摘要:针对采摘机器人在野外作业环境中，面临采摘任务数量多，目标与障碍物位置具有随机性和不确定性等问题，提出一种基于深度强化学习的虚拟机器人采摘路径避障规划方法，实现机器人在大量且不确定任务情况下的快速轨迹规划。根据机器人本体物理结构设定虚拟机器人随机运动策略，通过对比分析不同网络输入观测值的优劣，结合实际采摘行为设置环境观测集合，作为网络的输入；引入人工势场法目标吸引和障碍排斥的思想建立奖惩函数，对虚拟机器人行为进行评价，提高避障成功率；针对人工势场法范围斥力影响最短路径规划的问题，提出了一种方向惩罚避障函数设置方法，将障碍物范围惩罚转换为单一方向惩罚，通过建立虚拟机器人运动碰撞模型，分析碰撞结果选择性给予方向惩罚，进一步优化了规划路径长度，提高采摘效率；在Unity内搭建仿真环境，使用ML-Agents组件建立分布式近端策略优化算法及其与仿真环境的交互通信，对虚拟机器人进行采摘训练。仿真实验结果显示，不同位置障碍物设置情况下虚拟机器人完成采摘任务成功率达96.7%以上。在200次随机采摘实验中，方向惩罚避障函数方法采摘成功率为97.5%，比普通奖励函数方法提高了11个百分点，采摘轨迹规划平均耗时0.64s/次，相较于基于人工势场法奖励函数方法降低了0.45s/次，且在连续变动任务实验中具有更高的适应性和鲁棒性。研究结果表明，本系统能够高效引导虚拟机器人在避开障碍物的前提下快速到达随机采摘点，满足采摘任务要求，为真实机器人采摘路径规划提供理论与技术支撑。

摘要:针对实际环境中由于农业机械（简称农机）作业过程的作业量以及土壤条件的变化等不确定性因素的影响，导致协同作业跟随农机的行驶工况不稳定、跟随协同作业响应慢、控制困难等问题，在综合考虑不确定性以及响应性能的基础上，提出了一种农机跟随分层控制架构，搭建农机田间作业下的纵向跟随动力学模型，并以间距保持、速度跟随、燃油经济性、加速度跟随性能为目标，进行基于模型预测控制（MPC）算法的上层控制器推导，基于前馈以及PI反馈的控制器作为下层控制，以上层控制器获得的控制加速度为目标，进行力矩（电流）跟踪，在保证抗不确定性以及干扰噪声的同时，提高跟随农机的响应能力。通过Matlab/Simulink仿真和田间试验验证，结果表明，该控制方法可以有效解决农机作业的跟随控制问题，与滑模变结构控制器相比，能够实现稳定跟随行驶，且速度误差和加速度误差更小，速度误差控制在-0.29132~0.18001m/s，加速度误差控制在-0.05678~0.05628m/s2，稳定跟随距离误差为±0.45m，具有良好的跟随效果。

摘要:针对原4MB-6型密植棉秆对行铲拔铺放机田间性能试验中存在的减阻装置壅土严重、对行铲切装置处棉秆堆积、拔秆铺放辊拔秆不连续及有效性差等问题，对该机具进行了改进设计；为进一步提高该机具的作业性能，对其核心工作部件的作业机理进行了分析；对行铲切装置采用原地放垡间隔作业技术，当铲切深度约为115mm时，在1幅宽膜内（2050mm），其底部虚实作业比例为1∶242，地表虚实作业比例为1∶0.59，该比例从地面到底部呈连续递减趋势，有利于降低作业功耗；在铲切作业过程中，在梯形框架带刃口的侧板部分和铲切板的挤压、剪切作用下，棉茬周围土壤被剪切和弯曲破坏、土壤-棉根系复合体产生失效被原位抬升于土壤上层，对其余土壤的扰动较小；齿型推拔辊采用反向推拔作业原理，有利于棉秆导入V形刀齿并进行有效夹持，由于其所起拔的棉秆已被铲切抬升，且入土深度（0~10mm）小，因此进一步减小了整机作业功耗。田间试验表明，改进后的机具整机作业性能稳定，对行铲切装置工作流畅，实现了棉秆对行铲切及原位抬升作业目标，齿型推拔辊能有效抓取棉秆，并进行切向甩抛使得整株棉秆根茬土壤分离、铺放于田间，拔净率为90.87%~91.42%，达到了整秆铲拔的设计要求（拔净率90%以上），是新疆棉区棉秆资源机械化收获的适用设备。

