检索结果-内蒙古大学图书馆

农业机械学报 2025年第3期56卷 503-512,530页

作者：陈震彭智康徐凤英李长友蒋卓罗菊川华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

去核是制取荔枝灯笼果肉的必备工序,但荔枝核径多变,机械化高效成功去核困难。为解决这一难题,通过测定荔枝果物理性能,设计了一种自适应去核的刀具和机构;并基于LS-DYNA动力学仿真和台架试验,量化了荔枝3种转速去核过程等效应力和切削... 详细信息

去核是制取荔枝灯笼果肉的必备工序,但荔枝核径多变,机械化高效成功去核困难。为解决这一难题,通过测定荔枝果物理性能,设计了一种自适应去核的刀具和机构;并基于LS-DYNA动力学仿真和台架试验,量化了荔枝3种转速去核过程等效应力和切削应力的时空变化规律;比较了变核径荔枝果不同转速自适应去核成功率和果肉损失率,评价了综合去核效果。仿真结果确定了转速对荔枝果等效应力分布与切削应力极值的影响,且仿真试验与台架试验结果基本一致。随着转速增加,荔枝果最大等效应力与最大切削应力均下降,变核径荔枝果自适应去核成功率提升。3种转速中,292 r/min去核综合效果最优,其去核成功率和果肉损失率分别为100%和22.4%。

关键词：荔枝果去核变核径自适应 LS-DYNA力学仿真

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甘蔗整秆立式收获集捆装置多刚体动力学仿真与试验

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华南农业大学学报 2025年第1期46卷 124-132页

作者：徐凤英夏腾飞刘庆庭邹小平陈震罗菊川华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室广东广州510642

【目的】解决甘蔗整秆立式收获缺乏集捆装置,导致甘蔗收获机体型大、难于在复杂地形有序集捆问题。【方法】设计了一种用于直立甘蔗整秆立式收获的集捆装置;基于多刚体动力学分析,采用仿真试验和台架试验分别考察了甘蔗整秆在不同控制因... 详细信息

【目的】解决甘蔗整秆立式收获缺乏集捆装置,导致甘蔗收获机体型大、难于在复杂地形有序集捆问题。【方法】设计了一种用于直立甘蔗整秆立式收获的集捆装置;基于多刚体动力学分析,采用仿真试验和台架试验分别考察了甘蔗整秆在不同控制因素(下转指高度和转速)组合模式下的作业指标与性能(甘蔗质心高度、集捆成功率)。【结果】下转指高度和转速均显著影响甘蔗整秆的集捆成功率(P<0.05),台架试验与仿真试验的结果基本一致。在18个集捆模式中,下转指高度为400 mm、转速为30 r/min模式的集捆成功率100%,集捆过程中甘蔗整秆质心高度呈V型动态,作业安全性最高,推荐作为优选模式。【结论】研制的甘蔗整秆立式集捆装置空间结构紧凑、集捆成功率高,可适应广大丘陵山区复杂地形条件下的甘蔗高效收获;揭示的集捆过程机制对研制甘蔗整秆联合收获机械有广泛的参考价值。

关键词：甘蔗整秆立式集捆装置质心高度集捆成功率机械化收获

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基于全状态反馈控制的农机自动驾驶曲线路径跟踪方法

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农业机械学报 2025年第2期56卷 145-154页

作者：何杰刘善琪满忠贤岳孟东王靖霆汪沛胡炼华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642

不规则农田中,沿曲线路径作业可有效提高无人化农机作业适用性。针对当前无人化作业曲边农田作业覆盖率低的问题,本文提出一种基于全状态反馈控制的曲线路径跟踪控制方法。构建一个以横向偏差、航向偏差和航向增量作为状态向量的三阶全... 详细信息

