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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

    茶叶生产装备自动化与智能化技术研究进展与展望

    高一聪许晨林琼王淑花...
    1-14页
    查看更多>>摘要：茶产业是我国传统特色优势产业,大数据、物联网、云计算等新一代信息技术与农业的融合促进了茶产业向智能化转型与升级,在茶叶全产业链赋能增效中发挥重要作用.本文在概述了茶产业智能化技术体系的基础上,围绕种植、加工、检测和销售等4 方面总结了国内外信息技术在茶产业智能化中应用的研究成果,分析了茶产业实现智能化的关键技术.最后对茶产业智能化未来发展方向进行展望,建议增强茶产业信息技术基础设施建设、加强人机协作智能茶机设备研发、重视茶叶种植加工大模型开发、提升大数据分析助力茶叶销售能力,为更好利用信息技术进行茶产业升级奠定基础.

    茶产业茶叶自动化加工茶叶智能检测信息技术

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    基于深度学习和高斯过程回归的玉米冠下视觉导航路径提取方法

    张伟荣陈学庚齐江涛周俊博...
    15-26页
    查看更多>>摘要：面对田间作业过程中大型机器机动性差及复杂场景下导航路径拟合精度差的问题,提出一种基于深度学习和高斯过程回归的玉米冠层下导航路径提取方法.首先,基于四足机器人采集玉米冠下作物行图像,对 Mask R-CNN实例分割方法进行改进,在特征融合网络引入简化路径增强特征金字塔网络(Simple path aggregation network,Simple-PAN),通过增加自底向上的路径增强模块和特征融合操作模块,提高图像上下文特征的融合能力.其次,以模型识别的冠下作物行目标为基础构建两侧区域分界线,计算可通行区域两侧下垂叶片的分布情况,优化基于加权平均的导航路径算法.对高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)算法进行改进,添加DotProduct线性核对曲线拟合进行优化,优化GPR方法的直线拟合效果.最后,在验证集上进行导航路径识别,计算不同方法拟合导航路径的平均偏差.试验结果表明,该算法能够适应玉米田中叶片遮挡根茎的情况,优化的Mask R-CNN模型具备更高的冠下目标分割精度,基于改进GPR算法拟合的导航线平均偏差为0.7 像素,处理一帧分辨率为1280 像素×720 像素的图像平均耗时为227 ms,该算法能提供在玉米冠层下具备一定避障能力的导航路径,满足导航实时性和准确性的要求.结果可为田间智能农业装备的导航算法研究提供技术与理论支撑.

    玉米冠下作物行深度学习视觉导航路径识别避障高斯过程回归

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    基于全质心WLS-HDS-TWR算法的无人驾驶农业机械协同定位算法研究

    解开婷张兆国王法安朱时亮...
    27-36,110页
    查看更多>>摘要：针对室内全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)信号受遮挡时,农用车辆协同定位精度低、稳定性差、信号丢包等问题,本文开展面向超宽带(Ultra-wideband,UWB)调频技术的室内外农用车辆协同定位算法研究.首先,搭建三基站多边测距定位模型,实现主基站绝对位置标定以及辅助基站绝对位置坐标的变换求解;其次,提出全质心加权最小二乘的高速双边双向(Weighted least squares high double sided two-way ranging,WLS-HDS-TWR)农机协同定位算法,基于泰勒级数展开的WLS估计算法,求解主车位置.同时,提出面向室内环境的多状态基站组合的UWB定位模块布设模式,并验证其可行性;通过飞行时间法(Time of flight,TOF)获取主从车距离信息,融合 GNSS 标定位置信息、主车坐标信息以及测距信息,实现主从车协同定位.最后,基于 Prescan/Simulink搭建联合仿真平台,验证提出算法的可靠性;通过农用履带车辆开展室内及室外协同定位实车试验,试验结果表明:全质心WLS-HDS-TWR协同定位算法可有效解决室内GNSS信号缺失问题,室内环境下,定位精度较HDS-TWR及全质心LS-HDS-TWR算法分别提高26.98%和22.03%,满足智能农机协同定位作业需求.