摘要:为提高超级杂交稻穴盘育苗低播量排种器的播种性能，设计一种压电式振动供种装置，提出一种小供种量条件下均匀、有序、单列供种的导流振动板。阐述了压电式振动供种装置的工作原理，构建了振动装置动力学模型，分析了稻种在振动板上的运动机理，确定了其主要工作参数。以振幅、储种盒深度为试验因素进行仿真试验和回归及响应曲面分析，建立了振幅、储种盒深度与供种速率、供种速率变异系数和单列率间的数学模型，试验结果表明振幅对供种速率影响极其显著，储种盒深度对单列率影响极其显著；当600~1000盘/h生产率条件下确定最佳储种盒深度为9mm，振幅范围为0.4~0.6mm。振动供种性能和排种性能样机试验结果表明，当通电电压为120~140V时，供种速率为6.1~13.4粒/s，供种速率变异系数为10%~14%，单列率为77.5%~84.6%，与回归模型误差分别小于6%、9%、4%，且各列间供种速率变异系数小于4%；样机试验结果表明，当生产率为600盘/h时，天优998和蜀优217的1~2粒/穴合格率分别为95.54%和94.88%，漏播率为2.47%和2.96%，满足超级杂交稻低播量精密播种的设计要求，该研究为工厂化穴盘育秧精量播种机的设计提供参考。

摘要:为解决玉米免耕播种机播种作业时存在漏播的问题，针对漏播自补偿和漏播辅助补偿方法进行了对比研究。对水平圆盘排种器的排种性能进行试验，获取了排种器在不同排种盘转速和播种粒距下排种合格指数、漏播指数和重播指数。由漏播自补偿补种性能分析可得，在排种口检测漏播信号进行加速补种，补种的实际粒距LPR>1.5L，补种粒距依然为漏播，无法实现漏播补偿功能，若在种子脱离排种口之前检测到漏播信号，提前做好加速准备再进行补种，可实现漏播自补偿功能。由漏播自补偿试验可知，漏播自补偿受播种速度和播种粒距影响较大，在播种粒距为20、25cm，播种速度不大于5km/h时，补种合格率不小于88%，在播种粒距为15cm或播种速度大于5km/h时，补种合格率较低；由漏播辅助补偿补种性能试验可知，在播种速度3~7km/h，粒距15~25cm下，补种成功率不小于89%，在播种速度不大于5km/h，补种合格率不小于96%。为了保证补种位置精确，采用漏播辅助补偿装置进行补种，〖JP2〗需合理设计漏播补偿装置安装位置，同时受播种速度、播种粒距、排种盘线速度、投种角的影响，通过合理设计补种装置安装参数后，控制补种装置响应时间t和补偿装置排种盘的线速度vb实现补种位置的精确控制。

