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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。
正式出版
收录年代

    果园智能化作业装备自主导航技术研究进展

    窦汉杰陈震宇翟长远邹伟...
    1-22页
    查看更多>>摘要：果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节,需要大量的人力投入,随着我国人口老龄化程度加剧,亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级.自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术.本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求,结合国内外研究现状,分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术,导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术,行走底盘运动学模型构建、运动控制技术,多机协同控制、远程交互控制技术等.随着智慧农业发展,智慧果园已成为果园未来发展方向,果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节,在此基础上,归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为:环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等,提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向.

    果园生产管理作业装备自主导航智慧果园

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    播种机星齿球面盘式覆土装置设计与试验

    卢琦刘立晶刘忠军靳文停...
    23-31,73页
    查看更多>>摘要：针对V型挤压式覆土装置在黏土条件下作业不可靠,种沟闭合不严实,易造成种子"架空"和"晾种"的生产实际问题,设计一种星齿球面盘式覆土装置,提高播种机覆土质量.分析了星齿球面盘式覆土装置的作业原理,通过对覆土作业过程中土壤颗粒的运动学分析,确定了影响覆土作业质量的主要结构参数,并对星齿球面覆土盘主要结构参数和安装参数进行了设计.借助EDEM离散元仿真技术,建立了土壤与覆土装置的互作模型,以星齿球面覆土盘安装倾角、安装间距、入土深度为试验因素,以覆土量与覆土量变异系数为评价指标,分别进行了单因素与Box-Behnken试验,确定了星齿球面覆土盘的最优结构参数组合为安装倾角25.03°、安装间距196.66 mm、入土深度77.65 mm.取安装倾角25°、安装间距197 mm、入土深度77 mm进行了田间验证试验,试验结果表明:最优参数组合下,覆土量平均值为241.46 g,与仿真结果基本一致,相对误差为5.12％,覆土量变异系数为3.71％,覆土均匀,作业质量好,覆土作业后种子播深满足农艺要求,星齿球面盘式覆土装置能有效改善播种机的覆土性能.

    播种机覆土装置星齿球面盘EDEM仿真

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    便携式土壤土霉素提取-检测装置设计与试验

    张航高信刘倩由天艳...
    32-39页
    查看更多>>摘要：土壤中土霉素(Oxytetracycline,OTC)高性能的现场分析方法对于保护生态环境安全和维护人类健康具有重要意义.针对土壤中痕量OTC的现场检测难题,设计功能集成的便携式提取-检测装置,用于土壤中OTC的现场提取与精准分析.首先,基于集成电路技术与3D建模,研制具有称量、搅拌与离心功能的便携式装置,并通过与实验室用提取装置的性能对比,验证装置的提取精度;分别以LED和便携式电化学工作站为光电化学检测的光源驱动和信号采集装置,研制便携式检测装置;进行土壤中OTC的现场分析试验.结果表明,研制的便携式装置对土壤OTC的提取精度较高,检测的线性范围为1 ×10-8～1 ×10-6 mol/L,检出限为5.33 ×10-9 mol/L;在现场分析试验中,对土壤中OTC检测的加标回收率为92％～97％,相对标准偏差为1.8％～5.2％,且准确度得到了国标法的验证.

    土壤土霉素便携式装置提取现场检测光电化学传感器

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    基于YOLO v5的直播油菜激光间苗系统设计与试验

