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无人农机作业环境感知技术综述 被引量：7
1
作者 万欢 欧媛珍 +3 位作者 管宪鲁 姜锐 周志艳 罗锡文 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-18,共18页
推进农业装备智能化能够有效解决农业劳动力短缺的问题。环境感知是农业装备智能化的首要条件。然而,农业环境的动态变化和非结构化特性限制了无人农机的环境感知能力。该文对无人农机的作业环境信息感知技术进行全面梳理,首先介绍了无... 推进农业装备智能化能够有效解决农业劳动力短缺的问题。环境感知是农业装备智能化的首要条件。然而,农业环境的动态变化和非结构化特性限制了无人农机的环境感知能力。该文对无人农机的作业环境信息感知技术进行全面梳理,首先介绍了无人农机作业环境的典型要素和各类感知传感器,并分析了不同传感器的优缺点,然后分别从障碍物感知、作物行感知和农田边界及高程信息感知等方面,对无人农机作业环境信息感知技术进行归纳总结,最后讨论了无人农机作业环境信息感知技术面临的挑战及发展趋势,旨在推动环境感知技术在农业领域的应用,促进农业机械的智能化转型。 展开更多
关键词 农业机械 传感器 无人驾驶 环境感知 多传感器融合
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基于双变量限幅PID算法的四轮差速转向AGV导航控制系统
2
作者 刘梓博 陈羽立 +2 位作者 徐梓峰 李鑫 周志艳 《农业工程学报》 北大核心 2025年第5期27-37,共11页
四轮差速转向AGV(automated guided vehicle,自动导引车)具有灵活性好、转弯半径小、机械结构复杂度低等特点,在丘陵山地农业生产中更有优势。针对传统阿克曼底盘导航算法直接应用于差速转向底盘导航所存在转弯半径过大、易导致导航失... 四轮差速转向AGV(automated guided vehicle,自动导引车)具有灵活性好、转弯半径小、机械结构复杂度低等特点,在丘陵山地农业生产中更有优势。针对传统阿克曼底盘导航算法直接应用于差速转向底盘导航所存在转弯半径过大、易导致导航失效的问题,该研究使用模块化分层开发思想,基于ROS(robot operating system,机器人操作系统)设计了一种基于双变量限幅PID的差速转向底盘导航控制算法,并通过改造的四轮差速车辆进行试验。算法通过横向偏差与航向角偏差双变量限幅PID得到前进速度与旋转角速度,再通过下位单片机实现车轮转速的闭环控制。通过仿真试验,水泥路面试验和田间试验,以横向偏差平均值、均方根误差与最大偏差3个方面对算法的准确性与适应能力进行验证。仿真试验结果表明:通过路径跟踪算法控制的四轮差速车辆在0.4 m/s的速度行驶时,平均误差为1.15 cm,均方根误差为1.27 cm,上线距离小于4.09 m,导航系统有较好的稳定性和调节能力。在水泥地试验中水泥路面环境下以0.4 m/s速度行驶时,平均误差2.83 cm,均方根误差为3.21 cm,在田间试验的果树行间路面环境下以0.4 m/s速度行驶时,平均误差5.25 cm,均方根误差6.13 cm。田间试验结果表明,导航系统与试验车辆在不同的地形环境下有着较好的适应能力,研究结果可以为差速转向底盘的导航技术提供参考。 展开更多
关键词 底盘 PID 差速转向 ROS 路径跟踪 双变量限幅
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气吸式杂交稻单粒排种器研制 被引量：2
3
作者 臧英 黄子顺 +6 位作者 秦伟 何思禹 钱诚 姜有聪 陶婉琰 张美林 王在满 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期181-191,共11页
针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Co... 针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。 展开更多
关键词 农业机械 种子 气力式设备 杂交稻 气吸式排种器 CFD-DEM 辅助充种
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直播稻苗期自动灌排系统的设计与试验
4
作者 郭能明 周志艳 +2 位作者 林键沁 黄俊浩 王键宽 《灌溉排水学报》 CAS CSCD 2024年第9期57-65,共9页
【目的】提高直播稻成苗率,依据直播稻苗期田面水分的农艺要求,设计一种适用于直播稻苗期的自动灌排系统,并验证其田间应用效果。【方法】设计适用的微喷灌溉方案和排水装置,通过LoRa通信对各设备进行无线组网控制,基于模糊控制算法制... 【目的】提高直播稻成苗率,依据直播稻苗期田面水分的农艺要求,设计一种适用于直播稻苗期的自动灌排系统,并验证其田间应用效果。【方法】设计适用的微喷灌溉方案和排水装置,通过LoRa通信对各设备进行无线组网控制,基于模糊控制算法制定了适用于直播稻苗期的灌排制度,从而实现自动灌排系统的各项功能;以控制系统性能指标、排水装置性能指标、苗期田面湿润状况和成苗率作为评价指标验证其应用效果。【结果】①控制系统设备动作延迟为0.398 s、系统决策时间为1.348 s、系统信息监测偏差为±1.48%;②自动排水装置启闭时间4~6 s、待机电流21.7 mA;③采用本研究的方法进行自动灌排,在苗期(播种后的15 d内)土壤水分保持在85%以上,田间成苗率达到83.9%。【结论】直播稻苗期自动灌排系统在保证高效低功耗的情况下实现了精准控制田面土壤水分,可保持田面湿润并达到合格的成苗率,有较好的田间应用效果。 展开更多
