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期刊信息/Journal information
农业机械学报
中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
农业机械学报

中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院

任露泉

月刊

1000-1298

njxb@caams.org.cn

010-64882610，64882231

100083

北京德外北沙滩1号6信箱

农业机械学报/Journal Transactions of the Chinese Society for Agricultural MachineryCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的国家级学术期刊，农业工程类中文核心期刊，美国工程信息公司（EI）收录期刊。主要刊登农业机械、农业工程、农用动力和能源、农产品及食品加工机械、农机化以及有关边缘学科的基础理论、设计制造、材料工艺、测试仪器与手段的研究成果及发展动向,反映学科最新研究成果和学术水平。同时还将及时提供中国农业机械学会举办的国内外学术活动信息，可供农机乃至机械行业中、高级技术人员、大专院校师生及科研单位的有关人员阅读参考。
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收录年代

    无人驾驶铰接转向车辆路径跟踪控制研究综述

    祝青园程家琪陈轩伟杨昌霖...
    1-21页
    查看更多>>摘要：路径跟踪是无人驾驶技术的重要组成部分,是实现铰接转向车辆准确平稳自主行驶的关键,对提高铰接转向车辆在农业、林业、矿山及建筑等行业的作业效率和安全性具有重要意义.车辆模型构建、控制算法设计和算法验证评估是路径跟踪控制研究的基础,围绕这3方面阐述了铰接转向车辆路径跟踪控制研究的进展.首先回顾了铰接转向车辆的几何学模型、运动学模型和动力学模型,并讨论了各类模型在路径跟踪控制研究中的适用场景及局限性;在此基础上,阐述了铰接转向车辆路径跟踪控制算法的研究现状,对比并总结了每种算法的优缺点及适用范围,并进一步归纳了算法的验证与评估手段;最后展望了铰接转向车辆路径跟踪技术未来的研究重点及方向:考虑车辆动力学因素及模型参数动态时变特性的车辆建模研究;融合各类算法适应性并结合智能算法的多工况自适应控制算法设计;标准化、流程化的高保真仿真场景开发及集成准确性、稳定性、安全性等多性能的评估方法研究.

    无人驾驶铰接转向车辆路径跟踪控制策略动力学模型验证评估

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    农业物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法

    郭万金李儒郝钦磊曹雏清...
    22-38页
    查看更多>>摘要：为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业的时间最优轨迹.该方法建立机器人协同作业的运动学模型和动力学模型,对物料移运机器人开展时间最优轨迹规划,并基于Lyapunov理论设计控制律减少跟踪误差,最后通过Matlab/Simulink和ADAMS联合仿真验证方法的有效性.结果表明,提出的轨迹规划方法可使机器人在抓放料协同作业和避障协同作业中取得平滑且时间最优的运动轨迹,机器人各关节的位移、速度、加速度、力/力矩曲线变化平缓,两履带牵引力满足机器人的要求且可快速稳定跟踪时间最优路径.

    物料移运机器人轨迹规划时间最优协同作业A*算法

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    分体刀具式名优茶采摘末端执行器设计与试验优化

    陈建能李杭刘林敏贾江鸣...
    39-46,195页
    查看更多>>摘要：针对名优茶机械化采摘过程中侧芽无法采摘的问题,根据顶芽、侧芽及茶梗的相关参数并结合茶园环境设计了一种末端执行器,利用分体式刀具的刀齿弯曲变形适应茶梗的干扰从而采摘侧芽.通过有限元仿真刀具切割侧芽得到采摘成功率的影响因素为刀齿宽度、刀齿长度及刀具厚度;采用三因素三水平的中心组合设计与响应面分析法研究各因素对采摘成功率的交互影响;以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,确定各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为:刀齿长度、刀齿宽度、刀具厚度.以采摘成功率为目标对各试验因素进行优化,得到优化后的刀齿宽度、刀具厚度、刀齿长度分别为2.6、0.9、20.0 mm.采用优化后的参数进行茶园采摘试验,结果表明,末端执行器能够有效完成茶叶采摘工作,顶芽、侧芽采摘成功率分别为93％、63％,试验值与预测值的相对误差小于5％,优化模型结果可靠.