    张昌松李伟
    40-52页
    查看更多>>摘要：间苗是保证直播油菜增产的一项关键技术措施,为解决人工间苗劳动强度大、机械间苗不精确的问题,采用机器视觉的方式,基于深度学习算法YOLO v5平台,设计并搭建自动间苗装置.机器视觉系统评估幼苗种群的合理密植情况,间苗算法以间距和幼苗叶展为评估标准,实现控制幼苗间距和筛选优质苗的功能.选用遗传算法对间苗行进路径进行规划,相较于未规划路径可缩短最低为50％的行进距离,最终采用激光器高温烧除的方式完成间苗作业.选取油菜苗作为试验材料,间苗阈值α是划定幼苗最小间距的参数,设置不同的间苗阈值α进行试验.结果表明,间除苗的数量随着间苗阈值α的增加而增加,幼苗平均密度下降的同时种群分布趋于均匀,对间除苗的叶展长度分类统计,α为0～75 mm时,间除苗叶展长度全部在0～20 mm范围;α为75～200 mm时,间除苗叶展长度为0～40 mm,其中叶展长度为20～40 mm的最高占比约为76％;α为200～350 mm时,间除苗叶展长度在40 mm以上的幼苗开始增加,最高占比约为14％,间除苗叶展长度梯次分布证明了间苗算法具备筛选优质苗的性能.间苗执行阶段耗时占据间苗作业总耗时的90％以上,以激光走线参数L、激光器功率P、间苗距离阈值为试验因素,三因素三水平正交试验结果表明:选择合适的激光走线参数L能有效提高间苗死亡率、降低间苗误伤率和减少间苗耗时,在参数L为30mm、P为7.5W、α为250 mm下开展土槽台架性能验证试验,激光间苗平均死亡率为93.29％,平均误伤率为5.19％,平均总耗时为15.19 min,为开发基于机器视觉的激光自动间苗机提供了理论基础和技术支撑.

    油菜自动间苗YOLOv5激光器遗传算法

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    制种玉米去雄无人机旋切装置设计与试验

    陈立平欧鸿张瑞瑞丁晨琛...
    53-63页
    查看更多>>摘要：针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题,提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置.基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素,分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响,并轻量化设计了旋切装置总体结构,确定了旋切装置的旋切范围为44～150 mm,可展范围为541～1 318 mm,总质量为4.03 kg.通过旋切部件切割建模与仿真,选取了竖直进给切割的旋切方式,并由台架试验得到了旋切装置切割反扭力矩最小时的最优参数组合.在上述基础上将旋切装置与无人机集成开展田间试验.研究表明,当旋切转速3 954 r/min、竖直进给速度5.9 mm/s、刀具刃角32°时,旋切装置单位切割力为10.54 MPa,能完全切除雄穗,去雄无人机田间叶片损伤率为14.58％,高度波动率为1.88％,满足制种玉米去雄要求.

    制种玉米去雄无人机进给切割旋切装置

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    基于自适应RBF神经网络具有模型不确定性的四旋翼无人机指定时间预设性能控制方法

    张园郑鸿基刘海涛韦丽娇...
    64-73页
    查看更多>>摘要：四旋翼无人机具有强耦合和欠驱动的特点,在飞行过程中很容易受到外界干扰,进而影响整个无人机系统的稳定性和精度.为此,提出了一种基于RBF神经网络的指定时间预设性能约束控制策略.首先,针对四旋翼无人机的不确定数学模型难以精确建立,并且在执行任务过程中存在外部未知扰动问题,提出了一种基于指定时间预设性能控制方法,将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转换为对位置子系统和姿态子系统的期望指令跟踪问题;其次,在设计控制器过程中,为了解决"微分爆炸"问题产生的滤波器误差,引入一种新型滤波误差补偿方法,通过RBF神经网络逼近外部未知扰动,并将预测结果补偿给控制器以提高轨迹跟踪的鲁棒性.最后,应用仿真模拟方法验证无人机控制系统稳定性和性能优势,通过飞行试验验证,微风聚拢环境下实际飞行轨迹与仿真模拟结果趋于一致,自主轨迹跟踪起降位置偏差小于1 cm,证明了所提出算法的有效性.