关键词 直播稻苗期 自动灌排 LoRa无线通信技术 模糊控制
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蔬菜气吸轮式精量排种器设计与试验 被引量：11
5
作者 张明华 姜有聪 +5 位作者 何思禹 黄子顺 秦伟 钱诚 陶婉琰 臧英 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期98-109,共12页
蔬菜类型多,种子尺寸差异大,为扩大排种器的适用范围,该研究提出一种基于扰种条辅助充种的蔬菜气吸轮式精量排种器。通过理论分析确定了排种器的关键结构参数,设计了一种带有坡度的扰种条结构,最薄处厚度为0.5 mm、最厚处厚度为1.0mm,... 蔬菜类型多,种子尺寸差异大,为扩大排种器的适用范围,该研究提出一种基于扰种条辅助充种的蔬菜气吸轮式精量排种器。通过理论分析确定了排种器的关键结构参数,设计了一种带有坡度的扰种条结构,最薄处厚度为0.5 mm、最厚处厚度为1.0mm,并对充种阶段种子在扰种条上和清种阶段的受力情况分别进行分析,确定了扰种条和清种装置结构。选取菜心、萝卜和辣椒种子为试验对象,利用台架试验获得扰种条倾角和厚度的较优值;开展较优结构参数下的排种器充种性能试验,以工作负压、排种转速和清种距离为试验因素,进行三因素三水平正交试验。试验结果表明,对于菜心种子,工作负压为0.92 kPa,排种转速为13.3 r/min,清种距离为0.70 mm时,充种合格率为99.20%,漏吸率为0.13%;对于萝卜种子,工作负压为4.47 kPa,排种转速为25.5r/min,清种距离为1.20mm时,充种合格率为97.34%,漏吸率0.53%;对于辣椒种子,工作负压为1.49 kPa,排种转速为16.9 r/min,清种距离为0.69 mm时,充种合格率为88.27%,漏吸率为2.67%,满足菜心、萝卜、辣椒的种植农艺要求,研究结果可为蔬菜气吸轮式精量排种器设计提供参考。 展开更多
关键词 农业机械 设计 试验 气吸式排种器 精量播种 蔬菜种子
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无人机点射式水稻播种装置控制系统设计与试验 被引量：10
6
作者 何伟灼 刘威 +5 位作者 姜锐 顾庆宇 黄俊浩 邹帅帅 徐学浪 周志艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期51-61,共11页
针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机。控制系统基于PID算法实现排种器步进电机... 针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机。控制系统基于PID算法实现排种器步进电机的转速闭环控制,通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制,并根据状态机设计播种控制程序。以3倍丸粒化稻种为对象,从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性3个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数。试验结果表明:无人机模拟飞行的播种量准确性测试中,样机以1.0~2.5 m/s的作业速度进行播种时,播种量的平均相对误差小于4%,控制系统具有较好的动态调节能力。实地飞播测试中,样机以1.0和1.5 m的高度播种时,种子分布在12 cm种行宽度内的平均概率超过80%,成行性较好。考虑安全因素,优选1.5 m为样机的适宜作业高度。在作业高度为1.5 m,3倍丸粒化稻种的播种量为90~150 kg/hm^(2)(对应裸种的播种量22.5~37.5 kg/hm^(2)),作业速度为0.5~2.0 m/s时,播种均匀性变异系数为20.51%~35.52%。进一步分析发现,适当提升作业速度可提高播种均匀性。田间试验结果表明,播种量的相对误差分别为2.47%和4.12%,播种均匀性变异系数分别为22.17%和21.82%,种子破损率分别为0.34%和0.18%,满足相关标准的水稻飞播精度控制要求。研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考。 展开更多
关键词 无人机 PID 水稻直播 点射播种 控制系统 状态机
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水田行间除草装置设计与试验 被引量：2
7
作者 焦晋康 胡炼 +3 位作者 陈高隆 涂团鹏 王志敏 臧英 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第24期11-22,共12页