    名优茶采茶机器人末端执行器分体式刀具侧芽

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    基于改进Faster R-CNN的苹果采摘视觉定位与检测方法

    李翠明杨柯申涛尚拯宇...
    47-54页
    查看更多>>摘要：针对采摘机器人对场景中目标分布密集、果实相互遮挡的检测及定位能力不理想问题,提出一种引入高效通道注意力机制(ECA)和多尺度融合特征金字塔(FPN)改进Faster R-CNN果实检测及定位方法.首先,利用表达能力较强的融合FPN的残差网络ResNet50替换原VGG16网络,消除了网络退化问题,进而提取更加抽象和丰富的语义信息,提升模型对多尺度和小目标的检测能力;其次,引入注意力机制ECA模块,使特征提取网络聚焦特征图像的局部高效信息,减少无效目标的干扰,提升模型检测精度;最后,采用一种枝叶插图数据增强方法改进苹果数据集,解决图像数据不足问题.基于构建的数据集,使用遗传算法优化K-means++聚类生成自适应锚框,提高模型定位准确性.试验结果表明,改进模型对可抓取和不可直接抓取苹果的精度均值分别为96.16％和86.95％,平均精度均值为92.79％,较传统Faster R-CNN提升15.68个百分点;对可抓取和不可直接抓取的苹果定位精度分别为97.14％和88.93％,较传统Faster R-CNN分别提高12.53个百分点和40.49个百分点;内存占用量减少38.20％,每帧平均计算时间缩短40.7％,改进后的模型参数量小且实时性好,能够更好地应用于果实采摘机器人视觉系统.

    苹果采摘机器人目标定位与检测FasterR-CNN注意力机制特征金字塔

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    基于无人机平台的气振式核桃采收机设计与试验

    郭关柱杨李洋罗亚南许光明...
    55-64页
    查看更多>>摘要：针对云南山地种植的深纹核桃树体高大造成现有机械难于采收,而人工爬树用竹竿击打采收成本高且伤亡大的问题,提出了搭载无人机的气振式核桃采收原理及方法,基于深纹核桃成熟果实的果柄连接强度的测试与分析结果,进行了核桃脱落的气振流动仿真分析,设计了搭载于六旋翼农业植保无人机上的气振式核桃采收机,分析了气振式核桃采收机在发射气振时的反冲稳定性,实施了气振式核桃采收机搭载无人机进行采收的试验验证,按效率优先和采净率优先两种采收模式,对气振式核桃采收机的采收效率和采净率做了预测分析.研究结果表明,核桃成熟度为80％、90％和100％时,使核桃果柄断裂实现落果的气振临界流速分别为77.5、69.0、58.5 m/s;气舱容积为20 L且气压为1 MPa时,气振式核桃采收机的气动喷口至核桃挂果位置的最佳距离为0.5 m,单次气振流动采收的最大有效面积的仿真值和试验值分别约为0.09 m2和0.10 m2,最大有效采收面积随着到气动喷口距离增大而减小.

    深纹核桃无人机气振流动采收机采收效率

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    多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器设计与试验

    侯加林方立志张海阔周凯...
    65-75,163页
    查看更多>>摘要：针对勺链式大蒜播种机取种过程中常出现的漏种、重种问题,设计了一种多重扰动清种式大蒜单粒取种排种器.取种勺在充种阶段获取多粒蒜种,经多重扰动清种,最终取种勺内仅余1粒蒜种.本文以金乡蒜种为研究对象,阐述了排种器的工作原理,确定了排种器的各项参数和多重扰动装置的最佳安装位置.通过DEM-MBD耦合仿真试验,分析了倾斜角、取种勺线速度对充种成功率的影响,以及凹槽形状对单粒取种率的影响.运用Box-Behnken中心组合试验方法,以第2弧形突出部分坡度、倾斜角、取种勺线速度为试验因素,以单粒取种率和漏种率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验.利用Design-Expert 8.0.6数据分析软件,分析了各因素对单粒取种率与漏种率的影响,对试验因素进行优化,确定了多重扰动装置最佳结构参数.设计试验台对仿真结果进行验证,倾斜角、取种勺线速度分别为15°、0.07 m/s的条件下,通过调节多重扰动装置与取种勺凹槽顶端距离适配不同级别蒜种,当Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级蒜种距离分别为0、6.1、12.1 mm时,单粒取种成功率分别为92.2％、97.2％、95.6％,具有良好的取种性能.

    大蒜播种机多重扰动单粒取种排种器DEM-MBD

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    新疆棉花秸秆离散元仿真参数标定研究

    张佳喜张彭张虎谭春林...
    76-84,108页
    查看更多>>摘要：由于棉花秸秆在机械化收获和粉碎加工过程中缺乏准确的仿真模型参数,从而造成在机具设计中仿真效果和实际作业存在较大的差异,在一定程度上限制了棉花秸秆收获以及粉碎装置的设计研究.本文以新疆棉花秸秆作为试验材料,开展仿真分析研究,通过物理试验测定棉花秸秆的本征参数后,利用EDEM软件进行试验仿真,对棉花秸秆进行参数标定.采用堆积角试验和弯曲试验方法,测量出棉花秸秆堆积角和最大破坏载荷分别为28.62°和143.21 N.应用Hertz-Mindlin no slip模型和Hertz-Mindlin with bonding模型进行棉花秸秆的堆积角仿真试验和弯曲仿真试验,得到棉花秸秆之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数和棉花秸秆-钢之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.5、0.41、0.06、0.5、0.37、0.08,以及棉花秸秆法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力分别为4.15 × 1010 N/m、5.60 × 1010 N/m、40 MPa、50 MPa.将以上结果进行粉碎试验验证,棉花秸秆粉碎后依据长度和宽度不同,分为粉末型物料、破碎型物料、未破碎型物料,仿真试验质量和实际试验质量之间偏差为6.84％、8.29％、7.37％,证明了参数的可行性,可用于棉花秸秆参数标定.

