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智能化农业装备学报（中英文）
智能化农业装备学报（中英文）
智能化农业装备学报（中英文）/Journal Journal of Intelligent Agricultural Mechanization(in Chinese and English)
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    基于应用场景的丘陵山区农业机械化发展路径研究

    崔思远曹蕾陈聪胡朝中...
    1-8页
    查看更多>>摘要：中国丘陵山地耕地面积、农作物播种面积分别占全国34.62%、34.20%,覆盖人口达54.2%,GDP仅占全国的30%,整体农业机械化水平未达50%,研究如何加快推进丘陵山区农业机械化是建设农业强国的迫切需求.本研究以我国耕作制度区划为基础,结合丘陵山区分布等因素开展丘陵山区农业机械化区划;以各地区资源禀赋条件、经济社会情况、产业经济效益为基础,梳理我国丘陵山区农业机械化发展现状,从丘陵山区耕地条件、土壤和农艺等方面分析我国丘陵山区农机应用特殊场景,结合农机研发制造和推广应用等因素分析我国丘陵山区农业机械化发展的瓶颈;围绕丘陵山区应用场景探讨提出紧凑型轻量化的专用发动机、轻量化及减黏降阻的先进材料、轻简化的整机结构设计等十大农机共性技术需求以及黏重土壤的高效低耗耕整地装备、缓坡地黏重土壤的大宗粮油糖和高山蔬菜播种装备、缓坡地黏重土壤的油菜和高山蔬菜移栽装备等十大农机适用装备需求;借鉴日本、韩国等丘陵山区农业机械化发展经验,从良机—良种—良法—良田—良制深入融合和研产推用四位一体化的角度提出系统推进丘陵山区机械化的思路与举措,以促进丘陵山区农业机械化高质量发展.

    丘陵山区农业机械化制约因素应用场景技术需求政策建议

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    谷物联合收获机底盘自动升降液压系统设计与试验

    雷小龙陈宇李举阳科...
    9-18页
    查看更多>>摘要：针对小型谷物联合收获机在丘陵区作业倾斜角度大、通过性差等问题,开展谷物联合收获机底盘自动升降液压系统设计与试验.本研究设计了底盘自动升降液压系统总体结构,对内置位移传感器液压缸、比例换向阀等关键部件进行设计和选型,提出了基于横向倾斜角度伸缩液压缸进行调平和升降的方法,采用自动调平控制和手动调平两种调平模式对底盘进行调平.应用AMEsim开展液压系统的仿真分析,发现换向时液压缸压力与流量稳定,位移速度平稳.设计了以PLC控制器和PID控制方法为核心的调平控制策略,通过调节液压缸长度实现对底盘的姿态调节,并开展静态调平试验.结果表明:比例换向阀开度范围为20%～45%时,能有效控制液压缸伸缩速度;调节时间随倾斜角度增加而增加,在倾斜角度7.7°范围内的总体调节误差低于0.5°,可满足谷物联合收获机对底盘横向调平的需求.该研究提出了依据横向偏角实现调平的液压系统和控制方法,为小型谷物联合收获机底盘调平液压系统设计提供参考.