摘要:玉米精量播种机多采用高位投种，种子着床过程弹跳移位，粒距一致性变差的问题突出。为了探明高位投种着床位置影响因素，利用三维激光绝对臂测量机，扫描真实种沟外形，通过逆向建模方法构建种沟三维数字模型，采用正向测量和逆向验证组合标定种子与土壤接触参数：滚动摩擦因数0.22，滑动摩擦因数0.727，碰撞恢复系数0.16。基于标定参数的仿真试验与真实试验相比，着床种子与导种管出口距离误差为4.7%，仿真种子着床过程与真实过程接近。以播种作业速度、粒距和投种角为因素，以种子着床点与第1落点的纵向偏移量为指标，基于种沟三维数字模型，开展单因素仿真试验和两因素四水平仿真试验，单因素试验结果表明：高位投种过程中，粒距对种子纵向偏移量影响不显著（P＞0.05），投种角和作业速度对种子纵向偏移量有显著影响（P＜0.01）；两因素四水平试验表明：相同投种角条件下，纵向偏移量随着作业速度的增大而增大；相同作业速度条件下，纵向偏移量随投种角的增大而增大；着床时种子与种床的纵向速度（种子速度沿作业方向的分量）与纵向偏移量呈线性相关关系，作业速度和投种角通过影响种子与种床的纵向速度影响种子着床分布。田间试验表明：随纵向速度增加，粒距合格指数先增大后减小，变异系数先减小后增加；粒距合格指数最大值出现在纵向速度为0.14m/s时，粒距变异系数最小值出现在纵向速度-0.18m/s时，说明纵向速度越接近零，播种效果越好，进一步验证了仿真试验结论。

摘要:针对我国黄淮海地区小麦秸秆覆盖地玉米免耕播种机高速作业时开沟器易堵塞、播种质量差等问题，基于旋耕防堵理论设计一种浅旋条带对行主动式防堵装置。根据黄淮海地区小麦玉米种植模式中小麦苗带状况，对防堵装置的刀型排布结构和刀轴转速进行设计；从秸秆流动、抛撒轨迹和受力角度进行分析，确定防堵装置结构参数设计的合理性，并对影响其性能的关键因素进行土槽试验；选取刀轴间距、刀轴转速和机具前进速度为影响因素，以秸秆清秸率和动土率为性能评价指标，进行离散元模拟仿真和多因素正交试验，对影响作业性能刀轴间距和防堵装置工作参数进行优化。仿真试验结果表明，在刀轴转速为800r/min、刀轴间距为70mm、机具前进速度为7km/h时，综合作业质量最优；对优化结果进行玉米播种田间试验，在秸秆覆盖量为1.02kg/m2，前进速度为8km/h时，秸秆清秸率为91.85%，沟深稳定性为86.67%，动土率为26.47%，可满足高速作业要求。

摘要:针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业，限制了机器嫁接生产效率，存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题，设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构，能够实现上苗、切削和对接工位同步作业，以及秧苗柔性夹持与快速搬运，有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法，分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性，得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型，分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律，得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚，夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象，柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%，比弧形夹持手提高4.5个百分点，伤苗率降低3.5个百分点，柔性夹苗效果显著；该机构嫁接平均速度为1052株/h，是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍，嫁接成功率为96.67%，大幅提高了嫁接机器人生产效率，能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。

摘要:针对贵州地区辣椒种植宜机收簇生品种小株距膜上移栽农艺要求，对井关PVHR2型移栽机进行改造。在将机具最小株距由300mm减小为150mm后，分析株距减小前后栽植轨迹变化，以减小穴口宽度为目标，综合考虑栽植装置与整机空间位置关系、鸭嘴开合时间、入土及接苗时的姿态等，对栽植机构的杆件进行优化。仿真优化后，栽植穴口宽度由91.1mm减小为66.3mm，按照优化后的尺寸进行了膜上移栽试验，试验结果表明，因地膜自身弹性，穴口宽度较理论分析尺寸都略小，优化后的栽植装置在株距150mm时，穴口宽度约为60mm，满足使用要求。

摘要:为了实现蔬菜移栽的自动取苗作业，基于二阶椭圆齿轮行星轮系设计了自动取苗机构，并建立该机构的运动学数学模型和运动仿真模型。通过分析自动移栽的农艺要求，确定了机械取苗过程中取苗爪理想的运动轨迹和取投苗姿态。在理论分析的基础上，借助运动仿真优化了二阶椭圆齿轮行星轮系结构参数，包括椭圆齿轮偏心率、栽植鸭嘴相对于行星架初始安装角、行星架初始安装角、第一中间齿轮与第二中间齿轮夹角，最终得出一组最佳的参数组合。优化后的取苗机构能实现直线取苗和竖直投苗。在此基础上，设计了自动取苗试验台，进行取苗试验。试验结果显示，二阶椭圆行星轮系取苗机构工作效率为80株/min时，取苗成功率平均达到91.3%，达到了预期的设计目标。

