树形进行了基于点云密度的树木骨架提取,并通过点密度阈值法对枝干点云进行降噪处理,提高运算速度;利用八叉树地图法进行枝干障碍物地图搭建,通过层次包围盒法拟合机械臂并进行碰撞检测,以时间最优为目标,提出一种符合采摘农艺需求的改进RRT-connect避障规划算法,在RRT-connect算法上引入目标偏置,对采样点进行优选导向。为验证该避障方法的可行性,以标准矮化密植栽培柑橘果园为研究对象,搭建了采摘机器人避障系统。针对自然环境下果树内部和贴近树干生长柑橘果实分别进行多组避障采摘试验。试验结果表明,针对贴近树干生长果实的避障运动时间为9.5 s,避障采摘成功率为91%;针对果树内部生长的果实避障运动时间为10.5 s,避障采摘成功率为88%。

关键词：柑橘采摘机器人自然环境避障规划

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基于最小作用力的球形果蔬采摘灵巧手接触力优化

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农业机械学报 2025年第2期56卷 333-341页

作者：鲍秀兰任梦涛马萧杰高胜童包有刚李善军华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对末端执行器采摘作用力与果蔬匹配性差,导致损伤率较高、通用性偏低的问题,提出一种基于灵巧手的球形果蔬无损抓取接触力优化方法。分析球形果蔬采摘的分离方案,建立有摩擦无损点接触模型,以采摘期的水蜜桃为研究对象,试验测定指尖... 详细信息

针对末端执行器采摘作用力与果蔬匹配性差,导致损伤率较高、通用性偏低的问题,提出一种基于灵巧手的球形果蔬无损抓取接触力优化方法。分析球形果蔬采摘的分离方案,建立有摩擦无损点接触模型,以采摘期的水蜜桃为研究对象,试验测定指尖材料与水蜜桃的静摩擦因数和无损接触参数。基于旋量理论建立多指灵巧手的运动学模型以及雅可比矩阵,分析果蔬采摘的力平衡约束,构建关节-接触点-果蔬的力位映射模型,提出基于最小作用力的灵巧手抓取规划方法,以采摘水蜜桃为例进行求解分析,基于快速非支配排序遗传算法(Nondominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)实现接触力的多目标寻优。水蜜桃采摘试验结果表明,该方法能实现对半径为2.6~8 cm水蜜桃的稳定抓取与采摘,有效避免采摘过程中果蔬损伤,实际测量值与理论计算值平均绝对接触力误差为0.39 N,采摘成功率为92%,无损率为97.8%,平均采摘时间为10.3 s,满足灵巧手无损稳定采摘的需求。

关键词：球形果蔬采摘机器人灵巧手无损抓取接触力优化力封闭

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基于处方图的油菜精准变量施肥调控系统设计与试验

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农业机械学报 2025年第3期56卷 256-266,300页

作者：丁幼春李浩鹏董万静张栋津徐春保华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对目前油菜直播机施肥作业过程中施肥调控精度低、土壤肥力分布不同难以实现时空差异化肥力补给的问题,设计了一种基于处方图的油菜精准变量施肥线性自抗扰调控系统。提出了基于云端高精度地图规划作业路径对施肥处方图进行栅格划分... 详细信息

针对目前油菜直播机施肥作业过程中施肥调控精度低、土壤肥力分布不同难以实现时空差异化肥力补给的问题,设计了一种基于处方图的油菜精准变量施肥线性自抗扰调控系统。提出了基于云端高精度地图规划作业路径对施肥处方图进行栅格划分的方法,为机具施肥提供了指导性施肥量。构建了排肥器的线性自抗扰控制算法,Matlab仿真确定了关键参数,并与PID控制算法对比,线性自抗扰控制算法在抗干扰、超调量、稳态误差分别提高了39.08%、91.77%、86.96%。台架试验结果表明:施肥调控系统在设定施肥量和作业速度下,排肥器颗粒肥排量平均控制精度为98.06%。路面试验结果表明:基于处方图的变量施肥调控系统在变量施肥作业时,通过滞后距离补偿,平均施肥位置滞后距离为0.28 m,不同位置的施肥量控制精度均大于95.67%。田间试验结果表明:线性自抗扰控制算法在不同栅格区域内施肥量控制精度不低于95.21%,优于PID控制算法。该研究可为油菜生产中基于土壤养分的精准变量施肥提供技术支持。