    农业机械协同定位算法超宽带WLS-HDS-TWR多边测距

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    基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

    魏新华王庆壮吉鑫刘成良...
    37-46页
    查看更多>>摘要：为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器.其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证.在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行 3 次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和 0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低 36.35%、28.32%、31.37%和 62.6%、50%、51.83%.

    农田平地机混合扩张状态观测器反步滑模控制联合仿真

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    基于激光雷达的果树智能修剪系统设计与试验

    杨洋韩华宇安东王宇...
    47-56,123页
    查看更多>>摘要：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Xb、Zb 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.

    果树修剪机激光雷达自动修剪修剪策略

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    曳引摇枝式板栗落果装置设计与试验

    宗望远宋宝肖洋轶邓丁霖...
    57-66页
    查看更多>>摘要：针对当前丘陵山地板栗采摘困难、人工收获工作强度大、采收效率低等问题,设计了一种由柔性钢丝绳曳引振动的小型摇枝式板栗落果装置.建立板栗果实-果枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到板栗果实振动脱落切向加速度为285.36 m/s2,得出影响板栗果实脱落的主要因素为果枝振动频率、振幅、振动时间;进行板栗果枝振动特性试验,用Default Shaker液压振动台以0～30Hz扫频方式确定垂直方向上板栗果枝共振频率,并在频率7～15Hz段进行驻频试验,得出振动落果较优频率为10～12 Hz.根据果枝振动试验结果,利用ADAMS软件对摇振机构进行仿真,结果表明,摇杆振幅大于95 mm时,果枝末端加速度可满足板栗果振动脱落的加速度条件,确定了落果装置参数设计的合理性.设计了三因素三水平正交试验,试验结果表明,板栗落果最佳作业参数组合为摇振频率11 Hz、振幅135 mm、摇振时间30 s,此时板栗落果率为91.9%,树皮损伤率为8.8%,满足农业机械推广鉴定标准中树皮损伤标准.

    板栗落果装置曳引摇枝曲柄摇杆正交试验

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    面向球果抓取的主动式三指手爪设计与试验

    秦欢欢赖虹妃刘坤陈光明...
    67-74页
    查看更多>>摘要：为解决球形果实快速、稳定抓取问题,设计了一种主动式三指手爪.该手爪指部机构末端安装有球状主动滚轮,主动滚轮外附着柔性膜以增加手爪柔顺性与摩擦力.每个指部机构具有 2 个自由度,可实现手指开合以及主动滚轮旋转.工作时3 根手指相互配合,在摩擦力作用下球果向手爪内部运动,可在仅接触球果条件下实现球果快速、稳定抓取,无需精确控制手爪位置和姿态.为阐述抓取过程中主动式手爪与球果的交互关系,推导了主动式手爪-球果交互模型.选取番茄、苹果以及橙子为典型球形抓取对象,开展了3 款手爪(主动式手爪、鳍状软爪以及平行刚爪)的抓取试验.抓取试验结果表明,所设计主动式手爪平均首次抓取成功率为96.7%,平均抓取无损率为98.3%,平均任务时间为5.9 s,在抓取成功率、抓取质量以及抓取效率 3 方面均有较好表现,验证了该主动式手爪的有效性.

    农业机器人球果抓取主动滚轮主动式手爪柔顺性

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    基于改进凹点分割的小麦播种籽粒落种分布在线检测方法

    奚小波赵杰史扬杰瞿济伟...
    75-82页
    查看更多>>摘要：针对播种性能参数人工计算效率低及在线检测软件缺乏等问题,提出了一种基于图像处理的小麦播种时籽粒落种分布在线检测方法,建立了基于连通区域面积和轮廓周长的粘连种子判据,创建了改进凹点分割粘连种子方法,对分割后的种子进行计数与坐标定位,实现落种均匀度、准确度和离散度的计算检测.搭建了落种分布检测装置并开发了检测软件,试验结果表明:在不同播量、播种行进速度条件下,改进凹点分割算法平均准确率均在95%以上,相比凹点分割算法平均准确率有明显提高,说明该方法对种子颗粒总数识别准确率较高;随着播量增加,种子粘连概率提高,出现假凹点几率增大,算法准确率降低;随着播种行进速度增加,图像中种子变形和失真几率增加,导致部分粘连种子难以分割或错误分割,算法准确率亦降低;播量及播种行进速度对落种均匀度、准确度、离散度的影响不显著,与人工计算测量结果吻合,表明了该落种分布检测方法的可行性.