摘要:针对菠菜收获过程中收获散乱、根切阻力大等问题，从根土复合体特性着手，分析收获过程中菠菜根、土壤与根切铲之间的互作关系，以优化根系聚拢、减少土壤雍堵和降低铲切阻力，提高菠菜切根效率。设计了一种兼具切根与根系聚拢功能的新型根切铲，建立了根切受力模型，对铲刀的关键参数进行计算优化，确定了铲刀滑切角为60°，刃口角为45°；测定了菠菜根的生物力学特性，建立菠菜根柔性体离散元模型，并基于颗粒接触力学模型的本构方程计算出菠菜根的粘结参数，结合土壤模型建立菠菜根土复合体，并对各项参数进行标定；构建了根切铲与根土复合体的铲切过程仿真，明晰根切铲的工作机理，确定影响切根与根系聚拢性能的主要参数。利用响应面法对根切铲各项参数进行优化，确定根切铲的最优设计参数为：铲翼角76°、铲翼长度占比57%、铲槽面积占比40%。田间根切试验表明：根切合格率均值为93.8%，采收率均值为87.2%。本研究可为菠菜收获机根切机构的研制提供理论指导。

摘要:我国果树栽培面积和果品产量均居世界第一，果树施肥是果园生产管理的关键作业环节，施肥质量直接决定果树产量及果品品质。果园主要施肥方式有深施基肥、土壤追肥、叶面喷肥、树干涂肥等。其中，基肥的肥料施用量占全年施肥总量的70%以上，是影响果树产量及品质最重要的阶段。基肥施肥机械化是果园生产管理机械化水平的重要体现。本文综合分析了果园基肥施肥机械化农艺要求及发展概况，重点阐述了我国和国外发达国家基肥施肥装备的典型机具及其技术参数和特点，并结合我国基本农情和果园生产的实际情况，归纳总结了我国果园基肥施肥机械化发展亟待解决的主要问题，展望了基肥施肥装备的发展趋势，为我国果园基肥施肥装备的进一步发展提供参考。

摘要:针对两熟区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎严重、未脱净率高的问题，设计了一种纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置。该脱粒装置采用纵轴流脱粒滚筒，脱粒滚筒上安装脱粒锤爪，脱粒前段和脱粒后段可更换不同型式的脱粒锤爪，脱粒锤爪与脱粒滚筒柔性连接，以降低籽粒破碎率，实现玉米的柔性低损伤脱粒。脱粒凹板采用分段组合式，便于脱粒段、排杂段的调整，凹板圆柱钢上设计半球形凸起，以增加搓擦力，提高脱净率。选取喂入量、滚筒转速、脱粒锤爪型式作为试验因素进行了正交试验，确定了在不同含水率下，喂入量、滚筒转速和脱粒锤爪的最佳参数组合，结果表明：含水率为25.12%时，最佳参数组合为滚筒转速500r/min，喂入量8kg/s，起脱段为扁头脱粒锤爪，平脱段和强脱段为圆头脱粒锤爪，此时籽粒破碎率为3.73%，未脱净率为0.69%；含水率为32.83%时，最佳参数组合为滚筒转速450r/min，喂入量8kg/s，起脱段、平脱段和强脱段均为圆头脱粒锤爪，此时籽粒破碎率为4.36%，未脱净率为0.70%。