    棉花秸秆堆积角试验弯曲试验离散元参数标定

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    自走式马铃薯捡拾装袋机设计与试验

    杨德秋汪昕刘萌萌李洋...
    85-95页
    查看更多>>摘要：针对马铃薯分段收获中,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高的问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾装袋机.该自走式马铃薯捡拾装袋机能一次性完成马铃薯捡拾、薯土分离、除秧和装袋的工作.阐述了自走式马铃薯捡拾装袋机整体结构,并对捡拾装置、升运链装置、三级输送链装置、分拣台以及卸料装置等关键部件进行详细设计;运用DEM-MBD耦合的方法对马铃薯在两级输送链交接处的运动过程及受力情况进行分析;运用Box-Behnken试验方法,以漏薯率和伤薯率为评价指标,以整机前进速度、捡拾装置输送链线速度、升运链线速度、三级输送链线速度为试验因素,对该机工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型.对回归模型进行优化后,绘制响应面,并得出该机最优工作参数.田间试验表明:当前进速度为0.70 m/s、捡拾装置输送链线速度为1.10 m/s、升运链线速度为1.20 m/s、三级输送链线速度为1.30 m/s时,漏薯率为2.82％,伤薯率为3.61％,满足马铃薯捡拾收获作业要求.

    马铃薯分段收获马铃薯捡拾装袋机离散元多体动力学

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    基于气固耦合的气筛式马铃薯清选装置参数优化与试验

    李晓晖魏忠彩苏国粱王兴欢...
    96-108页
    查看更多>>摘要：针对马铃薯联合收获后含杂率高、后续二次清选伤薯破皮严重等问题,对气筛式马铃薯清选装置进行了优化设计,在低损伤的同时保持一定的清选除杂功能,在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响除杂率和薯块损伤的主要因素,通过EDEM-Fluent耦合构建仿真模型,以风机出风口气流速度、摆抖筛摆抖形式、摆抖频率、筛面倾角为试验因素,以马铃薯清选率和洁净率作为评价指标,对清选过程进行了多组仿真,并依据仿真结果进行验证与优化.研究结果表明,清选装置风机出风口气流速度对马铃薯气力清选的可行性起着决定性作用,摆抖筛摆抖形式、摆抖频率和筛面倾角对清选效果影响大,影响由大到小为风机出风口气流速度、摆抖筛筛面倾角、摆抖筛摆抖频率,且摆抖筛前后简谐摆抖优于上下摆抖.最优工作参数组合:摆抖筛前后简谐摆抖、摆抖筛筛面倾角为25°、摆抖频率为10 Hz、风机出风口气流速度为60 m/s,此时仿真试验马铃薯清选率为93.1％,洁净率为98.7％,台架试验马铃薯清选率为91.6％,洁净率为99.2％.研究结果可为马铃薯清选装置设计与优化提供理论依据.

    马铃薯清选分离装置薯石分离气固耦合

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    基于离散元的茶叶抖筛机茶叶运动特性分析与试验

    王小勇朱珺语张德余志...
    109-121,133页
    查看更多>>摘要：为了降低茶叶抖筛机的误筛率,从颗粒动力学角度研究了筛面倾角、振动幅度、振动频率对茶叶颗粒在抖筛机筛网上运动特性的影响.结合离散元方法对茶叶颗粒在筛面的运动进行数值模拟,通过分析茶叶颗粒的筛分过程,明晰了抖筛过程中筛上茶叶颗粒的运移机理.结果表明:茶叶颗粒主要集中在筛网中间,频率太大或者太小都会造成茶叶颗粒在筛网上的横向偏析;茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能与振幅、频率呈正相关,筛面倾角对茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能影响较小,茶叶颗粒沿X轴方向和Z轴方向速度对茶叶颗粒在筛网上的平均速度贡献最大;迁移系数的变化幅度随着筛面倾角、振动幅度、振动频率的增加而呈现逐渐增加的趋势,对茶叶抖筛过程颗粒迁移能力影响由大到小为:振动幅度、振动频率、筛面倾角;当振动幅度为22.5 mm、筛面倾角为3°、振动频率为4.166 Hz时,茶叶抖筛试验误筛率最小,茶叶抖筛试验误筛率结果与仿真试验结果相差在5个百分点以内,表明DEM模拟具有较高的准确性.

    茶叶抖筛机离散元运动特性速度分布

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