    谷物联合收获机底盘调平液压系统电液控制比例换向阀

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    4WID高地隙自走式电动喷雾机定速巡航控制方法

    胡宸玮陈雨曹佳宇陈宇翔...
    19-32页
    查看更多>>摘要：针对4WID高地隙自走式电动喷雾机在复杂工况下,面对来自外部道路坡度改变及内部药液喷洒带来整备质量下降,从而导致喷雾机行驶速度稳定性差、作业质量恶化等问题,在分析4WID高地隙自走式电动喷雾机结构与纵向动力学特性基础上,设计一种定速巡航分层控制算法.控制算法模型接收用户设定的期望行驶车速,经过算法计算后对纵向动力学系统模型输入加速度控制信号,实现喷雾机对期望车速的跟踪.搭建的纵向动力学系统结构主要包括5个部分:逆纵向动力学模型、加速与制动切换模型、转矩分配模型、电机模型和纵向动力学模型.通过对斜坡行驶状态下喷雾机的车身状态进行受力分析可获得其逆纵向动力学及纵向动力学模型;同时,为建立合理的四轮转矩分配策略,在喷雾机车身同时具有俯仰及侧倾的条件下进行分析,以各驱动轮的附着率作为分配依据,满足不同工况下各车轮的最佳驱动力矩,确保喷雾机动力的均衡性.模型定速巡航控制采用分层控制方法,通过建立上层PID控制及下层的模糊PID控制实现对喷雾机车速的有效跟踪,通过制定模糊控制规则,自动对下层控制器的PID参数进行整定,保证在各种复杂工况下喷雾机定速巡航系统的良好适应性.应用Matlab/Simulink建立控制模型,对控制系统进行仿真分析.试验结果表明,在典型工况下,设计的定速巡航控制系统能够有效地对喷雾机的速度进行控制.具体而言,在系统输入外部干扰及自重变化条件下,该控制系统的表现良好,超调量在2%以内,响应时间小于0.2 s,稳态误差趋于0,验证了所采用控制算法的准确性.

    自走式电动喷雾机定速巡航系统四轮独立驱动纵向动力学模型模糊PID控制

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    基于GNSS/INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统设计与试验

    冯爽张兆国孙连烛王法安...
    33-41页
    查看更多>>摘要：传统的角度传感器在拖拉机导向轮偏转角度的测量中存在准确度不足、安装调试复杂等问题,这些问题制约了拖拉机在自动导航作业时的高精度、高稳定性的需求.鉴此,本文旨在构建并验证一种新型系统,该系统基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和惯性导航系统(inertial navigation system,INS)的技术原理,能够实现对拖拉机导向轮动态角度的实时解算.首先,对GNSS/INS融合原理进行了深入的分析,并设计了相应的GNSS/INS数据测量台架试验,以获取角度传感器的测量值.随后,采用卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)、扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(untraced Kalman filter,UKF)三种滤波算法对角度测量值的滤波处理,以超调量、响应时间和稳定性等指标进行评价,结果表明UKF在本系统中表现最优.其次,针对不同工况(沥青路面和农田),进行了拖拉机在自动导航下转向和直线性能测试.在转向性能测试中,进行了1°、5°和15°的不同角度的固定测量,结果显示在1°时两种环境的响应时间最小,但均产生了最大超调量,同时随着角度的增加,系统对稳态误差的降低有明显作用.直线自动导航性能测试中,沥青路面和农田的最大横向偏差分别为17.51 mm和18.52 mm,系统误差分别为10.45 mm(2σ)和21.07 mm(2σ).通过对比两种工况,沥青路面的各项性能指标上均优于农田环境,但两种工况在精度、响应时间和平稳性上均满足自动导航系统需求,可应用于拖拉机的自动导航作业中.

    GNSS/INS拖拉机导向轮偏转角度卡尔曼滤波自动导航

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    基于改进YOLOv7的茶叶嫩芽识别模型研究

    魏堂伟张津诚王晶周庆燕...
    42-50页
    查看更多>>摘要：为了在复杂环境中有效识别茶叶嫩芽并在最大限度避免伤害茶树的情况下,提高智能化采摘精度,本研究针对传统目标检测算法在茶园中存在的检测精度低、鲁棒性差等问题,提出一种基于改进YOLOv7的茶叶嫩芽识别与检测的模型YOLOv7-tea,从而实现对茶叶嫩芽的快速识别与检测.首先,采集茶叶嫩芽图像并完成嫩芽图像的标注和数据增强,构建茶叶嫩芽数据集.其次,通过在YOLOv7主干网络的3个特征提取层中引入CBAM注意力机制模块,增强模型对特征提取的能力;采用SPD-Conv模块替换颈部网络下采样模块中的SConv模块,以减少小目标特征的丢失;通过EIoU损失函数优化框回归损失,提升预测框的准确率.最后,以茶叶嫩芽图像数据集为样本将其他目标检测模型与YOLOv7-tea模型进行对比试验,并对不同距离、不同角度拍摄的茶叶嫩芽图像进行识别效果检测.试验结果表明,YOLOv7-tea网络模型比YOLOv7模型的精确率(Precision,P)、召回率(Recall,R)和识别平均精度(mAP)值分别高出2.87、6.91和8.69个百分点,且模型的检测速度更快,在复杂背景下对茶叶嫩芽的识别与检测具有更高的置信度分数.该研究构建的YOLOv7-tea模型对小尺寸茶叶嫩芽的识别效果较好,减少了漏检和误检的情况,具有良好的鲁棒性和实时性,可为茶叶的产量预估和智能化采摘提供参考.