摘要:针对目前国内玉米收获机割台操控仍依靠机械调控、调整不便等问题，设计了一种割台高度自动调控系统。该系统包括浮动压紧式仿形机构、STM32控制单元、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块等。浮动压紧式仿形机构由角度传感器、仿形板、扭簧、固定轴等组成，利用ADAMS软件得到了仿形板垂直高度变化情况并设计了扭簧，能够较好贴附地面行走。建立了割台高度自动调控参数模型，采用PID控制算法实现割台高度的自动调控。控制系统通过仿形机构检测割台的离地高度，经STM32控制单元处理后，通过割台油缸自动调整割台的离地高度。测试结果表明，割台在按键模式下调控时平均响应速度为0.42m/s，在自动调控模式下割台实际高度与设定高度的误差在20mm以内，均满足玉米收获机割台调控的需要。研究结果可为玉米收获机智能化设计提供参考。

摘要:针对当前玉米果穗收获存在损伤大、效率低的问题，在原来激振摘穗技术研究的基础上，从激振辊夹持果柄实现激振波有效传递入手，结合激振摘穗实现果-茎分离的条件，开发了基于椭圆截面的新型摘穗装置，确定了该型摘穗辊结构参数的设计方法；根据激振摘穗过程中产生的激振波波形确定了椭圆激振辊的布局和结构参数，建立了椭圆激振摘穗试验台；通过正交试验确定了影响摘穗质量（果穗啃伤率、落粒率和茎秆折断率）的主次因素依次为激振辊长短径之比、激振辊基圆直径、摘穗辊转速；确定了较优组合，即当激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.38%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.49%，均低于国家玉米收获机械技术标准要求。在较优参数组合下进行了试验验证，结果表明激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.39%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.48%，与前期试验结果基本保持一致。

摘要:油菜联合收获机田间作业过程中，割台碰撞和振动引起油菜角果和籽粒脱落，导致割台落粒损失约占收获总损失（8%～10%）的50%，为研究割台振动对田间收获落粒的影响，以4LL-15Y型履带式油菜联合收获机为研究对象，基于振源分析和在田间收获工况下对割台开展振动测试，确定引起割台振动的关键激振源是发动机（27.53Hz）和割刀（7.93~8.53Hz），然后基于Default Shaker液压振动台以0~40Hz扫频方式确定出影响适收期“华油杂62”油菜角果籽粒脱落的最大频率段为5~10Hz，在该频率段内开展激振频率对油菜角果和籽粒脱落影响的单因素试验。结果表明，Default Shaker液压振动台激振频率为7Hz时，油菜植株在横向固定和纵向固定时，其油菜角果和籽粒脱落率均为最大，横向固定时油菜角果和籽粒脱落率最高达3.42%，而传统往复式割刀激振频率在8.0Hz左右，位于5~10Hz油菜角果和籽粒落粒最大的频率范围内，割刀的往复运动会引起油菜角果和油菜籽粒大幅落粒，因此割台振动也是造成油菜联合收获机割台落粒损失的重要原因之一。

摘要:为了适应丘陵山区作业环境，满足超级杂交水稻收获要求，设计了4LZ-21Z型同轴双滚筒联合收获机。阐述了联合收获机整体设计方案，设计了同轴双速脱粒分离装置与履带自走装置，可一次完成分禾、扶禾、切割、脱粒、清选、装袋等工序。以低/高速脱粒滚筒线速度、回转式凹板筛速度和脱粒间隙为试验因素，籽粒损失率、破碎率和含杂率为性能指标，采用三因素五水平正交旋转组合设计试验，运用Design-Expert软件进行多目标变量优化，建立了各试验因素与性能指标数学模型，并进行多目标参数优化。根据参数优化结果，开展了样机田间试验。田间试验表明，该样机作业性能稳定，籽粒损失率、破碎率和含杂率分别为1.34%、0.20%和0.40%，各项性能指标均优于检测标准要求。