不规则农田中,沿曲线路径作业可有效提高无人化农机作业适用性。针对当前无人化作业曲边农田作业覆盖率低的问题,本文提出一种基于全状态反馈控制的曲线路径跟踪控制方法。构建一个以横向偏差、航向偏差和航向增量作为状态向量的三阶全状态反馈控制器。将系统线性化并转换为空间矩阵形式,在满足系统稳定性约束的条件下求解增益矩阵,从而获取前轮转角。基于Matlab/Simulink仿真环境对控制器性能进行验证,结果表明,补偿后平均绝对误差相较于补偿前算法降低31%,最大绝对误差降低17.9%。为验证本文所提方法,设计了3组田间试验。变曲率路径试验结果表明,当农机作业速度为0.7 m/s时,横向偏差最大值为0.0705 m,绝对误差为0.0218 m,标准差为0.0234 m,航向偏差最大值为12.25°,绝对误差为1.37°,标准差为1.68°;定曲率路径试验结果表明,横向偏差最大值为0.1034 m,绝对误差为0.0424 m,标准差为0.0477 m,航向偏差最大值为8.9°,绝对误差为1.86°,标准差为2.45°;沿曲边田埂跟踪试验结果表明,横向偏差最大值为0.0597 m,绝对误差为0.0123 m,标准差为0.0158 m,航向偏差最大值为7.01°,绝对误差为1.85°,标准差为2.49°。跟踪精度均能满足作业需求,研究结果为无人农机进行复杂多变的曲边作业提供了理论和技术支撑。

关键词：农业机械自动驾驶路径跟踪曲线导航全状态反馈控制

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大田无人化智慧农场农田边界识别技术研究现状与展望

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农业机械学报 2025年第2期56卷 1-18页

作者：罗锡文谷秀艳胡炼赵润茂岳孟东何杰黄培奎汪沛华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642

智慧农业是现代农业的发展方向,无人化智慧农场是实现智慧农业的重要途径,无人化智慧农场是农业转型升级的重要方向,其精准高效作业质量依赖于农田边界识别技术的精度和可靠性。本文系统梳理了农田边界识别的技术体系与应用场景,重点分... 详细信息

智慧农业是现代农业的发展方向,无人化智慧农场是实现智慧农业的重要途径,无人化智慧农场是农业转型升级的重要方向,其精准高效作业质量依赖于农田边界识别技术的精度和可靠性。本文系统梳理了农田边界识别的技术体系与应用场景,重点分析了卫星遥感、无人机遥感和地面感知3类数据获取方式和识别算法研究现状。卫星遥感的优势在于其广域周期性的监测能力可支撑大范围农田变化分析,但空间分辨率有限;无人机高分辨率影像与地面传感器深度融合(如LiDAR点云与RGB图像配准)可实现厘米级边界分割,为复杂农田场景提供高精度数据支撑,但视野范围有限。传统图像处理算法(阈值分割、边缘检测等)在规则农田中具有实时性优势,但难以应对异物同谱、静态要素遮挡等场景;基于深度学习的U-Net、DeepLab系列模型通过多尺度特征融合与注意力机制优化可显著提升对不规则边界的识别鲁棒性。这些技术都已应用于农业数字化地图构建和农机路径规划,但仍面临多源数据时空对齐精度不足导致融合效率低,轻量化模型在边缘计算设备上的推理速度难以满足实时作业需求,农田边界变动实时监测难等问题。未来应聚焦多模态时空特征融合、边缘推理导向的模型轻量化技术,以及空-天-地协同支撑下的数字农田地图自主更新技术,为实现农田边界的高精度、高响应和高动态识别提供支撑。

关键词：智慧农场空-天-地边界识别种植区域田埂机耕道

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基于双观测值融合卡尔曼滤波器的水田农机转向轮角估计方法与试验

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农业机械学报 2025年第2期56卷 38-47页

作者：满忠贤何杰冯达文李仁浩邓小兵涂团鹏汪沛胡炼华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642

针对水田自动驾驶农机遇到侧滑时速度突变导致转角估计不准确的问题,本文提出了一种基于双观测值融合卡尔曼滤波器的水田作业农机转向轮角估计方法,建立了水田作业农机转向轮角估计模型。首先采用改进型两轮农机侧滑模型获得基于运动学... 详细信息