    茶叶嫩芽目标检测CBAM注意力机制自动化采摘YOLOv7

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    轻量化三七移栽机车架有限元分析及拓扑优化设计

    马遥苏微赖庆辉张弦...
    51-60页
    查看更多>>摘要：三七是我国种植规模最大,开发利用较多的大宗药材之一,而云南省作为我国三七主要的产区,由于地形和农艺要求的影响,传统农业机具难以进入移栽区域进行作业,导致目前三七移栽仍采用传统人工作业方式,为此,研制一款三七移栽机对于促进三七产业化发展尤为重要.车架作为移栽机车身重要的承载结构,对整车性能的优劣有着至关重要的影响.为此,针对移栽机车架进行结构分析,旨在提升车架结构及整车的性能,为车架结构设计提供理论依据.利用SolidWorks软件建立车架三维模型,并导入ANSYS软件中进行静态有限元分析,通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值的相对误差范围后,对不同工况下车架动载性能进行分析以及前8阶模态振动变形分析,基于分析结果可知车架具有良好强度性能,但座椅位置存在较大变形,结构的刚度不足的问题.采用拓扑优化对车架进行优化设计,在保证车架应力分布合理的情况下减少车架变形情况通过改变斜撑支架结构布置实现减小变形的目的.根据优化设计结果,使车架总质量增加8.739%,变形量减小88.268%,最大应力减小11.693%.改进后的车架最大应力有所降低,并且车架变形有何明显改善,研究表明通过有限元法以及拓扑优化技术对于指导移栽机车架的结构设计具有较好的适用性.

    三七移栽机车架有限元拓扑优化模态分析

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    丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置设计与试验

    安晶张克平李晓康杨智凯...
    61-69页
    查看更多>>摘要：随着农业科技发展,农作物秸秆利用更加多元化,其需求量也随之增加.为解决丘陵山地小型圆捆机存在的草捆易散落、缠网层数不可调、自动化程度低等缺点,对圆捆机的缠网装置进行了模块化设计,包括送网机构、切网机构、检测机构以及控制电路的设计,对送网机构进行了力学分析,加工制造样机并完成试验验证.该装置通过检测机构检测运行参数,经控制器处理后向送网机构和切网机构发出相应的执行指令,从而实现了送网、缠网和切网的自动化作业,并实现了缠网层数可调.在缠网时,其摩擦限矩组件对丝网施加拉力,使丝网缠绕更加紧实,经力学分析得出丝网拉力大小取决于压紧弹簧弹力,可通过调节压紧弹簧改变丝网拉力大小,并提供了相应的调节方法.性能试验结果表明:该装置性能稳定,工作可靠,可对Φ 500 mm×700 mm的干草捆进行自动缠网作业,丝网布满草捆侧面,无漏缠现象;在缠网层数为3层时,缠网成功率为95%,抗摔率为83.3%;在缠网层数为4层时,缠网成功率为100%,抗摔率为90%;在缠网层数为5层时,缠网成功率和草捆抗摔率均为100%.设计了一种丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置,经试验验证,作业机性能稳定可靠,满足设计要求.在缠网层数为3层时,平地作业性价比最高,丘陵山地作业时,需根据作业坡度,调至4～5层.

    丘陵山地圆捆机缠网装置自动控制摩擦限矩

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    专题征稿:智能化植保与农业航空

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