摘要:为了进一步提高小麦联合收获机谷物测产系统的准确性与稳定性，本文在第1代基于光电漫反射原理的小麦联合收获机测产装置基础上，结合定量螺旋输送原理，设计了一套联合收获机测产误差动态自校准系统，提出了一种在联合收获机动态条件下，测产误差自动进行反馈校准的方法。该系统由谷物体积传感器、卸粮转速传感器、粮仓粮位传感器、数据采集与处理模块、显示终端和误差反馈校准软件组成。2020年6月在北京市小汤山国家精准农业研究示范基地分别进行了卸粮转速传感器性能试验、室内螺旋输送台架试验和室外田间动态自校准性能验证试验。卸粮转速传感器性能试验结果表明卸粮转速传感器相对误差小于2%。台架试验结果表明，在不同的卸粮转速下，系统监测值与实际输出值误差不大于2.5%，定量螺旋输送谷物瞬时流量与转速呈线性关系，R2达到0.9937。田间试验表明，采用测产误差动态自校准方法的测量误差在-2.95%~3.13%，比未使用该方法的测产装置测量结果降低了0.45个百分点，同时系统的误差波动减小。测产误差动态自校准方法为小麦田间产量信息的准确获取提供了一种新的测量手段。

摘要:为提高脱粒装置的设计效率，本文构建了一种稻麦联合收获机脱粒装置智能化设计平台。分析联合收获机脱粒装置关键零部件设计知识特点，收集设计知识，采用产生式和框架式知识表示法表示设计知识，以SQL Server 2012构建设计知识库，并以Visual Studio 2012为开发工具建立脱粒装置知识库管理系统；针对脱粒装置关键零部件结构特征，研究不同的参数化建模方法，对NX软件进行二次开发，建立脱粒装置关键零部件参数化模型库；根据脱粒装置常规设计流程和零部件的设计要求，采用基于实例和基于规则的正向演绎推理方法，建立脱粒装置智能设计推理机；以Visual Studio 2012为开发平台，融合知识库、推理机、参数化模型库和人机交互界面，构建稻麦联合收获机脱粒装置智能化设计平台，实现脱粒装置的智能化设计。利用平台设计一个脱粒滚筒实例，并基于CAE软件进行了虚拟仿真试验，对设计实例进行了分析。结果表明，该平台缩短设计周期，降低设计成本，提高产品质量，推动农机企业的发展。

摘要:为解决西南丘陵山地青菜头机械化收获问题，结合青菜头生物特性和农艺要求，设计了一种具有柔性夹持功能的小型青菜头收获机。阐述了整机结构与工作原理，并对样机关键部件进行了结构设计和理论分析，柔性夹持装置初始间隙为60mm，最大允许通过青菜头直径为150mm，分析得到夹持输送带速度为0.37m/s、所需最大夹持力为38.04N；对割台架的仿地形能力和结构动力特性进行了分析，可得该结构允许地形起伏度为50mm，在安装割刀位置振幅最大，前5阶固有频率为115.63~783.60Hz，远大于发动机和地形产生的激励频率，因此不会发生共振现象。田间试验结果表明，切割及夹持输送机构运行平稳、振动小、切割有力、夹持力度适中；切割成功率为89.5%，青菜头损伤率为10.8%，实际工作效率为0.035hm2/h，各项性能指标基本满足设计和农艺技术要求。

摘要:针对单纵轴流小麦联合收获机物料输送中出现的堵塞问题，对小麦在螺旋输送器、倾斜输送器和脱粒滚筒螺旋喂入头中的输送过程进行理论分析，确定了影响小麦输送性能的主要因素及参数范围；利用EDEM软件建立了收获期小麦植株离散元模型，并采用EDEM-Recurdyn耦合的方法，构建了小麦从螺旋输送器喂入、经倾斜输送器，直至到达脱粒滚筒的输送系统仿真体系，分析了小麦在连续输送过程中的迁移规律、轴向速度和局部物料质量流率变化情况。以喂入量、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速和脱粒滚筒转速为试验因素，以物料输送时间为试验指标，进行四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验，结果表明：各因素对输送时间的影响由大到小依次为喂入量、脱粒滚筒转速、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速；当喂入量为7.52kg/s、螺旋输送器转速为308r/min、倾斜输送器主动轴转速为369r/min、脱粒滚筒转速为1083r/min时，输送时间为6.37s，输送时间最短，采用高速摄影技术拍摄物料输送情况，结果表明试验与仿真模拟误差为4.08%，验证了数值仿真结果的可靠性，为解决单纵轴流联合收获机输送系统的堵塞问题提供了理论依据。