针对水田自动驾驶农机遇到侧滑时速度突变导致转角估计不准确的问题,本文提出了一种基于双观测值融合卡尔曼滤波器的水田作业农机转向轮角估计方法,建立了水田作业农机转向轮角估计模型。首先采用改进型两轮农机侧滑模型获得基于运动学模型的水田农机前轮转向角度,其次对所采集的GPS速度和惯性导航速度采用加权观测融合的方法对转向模型的水田农机作业速度进行补偿,最后提出了基于双观测值融合卡尔曼滤波器的水田作业农机轮向轮角估计方法,将基于运动学模型的前轮转向角和基于转向电机编码的前轮转向角作为双观测值,从而估计水田农机前轮转角。为验证本文所提方法,以水稻直播机为研究平台,在水田中开展速度校正、前轮转向角估计试验和直线跟踪试验。速度校正试验结果表明,水田硬底层高低不平是前轮转角拟合精度不佳的直接原因,本文所提方法将直播机速度稳定在一定范围内,解决了因水田硬底层起伏变化造成前轮转角拟合精度不佳的问题。前轮转向角估计试验结果表明,农机前轮估计角度相对角度传感器角度变化跟踪误差平均值为0.12°,偏差最大值为1.67°,偏差标准差为0.4°。本文所提方法能够准确地测量农机前轮转向角,最终控制直播机稳定追踪目标角度,满足水田农机前轮转角估计精度要求。直线跟踪试验结果表明,在水田环境下,平均绝对误差为3.14 cm,位置偏差标准差为2.11 cm。本文提出的方法适用于水田无人驾驶,提高了转角估计精度和农机导航作业质量。

关键词：水田农业机械自动驾驶卡尔曼滤波器

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深松作业质量监测系统设计与试验

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农机化研究 2025年

作者：许行行刘伟埼陈硕郑健林李会郑嘉成杨丹彤郑丁科华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室

采用深度监测与路径记录相结合的方法监测深松作业深度,以便提高深松作业均匀性,确保作业质量。同时,基于深松深度与耕作阻力、土壤坚实度的关系,通过监测耕作阻力来反映耕作深度,以销轴式传感器为阻力监测核心部件,安装在深松犁与拖拉... 详细信息

采用深度监测与路径记录相结合的方法监测深松作业深度,以便提高深松作业均匀性,确保作业质量。同时,基于深松深度与耕作阻力、土壤坚实度的关系,通过监测耕作阻力来反映耕作深度,以销轴式传感器为阻力监测核心部件,安装在深松犁与拖拉机三点悬挂处,设计了简便连接机构,实现了监测系统的简便使用。通过试验,获得了在确定的深松铲、前进速度等条件下的“深松阻力-深松深度-土壤坚实度”三者之间的关系:y=0.002 4x1-0.022 78x2+21.91,结合GPS模块的定位功能,利用AiM显示仪与RS3软件搭建了数据采集平台,开发了集深松深度与行走路径于一体的监测系统。试验结果表明:通过传感器的力反馈,系统能够准确监测深松深度,平均误差为3.41%,解决了人工测量存在误差的问题,同时简化了深松合格率的计算过程,降低了时间成本;通过GPS模块的路径记录,可以监测深松作业过程中重叠作业、漏松的情况,形成深松作业的三维地图,能够直观反映深松作业的质量。

关键词：深松作业质量监测系统深松阻力 GPS

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基于双曲正切函数的采摘机械臂滑模跟踪控制

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华南农业大学学报 2025年第2期46卷 238-245页

作者：李杰浩刘宏鲜罗群斐卢家欢华南农业大学工程学院/南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广东广州510642

【目的】解决机械臂在农业领域应用中末端轨迹跟踪控制问题,确保农业采摘机器人采摘末端高精度轨迹跟踪和系统稳定运行。【方法】提出一种基于双曲正切函数采摘机械臂的滑模跟踪控制方法。根据逆向运动学构建基于工作空间的机械臂动力... 详细信息