为减少化学除草剂的使用,解决现有水田除草机械除草效果差等问题,该研究设计了一种水田行间除草装置,包括压草浮板和除草辊等结构,工作时压草浮板先将压倒杂草,紧接着除草辊将压倒的杂草压入泥中。压草浮板先将杂草压倒,除草辊将杂草压... 为减少化学除草剂的使用,解决现有水田除草机械除草效果差等问题,该研究设计了一种水田行间除草装置,包括压草浮板和除草辊等结构,工作时压草浮板先将压倒杂草,紧接着除草辊将压倒的杂草压入泥中。压草浮板先将杂草压倒,除草辊将杂草压入泥中的几率可提高9.98%。除草辊两端设有倒角,在避免或减少对水稻根系损伤的同时可扩大行间除草区域,最大可增加常规除草宽度的3%。对压草浮板和除草辊进行了参数设计,通过仿真试验分析了行间除草装置与土壤之间的相互作用规律,确定最佳作业条件为入土深度35 mm,前进速度0.8 m/s。以未除草、化学除草、人工除草和不同参数的除草辊为试验因素,以水稻植株高度、产量、产量构成因素和水稻根系参数为试验指标,进行田间试验,试验结果表明,行间除草装置平均除草率最高为87.51%,可以翻动土壤,增加土壤透气性。与常规宽度的除草辊相比,增加除草宽度,扩大行间除草区域最大可提高除草率7.3个百分点。不同的除草处理对水稻植株高度和产量等有显著影响(P<0.05),机械除草可以促进水稻的生长发育,其产量可以达到甚至超过化学除草和人工除草水平。不同参数的除草辊对植株高度、产量和根系等有显著影响(P<0.05),增加除草辊宽度同时两端设倒角,可以减少对水稻根系的损伤,有利于水稻的生长发育,提高水稻产量。研究结果可为水田除草机械装备的研究提供参考。 展开更多
关键词 农业机械 产量 行间除草 水田 除草率 水稻根系
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气吸式播种机多分支汇流管路气压损失分析与试验 被引量：1
8
作者 秦伟 王在满 +4 位作者 王钰静 钱诚 何思禹 张明华 臧英 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-14,共14页
为探究气吸式播种机气力系统多分支汇流管路负压气流的流动规律,掌握管路总体压力损失与管路几何结构之间的关联特性,获取管路总体压力损失的定量预测目标值,该研究对多分支汇流管路气流流动状态进行分析,明确了影响管路气流流动的主要... 为探究气吸式播种机气力系统多分支汇流管路负压气流的流动规律,掌握管路总体压力损失与管路几何结构之间的关联特性,获取管路总体压力损失的定量预测目标值,该研究对多分支汇流管路气流流动状态进行分析,明确了影响管路气流流动的主要因素,采用单因素试验及Fluent仿真模拟,从宏观、微观尺度阐明多分支汇流管路中的气流流动规律及总体气压损失原因,通过量纲分析法建立了总体压力损失(ΔP,Pa)与空气密度(ρ,kg/m^(3))、空气动力黏度(μ,Pa·s)、集管封闭端长度(L,mm)、入口支管1的入口流量(Q,m^(3)/s)、入口支管内径(d,mm)、入口支管长度(h,mm)、入口支管间距(δ,mm)、集管内径(γ,mm)、出口支管内径(D,mm)和出口支管长度(Δ,mm)关系的经验式。台架试验结果表明,所建立的经验式应用范围为0.0009 m^(3)/s≤Q≤0.0045 m^(3)/s,28 mm≤d≤45.2 mm,100 mm≤l≤200 mm、200 mm≤δ≤300 mm,42.6 mm≤γ≤81.4 mm,150 mm≤Δ≤250 mm,34 mm≤D≤42.6 mm、53.6 mm≤D≤57 mm,对多分支汇流管路总体压力损失的预测精度在经验式计算值的10%以内。所建立的经验式可为气吸式播种机多分支汇流管路的设计选型、结构优化提供参考。 展开更多
关键词 播种机 试验 气力系统 多分支汇流管路 FLUENT 量纲分析
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精准对靶喷洒植保无人机地面站的设计
9
作者 张子超 张亚莉 +4 位作者 兰玉彬 张建瓴 严智威 林芳源 邓继忠 《农机化研究》 2025年第7期112-120,共9页
精准对靶喷洒是未来无人机植保装备技术的重要发展方向,其规划和控制则需要地面站来完成,但目前商品化的植保无人机及其地面站均无精准对靶喷洒功能,用户也无法在其上开发精准对靶功能。为此,利用DJI A3 Pro飞控,采用Jetson TX2控制系统... 精准对靶喷洒是未来无人机植保装备技术的重要发展方向,其规划和控制则需要地面站来完成,但目前商品化的植保无人机及其地面站均无精准对靶喷洒功能,用户也无法在其上开发精准对靶功能。为此,利用DJI A3 Pro飞控,采用Jetson TX2控制系统和RTK等硬件对植保无人机进行飞行控制和喷洒控制;在此硬件基础上,基于Qt和Google Map离线瓦片地图,开发了应用于精准对靶喷洒的地面站软件。该软件不但实现了对无人机航线规划、设定喷洒参数和无人机飞行状态显示等基本功能,且可以进行基于处方图的喷洒。初步测试表明:系统具有可行性和稳定性,达到预期效果,可为自行研发精准对靶喷洒植保无人机系统提供参考。 展开更多
关键词 植保无人机 地面站 精准对靶喷洒 控制技术
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