摘要:针对大白菜种子机械化收获时滚筒脱出物各组分农艺形态差异大、物理特性复杂等问题，设计了一种由内流式圆筒筛（内置螺旋输送器）、横流吸杂风机等组成的分离清选装置。阐述了该装置的结构组成和工作原理，通过理论分析确定了其关键部件的结构与工作参数。选取圆筒筛转速、内螺旋输送器转速和横流风机转速为试验因素，以含杂率和损失率为性能指标，结合单因素试验结果，开展正交试验，采用综合评分法优化得到了装置最佳工作参数组合并进行了试验验证。结果表明：影响装置清选性能指标的试验因素由大到小为：横流风机转速、圆筒筛转速、内螺旋输送器转速，装置的最优参数组合为：圆筒筛转速70r/min、内螺旋输送器转速200r/min、横流风机转速700r/min。在该参数组合下进行了性能验证试验，试验结果为含杂率2.75%，损失率0.62%，满足行业相关标准要求。

摘要:为了改善国内谷物联合收获机风筛式清选装置清选作业参数的调控、监测与显示方式简单且自动化程度较低导致清选效率较低的问题。分析了谷物联合收获机风筛式清选装置4个清选作业参数（振动筛曲柄转速、风门开度、风机转速和鱼鳞筛筛片开度）的调节理论依据，对每个清选作业参数的调控与监测装置进行独立设计，在联合收获机风筛式清选装置基础上设计了多参数可调可测式清选系统，实现风筛式清选装置清选作业参数的自动化调控、监测与显示，整体系统采用电力驱动，实现了收获机风筛式清选装置的绿色环保作业。经准确性检测多参数可调可测式清选系统4个清选作业参数的调节精度均不小于97.17%，具有良好的鲁棒性，可实现4个清选作业参数的精确调控与实时显示。本文利用装配了多参数可调可测式清选系统的4LZ-4型全喂入履带收获机，以总损失率和含杂率为清选性能评价指标，进行了大豆机收田间试验，试验时样机运行良好。试验结果表明，大豆机收田间试验总损失率和含杂率平均值分别为3.13%和2.70%，达到行业标准要求。

摘要:针对传统油菜联合收获机风筛组合式清选装置结构复杂、振动较大的问题，设计了一种组合式旋风分离清选系统，主要由抛扬装置、组合式旋风分离筒、吸杂管道、离心风机等组成，其中，组合式旋风分离筒包括上锥段、中间圆柱段、下锥段、可拆卸圆弧或锥形挡料板等部件。结合油菜脱粒分离装置中脱出物输出量分析计算得出抛扬装置主轴理论转速不小于569.6r/min，结合杂余分离最小风量需求分析得出组合式旋风分离筒出粮口直径小于256mm；基于运动学与动力学建立了单粒油菜籽粒在旋风分离筒稳定气流场中的运动方程组，分析了挡料板对籽粒分离的影响；以抛扬装置主轴转速、吸杂口风量为因素，以旋风分离系统清洁率与损失率为评价指标开展了单因素试验；开展了正交试验寻求抛扬装置主轴转速、吸杂口风量、上锥段锥角、挡料板形式、出粮口直径的最佳参数组合。单因素试验结果表明：抛扬装置主轴转速与吸杂口风量分别在500~700r/min、0.566~0.692m3/s范围内清选性能较优。正交试验结果表明：旋风分离清选系统清选性能影响主次因素为吸杂口风量（吸杂口风速）、挡料板形式、上锥段锥角、出粮口直径、抛扬装置主轴转速；最佳参数组合为吸杂口风量0.692m3/s、抛扬装置主轴转速600r/min、上锥段锥角30°、无挡料板、出粮口直径200mm；最佳参数组合与不同工况条件下，开展验证试验得出旋风分离清选系统清洁率和损失率分别为86.80%~94.45%和5.90%~7.73%。该研究为油菜联合收获机清选装置的结构优化和改进提供了参考。