【目的】解决机械臂在农业领域应用中末端轨迹跟踪控制问题,确保农业采摘机器人采摘末端高精度轨迹跟踪和系统稳定运行。【方法】提出一种基于双曲正切函数采摘机械臂的滑模跟踪控制方法。根据逆向运动学构建基于工作空间的机械臂动力学模型,设计双曲正切函数的滑模跟踪控制器,由Lyapunov函数保证控制系统的渐进稳定性。在MATLAB/Simulink环境中搭建机械臂仿真控制系统进行控制算法验证,分析滑模控制器对机械臂末端轨迹的跟踪效果。【结果】仿真试验结果表明,与切换函数滑模控制器相比,基于双曲正切函数的滑模控制器能够实现高精度的轨迹跟踪和稳定控制,提高末端轨迹跟踪的收敛速度,减小机械臂末端轨迹跟踪控制误差,并使末端轨迹跟踪曲线的收敛时间减少50%,有效提高机械臂采摘系统的实时性和跟踪精度。【结论】研究可为机械臂采摘的实际应用提供有效的控制方法。

关键词：采摘机械臂工作空间滑模控制双曲正切函数轨迹跟踪

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基于驱动轮横向侧偏补偿的自动导航拖拉机改进纯追踪路径跟踪控制方法

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农业机械学报 2025年第2期56卷 28-37页

作者：何杰曾鸿禧李明锦贺静莫家骏汪沛赵润茂华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642 广东工贸职业技术学院广州510550 华南农业大学黄埔创新研究院广州510700

自动导航拖拉机在侧偏侧滑等工况下路径跟踪误差大、纠偏易超调且调节时间长。为解决拖拉机侧偏侧滑工况快速纠偏问题,提出了一种基于驱动轮横向控制补偿策略的改进纯追踪路径跟踪控制方法。通过构建拖拉机的坡面侧滑模型,结合二轮车运... 详细信息

自动导航拖拉机在侧偏侧滑等工况下路径跟踪误差大、纠偏易超调且调节时间长。为解决拖拉机侧偏侧滑工况快速纠偏问题,提出了一种基于驱动轮横向控制补偿策略的改进纯追踪路径跟踪控制方法。通过构建拖拉机的坡面侧滑模型,结合二轮车运动学模型,提出了纯追踪算法的横向控制补偿策略,对经典纯追踪算法进行改进,实现自动驾驶拖拉机精确横向补偿控制。为验证本文横向侧偏补偿改进纯追踪路径跟踪算法性能,进行CarSim/Simulink联合仿真,缓坡试验结果表明,改进后的算法在10°斜坡上的控制精度相比经典算法提升了73.6%;持续侧滑仿真,经典算法无法脱困,而改进算法在3.9 s内完成脱困,横向偏差收敛至0.01 m以内,超调量为0.14 m。此外本文还在田间试验中验证了改进算法的有效性,在相同试验条件下,进行了3次重复试验,结果表明拖拉机在所有试验中均成功脱困,试验表明平均脱困时间为7.03 s,平均最大超调量为0.054 m。试验结果表明,本文横向控制补偿策略显著提升了自动导航拖拉机在复杂工况下的控制精度和稳定性。

关键词：拖拉机自动导航路径跟踪纯追踪算法横向侧偏补偿侧滑

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再生稻头季低碾压收获作业路径规划技术研究

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农业机械学报 2025年第2期56卷 19-27页

作者：胡炼张鸿何杰满忠贤岳孟东屈高凯唐启源黄培奎罗锡文华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642 湖南宏硕生物科技有限公司益阳413119 湖南农业大学农学院长沙410128

路径规划是决定再生稻头季收获作业效率和质量的关键因素之一。目前,无人农机在作业区域内的全覆盖路径规划技术研究中,较少有考虑收获机在田间收获时对再生稻的碾压问题,为此本文开展减少碾压的再生稻收获路径规划研究。通过分析农田... 详细信息