    小麦播种落种分布改进凹点分割算法粘连种子

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    直注式秸秆捡拾粉碎深埋机设计与试验

    仝振伟李洪文卢彩云王超...
    83-95页
    查看更多>>摘要：为提升秸秆深埋质量,针对秸秆深埋过程中秸秆捡拾效果差、输送方式单一、输送效率低、深埋率低等问题,提出一种直注式秸秆深埋还田方法,设计了直注式秸秆捡拾粉碎深埋机,阐述了整机结构和工作原理.对关键部件进行了设计分析,设计了无护圈式捡拾装置,分析了捡拾装置各个运动阶段与弹齿的运动轨迹,确定了4 个运动阶段所对应的相位角;设计了以运秸螺旋输送器和运秸叶片为主的机械输送装置、以抛秸风叶和运秸导管为主的气力输送装置.对秸秆输送量进行分析,明确了运秸螺旋输送器结构参数,得出了运秸螺旋输送器最低转速;对运秸叶片和抛秸风叶进行了动力学分析,确定了运秸叶片和抛秸风叶结构,明晰了影响秸秆输送效果的关键因素为机具前进速度、运秸螺旋输送器转速、抛秸风叶转速、运秸叶片倾角和抛秸风叶倾角,并确定了影响因素范围.仿真试验结果表明,机具前进速度和运秸螺旋输送器转速存在交互作用,最佳作业参数:机具前进速度为 3 km/h、运秸螺旋输送器转速为1200 r/min和抛秸风叶转速为1600 r/min.田间试验结果表明,平均秸秆捡拾率和平均深埋率分别为91.02%,90.03%;运秸导管出口处风速和作业扭矩分别为1.78～26.83 m/s、61.55～214.78 N·m,各工作部件运行稳定,满足秸秆深埋还田作业要求,为秸秆深埋还田机研发和改进提供了依据.

    秸秆捡拾粉碎深埋还田机直注式捡拾装置机械-气力输送装置

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    基于PLC控制的等径凸轮传动自动变速秸秆粉碎还田装置设计与试验

    林涵何进李慧王超...
    96-110页
    查看更多>>摘要：为提高玉米秸秆粉碎还田机具作业质量,解决传统秸秆粉碎还田机械作业参数不可实时调节等问题,基于等径凸轮机构往复运动原理,设计了一种基于PLC控制的自动变速秸秆粉碎还田装置.通过分析地表支撑条件下秸秆粉碎过程中受力变化,确定影响秸秆粉碎效果主要因素,利用LS-Dyna软件确定主要因素取值范围;通过理论计算和动力学仿真分析,优化粉碎刀运动轨迹并确定粉碎机构关键部件参数.为提高玉米秸秆粉碎合格率,建立"泵-阀-马达"调速模型,设计人机交互界面进行作业参数设置,实现不同秸秆覆盖量情况下,秸秆粉碎装置作业参数快速匹配,以机具前进速度、秸秆覆盖量为试验因素,以秸秆粉碎合格率为评价指标进行单因素试验.试验结果表明,当田间秸秆覆盖量一定时,随着主轴转速增加,粉碎合格率呈明显上升趋势;当主轴转速一定时,随着田间秸秆覆盖量的增加,粉碎合格率有所下降;当主轴转速超过200 r/min时,秸秆粉碎合格率均达到90%以上,基本保持不变.为进一步验证试验结果,进行变速秸秆粉碎方式与定速秸秆粉碎方式对比试验.试验结果表明,变速秸秆粉碎方式秸秆粉碎合格率为92.17%,优于定速秸秆粉碎方式.该装置实现了秸秆粉碎还田作业参数精准控制,为秸秆粉碎还田机具智能化发展提供了技术支撑.

    秸秆覆盖变速粉碎还田装置等径凸轮比例调速PLC控制

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