    四旋翼无人机RBF神经网络轨迹跟踪控制预设性能约束模型不确定性

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    基于多视角三维点云融合的采棉机器人视觉感知方法

    刘坤王晓朱一帆
    74-81页
    查看更多>>摘要：针对传统采棉机器人因单一视角和二维图像信息带来的视觉感知局限问题,本文提出了一种多视角三维点云配准方法,以增强采棉机器人实时三维视觉感知能力.采用4台固定位姿的Realsense D435型深度相机,从不同视角获取棉花点云数据.通过AprilTags算法标定出深度相机RGB成像模块与Tag标签的相对位姿,并基于深度相机中RGB成像模块与立体成像模块坐标系间的转换关系,解算出各个相机间点云坐标的对应变换,进而实现点云间的融合配准.结果表明,本文配准方法的全局配准平均距离误差为0.93 cm,平均配准时间为0.025 s,表现出较高的配准精度和效率.同时,为满足采棉机器人感知的实时性要求,本文对算法中点云获取、背景滤波和融合配准等步骤进行了效率分析及优化,最终整体算法运行速度达到29.85 f/s,满足采棉机器人感知系统实时性需求.

    采棉机器人视觉感知三维点云融合AprilTags算法

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    基于GPC-ILC的秸秆捡拾致密成型机主轴转速控制方法研究

    王伟计东宫元娟白雪卫...
    82-90,135页
    查看更多>>摘要：为解决秸秆捡拾致密成型机主轴转速自动控制问题,以利于致密成型机全程智能化作业,设计了电液控制系统的数学模型与转速预测模型,提出了一种基于GPC-ILC的致密成型机主轴转速控制方法,通过采集先前成型机运行过程中的输入、输出数据,使用带遗忘因子的最小二乘法辨识广义预测控制的参数模型并计算预测输出值,根据以往过程的累计平均模型误差修正预测输出值,并引出迭代学习控制律,在线实时计算新的控制量,实现主轴转速的控制.场地收获试验表明:增负荷时,转速最大动态偏差为3.21 r/min,与目标值的偏差为2.6％,最大余差为1.23 r/min;减负荷时,最大动态偏差为2.23 r/min,与目标值的偏差为2.47％,最大余差为0.89 r/min;增减负荷转速达到稳定时间小于5 s,超调量小于3％.田间试验表明:最大动态偏差为3.75 r/min,与目标值的偏差为3.47％,最大余差为1.79 r/min,满足成型机田间作业的需求.GPC-ILC算法可及时校正模型失配、干扰引起的转速控制的不确定性.

    秸秆捡拾致密成型机预测控制迭代控制控制系统

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    制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

    陈俊志史瑞杰戴飞赵武云...
    91-100页
    查看更多>>摘要：针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验.理论分析结果表明:玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合:压送器与剥皮辊间距为32 mm、剥皮辊转速为430 r/min、剥皮辊间隙为-0.3 mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33％,籽粒脱落率为1.802％,籽粒破损率为1.203％,机具田间试验与台架试验结果误差小于3％.试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考.

    制种玉米剥皮机构DEM-MBD联合仿真柔性模型互作过程

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    马铃薯收获机扰动分离装置设计与试验

    王兴欢魏忠彩苏国粱孟鹏祥...
    101-112页
    查看更多>>摘要：针对现有的小型马铃薯收获机筛面土块破碎效果不佳而影响分离效率和收获品质等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式和常用杆条式分离装置,设计了一款马铃薯收获机扰动分离装置.在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯的碰撞特性和土块的破碎过程分析,得到影响薯块损伤和土块破碎的主要因素为扰动深度、偏心轮转速和偏心距;通过EDEM-RecurDyn耦合构建仿真模型,单因素试验得到扰动杆数量最优为4,以扰动深度、偏心轮转速和偏心距为试验因素,以马铃薯碰撞力和土块破碎率为评价指标,运用Box-Behnken中心组合设计方法进行仿真试验,对试验结果进行方差分析,利用响应面分析了各交互因素对试验指标的影响规律,结合实际工况确定影响因素最佳取值.验证试验表明:当收获机分离筛运行速度为0.7m/s、扰动深度为51.5 mm、偏心轮转速通过调速器设为2.3r/s、偏心距为31 mm时,土块破碎率为60.7％,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为790.66 m/s2,小于马铃薯临界损伤阈值.

    马铃薯收获机薯土分离装置扰动分离装置耦合仿真

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