路径规划是决定再生稻头季收获作业效率和质量的关键因素之一。目前,无人农机在作业区域内的全覆盖路径规划技术研究中,较少有考虑收获机在田间收获时对再生稻的碾压问题,为此本文开展减少碾压的再生稻收获路径规划研究。通过分析农田信息、待作业区域和卸粮等,将再生稻收获卸粮路径规划问题转化为带有容量约束的车辆路径问题(CVRP)。以收获机最小碾压面积和最短总路径为目标,构建再生稻收获路径数学模型。提出再生稻少碾压路径规划混合算法,采用传统蚁群算法(ACO)和2-opt算法获得最优路径。以再生稻无人驾驶收获机为对象,设计直线路径规划田间试验、地头转向路径以及卸粮路径规划田间试验和全环节田间作业试验,采用自动驾驶系统进行田间试验,考察收获机田间碾压率。结果表明,直线跟踪平均绝对误差为3.51 cm,最大偏差为8.24 cm,直线段作业碾压率为17.55%。地头区域碾压率下降52.2%。本研究设计的路径规划全田碾压率为27.42%,满足再生稻特殊的作业要求。

关键词：再生稻收获机无人驾驶路径规划蚁群算法 2-opt算法

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基于Transformer-FNN和无人机高光谱遥感技术的棉花黄萎病危害等级分类研究

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农业机械学报 2025年第2期56卷 240-251页

作者：廖娟梁业雄姜锐邢赫何欣颖王辉曾浩求何松炜唐赛欧罗锡文华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 农业装备技术全国重点实验室广州510642 广州商学院信息技术与工程学院广州511363 广东省农业人工智能重点实验室广州510642

针对目前使用无人机识别棉花黄萎病危害等级时,光谱数据冗余度高和传统机器学习模型识别精度不足等问题,采用无人机搭载Nano-Hyperspec高光谱成像仪采集棉田高光谱图像,通过探究棉花冠层对不同黄萎病危害等级的光谱响应特征,利用最优植... 详细信息

针对目前使用无人机识别棉花黄萎病危害等级时,光谱数据冗余度高和传统机器学习模型识别精度不足等问题,采用无人机搭载Nano-Hyperspec高光谱成像仪采集棉田高光谱图像,通过探究棉花冠层对不同黄萎病危害等级的光谱响应特征,利用最优植被指数组合建立一种适用于黄萎病危害等级分类的监测模型,实现棉花黄萎病危害等级的精准分类。首先,利用最小冗余最大相关算法(Minimum redundancy maximum relevance,mRMR)对17种潜在的植被指数和270个光谱波段进行特征重要性排序,将mRMR筛选得到的特征,通过逐步递增分组的方式输入至极限梯度提升模型(eXtreme gradient boosting,XGBoost),确定与黄萎病危害等级相关性最高的植被指数和光谱特征波段。然后,基于Transformer架构和前馈神经网络(Feedforward neural network,FNN)构建Transformer-FNN棉花黄萎病危害等级分类模型,将植被指数与光谱特征波段输入Transformer-FNN模型进行分类识别,对比了植被指数与光谱特征波段对棉花黄萎病危害等级分类识别的准确性。最后,利用后向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)、Transformer和支持向量机(Support vector machine,SVM)构建棉花黄萎病危害等级分类模型,并对这4种分类模型进行精度验证与对比分析。结果表明:棉花黄萎病等级分类的最优植被指数组合为MSR和TVI,最优特征波段组合为430、439、488、566、697、722、742、764、769、782、822、831、858、873、878、893、909、985 nm。基于Transformer-FNN模型,植被指数对黄萎病危害等级的总体分类精度为95.6%,较光谱特征波段的总体分类精度89.4%提高6.2个百分点。基于植被指数,Transformer-FNN模型对黄萎病危害等级的分类识别率比BPNN模型提高11.2个百分点,比Transformer模型提高17.2个百分点,比SVM模型提高30.8个百分点。研究提出了一种通过植被指数进行棉花黄萎病高精度监测方法,可为大面积棉花黄萎病精确监测提供有效措施。

关键词：棉花黄萎病 Transformer-FNN 特征组合 mRMR-XGBoost 高光谱遥感植被指数

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