关键词：油菜施肥处方图变量施肥线性自抗扰控制

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稻茬田油菜直播秸秆覆盖还田装置设计与试验

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农业机械学报 2025年第1期56卷 186-196页

作者：张青松齐涛燕桓廖庆喜杜文斌蔡家顺华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播作业时,地表留存的水稻秸秆质量大,直播机触土部件进行秸秆混埋、深埋等作业时,存在秸秆全量还田难度大、机具易堵塞等问题,设计了一种稻茬田油菜直播秸秆覆盖还田装置,该装置可与油菜直播机配合作业,... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播作业时,地表留存的水稻秸秆质量大,直播机触土部件进行秸秆混埋、深埋等作业时,存在秸秆全量还田难度大、机具易堵塞等问题,设计了一种稻茬田油菜直播秸秆覆盖还田装置,该装置可与油菜直播机配合作业,完成秸秆后铺覆盖还田、开畦沟、灭茬旋耕碎土、施肥播种等作业工序,实现部分秸秆厢面覆盖还田,可以通过液压系统控制装置作业参数调节部分秸秆混埋还田作业效果和厢面覆盖秸秆质量。秸秆覆盖还田装置主要由拨秸部件、割秸部件、提秸部件、输秸部件和液压系统等组成,通过动力学与运动学分析,确定秸秆覆盖还田装置关键部件结构及运行参数。开展田间试验,试验结果表明,油菜直播秸秆覆盖还田装置各工作部件作业正常,机组作业通过顺畅,当秸秆覆盖输入量为1.9~2.7 kg/s时,机具作业后厢面秸秆覆盖作业均匀性好,当输入秸秆量达2.7 kg/s时,秸秆覆盖作业均匀性系数可达90.8%,研究结果为稻茬田油菜直播秸秆覆盖还田装置设计提供参考。

关键词：油菜直播秸秆覆盖还田装置稻茬田田间试验

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油菜秸秆还田长度与空间分布对玉米播种质量的影响

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农业工程学报 2025年第5期41卷 50-56页

作者：梁方罗历强展森朋王俊凯谷进伟舒鑫华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

为降低长江中下游油菜-玉米轮作区油菜秸秆还田对玉米播种带来的不利影响,采用2因素10水平单因素试验,探究油菜秸秆长度(6~150 mm)及秸秆在不同深度土层(0~15 cm)的空间分布对玉米出苗率与植株高度等播种特性的影响。结果表明:玉米出苗... 详细信息

为降低长江中下游油菜-玉米轮作区油菜秸秆还田对玉米播种带来的不利影响,采用2因素10水平单因素试验,探究油菜秸秆长度(6~150 mm)及秸秆在不同深度土层(0~15 cm)的空间分布对玉米出苗率与植株高度等播种特性的影响。结果表明:玉米出苗率和植株高度随着油菜秸秆长度增大而逐渐减小,且呈线性关系,秸秆长度每降低1 cm,出苗率提高3.83个百分点,植株高度增加1.32 cm;当秸秆长度取最小值6 mm,上层(≥0~5 cm)、中层(≥5~10 cm)和底层(≥10~15 cm)土层秸秆埋覆质量相同(秸秆质量变异系数为0)时,玉米出苗率达到100%,植株高度最大生长至55.84 cm;油菜秸秆长度相同、埋覆不均匀时,玉米出苗率和植株高度由上层土壤秸秆埋覆质量占比决定,且上层土壤秸秆埋覆质量占比越低,玉米出苗率和植株高度越高;当上层土壤秸秆埋覆质量占比相同时,玉米出苗率和植株高度由中层土壤秸秆埋覆质量占比决定,且中层土壤秸秆埋覆质量占比越低,玉米出苗率和植株高度越高;提高秸秆粉碎程度,降低中上层秸秆埋覆质量,增加底层土壤秸秆埋覆质量占比,实现秸秆深埋,有助于提高出苗率与植株高度。研究结果可为秸秆还田优质种床构建与质量提升提供理论支持。

关键词：秸秆玉米油菜还田长度空间分布播种质量

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稻油轮作无人化农场农机作业路径规划算法与移动端软件研究

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农业机械学报 2025年第2期56卷 73-82页

作者：黄小毛王绍帅石逸泽黄希亚马永生罗承铭华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

稻油轮作是我国长江中下游地区水稻和油菜两种作物种植的主要模式。为发展稻油轮作无人化农场,进一步降低该地区水稻和油菜种植用工成本、提高种植效益及竞争力,本文通过分析稻油轮作无人化农场的生产模式、机具类型和作业路径规划要求... 详细信息

稻油轮作是我国长江中下游地区水稻和油菜两种作物种植的主要模式。为发展稻油轮作无人化农场,进一步降低该地区水稻和油菜种植用工成本、提高种植效益及竞争力,本文通过分析稻油轮作无人化农场的生产模式、机具类型和作业路径规划要求,针对稻油轮作无人化农场典型作业环节农机具田间自动导航作业过程的路径需求,结合Android软件开发、Java-Python混合编程、云服务器和数据库等多项技术,设计了基于Android应用框架的无人化农场智能农机具作业运维软件,包括地块管理、机具属性管理、路径规划及仿真模拟和路径导出等模块。在已有联合收获机收获作业路径规划算法、播种机播种作业路径规划算法和无人机植保及飞防作业路径规划算法的基础上,重点设计了稻收油播和水田耕整地2个典型作业环节的路径规划算法,并通过Chaquopy插件混合编程调用前期Python编码实现的田间作业路径规划算法。通过基于Google Earth软件选取的典型实际田块多算例仿真测试和基于稻收油播一体机的实机田间试验联合调试结果表明,所设计的移动端软件及路径规划算法运行稳定可靠,软件人机交互性好,算法能够针对不同机具及常见四边形地块提供有效的自动导航自主作业路径,单个田块作业路径规划算法在小米5 Pro平板计算机等4种典型Android移动终端上的运行耗时为29~1898 ms,计算效率及路径合理性均满足实际应用中典型作业环节无人化生产的需要。所提出的算法及软件框架,为长江中下游区域稻油轮作无人化农场的建设提供了作业路径规划理论及技术支撑。

关键词：无人化农场稻油轮作路径规划自动导航 Android平台

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基于单视角RGBD图像的柑橘果实三维重建与表型检测方法

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农业机械学报 2025年第3期56卷 80-90页

作者：徐胜勇易同舟秦子轶樊清涛杨宏磊李善军华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

水果表型的测量和分析是植物育种和遗传学研究的一个重要领域。单视角RGBD图像的表型检测方法通量高、成本低,但受限于传感器分辨率和视角,通常无法获取果实的表面积和体积等数据。本文提出了一种基于PFNET的点云补全网络改进方法,可使... 详细信息

水果表型的测量和分析是植物育种和遗传学研究的一个重要领域。单视角RGBD图像的表型检测方法通量高、成本低,但受限于传感器分辨率和视角,通常无法获取果实的表面积和体积等数据。本文提出了一种基于PFNET的点云补全网络改进方法,可使用深度相机获取的类球形果实单视角点云进行高精度三维重建并进行表型无损测量。为解决补全网络输入比例不固定的问题,提出了一种自适应几何补全策略将单视角点云补全为近似的半球。在PFNET网络框架上增加了第4尺度,以充分利用KINECT相机获取的稠密点云,有利于复杂形状和细节丰富的结构补全。通过引入四头自注意力模块,能更好地捕捉点云中各点间的相互依赖和空间关系,提升网络特征提取能力。增添了果实点云优化模块,解决原网络生成点云存在局部扩散的问题并提升点云质量,模拟人工测量方式设计了针对性的表型检测方法。实验结果表明,该方法与结构光三维扫描仪获取的柑橘果实点云质量接近,三维重建还原度高。对于横径、纵径、表面积和体积4种表型检测的R^(2)均大于0.96,平均测量精度均超过93.24%。与RGBD图像法相比,单果检测时间增加17.97 s,但横纵径检测精度大幅提高,且能一次测量4项表型参数。与三维扫描仪方法相比,检测精度差值在4个百分点以内,但速度超过48倍,硬件成本只有后者的1/10,且易于实现自动化。本文方法在检测精度、运行速度、硬件成本和自动化程度上具有较好的平衡,是一种低成本、综合性能高的三维重建技术,有广泛应用于类球形果实表型无损测量的潜力。

关键词：球形果实表型检测点云补全深度学习 PFNET RGBD图像

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油菜机械直播铲锹式种床整备机往复滑切刀设计与试验

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农业工程学报 2025年第1期41卷 75-86页

作者：林建新廖庆喜康艳杜文斌张青松蔡家顺华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区水稻收获后秸秆留茬高且覆盖量大的作业工况,为提高油菜机械直播铲锹式种床整备机的秸秆切割能力、秸秆与土壤混合一致性和作业后秸秆在耕层深度上的垂直分布均匀性,该研究研制了一种适配于铲锹式耕地装置的往... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区水稻收获后秸秆留茬高且覆盖量大的作业工况,为提高油菜机械直播铲锹式种床整备机的秸秆切割能力、秸秆与土壤混合一致性和作业后秸秆在耕层深度上的垂直分布均匀性,该研究研制了一种适配于铲锹式耕地装置的往复滑切刀,在铲锹作业前预先对未耕地表层土壤进行扰动与秸秆切割。首先基于往复滑切刀滑切秸秆的动力学模型,确定满足要求的往复滑切刀刃口滑切角范围为31°~59°;建立了往复滑切刀摆动作业的运动学模型,分析了刃口动态滑切角与静态滑切角、转速、前进速度等参数的变化关系,结合铲锹式耕地装置运动学模型得出的往复滑切刀角速度变化趋势,使用阿基米德螺线对其刃口曲线进行设计。进一步通过DEM-MBD耦合仿真,选取曲柄转速、前进速度和刃口角为试验因素,以往复滑切刀秸秆切割效果和平均作业阻力为评价指标进行单因素及三因素三水平正交试验,根据极差和方差分析结果得出较优参数组合。田间试验结果表明,安装往复滑切刀的铲锹式种床整备机与未安装时相比,机组作业后长度小于100 mm的秸秆质量占比增加了17.09个百分点,长度大于200 mm的秸秆质量占比降低了20.75个百分点,耕后秸秆在土壤中的垂直分布均匀性提升了39.68个百分点。研究可为该地区耕整地机具及关键部件的设计与改进提供参考。

关键词：油菜稻油轮作铲锹式种床整备机水稻秸秆滑切

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