摘要:针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题，本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析，确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数，并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型，以种带清秸率为试验指标，以前进速度、转速和螺距为试验因素，进行了二次回归组合仿真试验，建立了种带清秸率的回归模型，结果表明，前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01)，其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解，得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm，最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验，试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点，基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。

摘要:为优化蓖麻蒴果柔性脱壳装置的脱壳过程参数，基于离散元粘结接触理论，构建蓖麻蒴果脱壳过程仿真模型，对物料在脱壳室内运动过程进行分析。结果表明，当滚筒转速为250r/min、脱壳间隙为7mm、填充率为40%时，脱壳率最高。滚筒转速对颗粒受到的最大压力和最大速度影响显著，随着转速的增加，颗粒间最大挤压力从68.78N减小到68.10N，颗粒最大速度从8.92m/s增加到12.99m/s，脱壳率从91.23%增加到91.28%，然后下粒最大压力从76.93N下降到58.69N，颗粒最大速度先由12.14m/s增加至12.99m/s，后减小至10.05 m/s；脱壳率先由92.50%减小至89.59%，后增加至91.41%。蓖麻蒴果在脱壳过程中，颗粒在X轴方向运动的平均速度从4.17m/s减小到3.26m/s；颗粒在Y轴方向运动的平均速度从8.26m/s减小到7.59m/s；颗粒在Z轴方向运动的平均速度从6.58m/s减小到6.24m/s。开始脱壳阶段，蓖麻蒴果集中分布在脱壳室中部，部分呈堆积现象，其运动轨迹为接触内滚筒后弹起一定高度后下落并随内滚筒转动，向出料口方向运动；稳定脱壳阶段，蓖麻蒴果集中均匀分布在脱壳室出料口附近，并随着内滚筒一起转动；脱壳结束阶段，物料集中分布在脱壳室出料口底部位置，并不断向底部位置移动，大部分蓖麻从脱壳室右侧排出。通过仿真得到脱壳过程最优参数组合为：转速350r/min、脱壳间隙5mm、填充率40%。试验结果为：转速350r/min、脱壳间隙5mm、填充率30%，因3个因素中转速和脱壳间隙为极显著因素，填充率为显著因素，故差异在合理范围内。

摘要:针对目前玉米籽粒直收机的清选装置存在籽粒损失率和含杂率偏高、传统试验受季节性影响大等问题，基于CASE 4099型联合收获机清选系统，搭建玉米脱粒清选试验平台，设计了一种竖式可调节分风板，并采用数学建模、仿真模拟和试验验证相结合的方法对清选装置作业性能进行优化。建立籽粒在振动筛上运动过程的数学模型，分析了振动筛倾角、振幅、频率、振动方向角和风机风力与振动筛筛面夹角等因素与籽粒在振动筛上平均运动速度和移动距离的关系；对清选装置内部流场风速分布进行仿真和试验，仿真结果表明，分风板左或右偏18°时，流场中风速分布均匀，在垂直方向上差值较小，验证试验结果表明，分风板右偏18°时流场内各测量点风速分布均匀，适于籽粒与杂质分离，清选效果较好；以振动筛转速、风机转速为主要影响因素，以籽粒损失率、含杂率为指标进行正交试验，结果表明当振动筛曲柄转速为275r/min、风机转速900r/min为最优作业参数组合，损失率和含杂率分别为1.34%、1.66%。

摘要:为实现小型方捆机草捆动态称量系统的准确测量，降低地面颠簸和机械传动引起的振动对草捆质量测量精度的影响，分析了打捆机作业速度、拖拉机PTO启停对草捆动态称量系统压力和角度噪声信号的作用机理。当系统采样频率为40Hz时，压力噪声信号频率主要在0.1~16Hz；角度噪声信号频率主要在3~4Hz和16~17Hz；打捆机作业速度与噪声信号强度呈正相关。在信号分析基础上，研究了信号处理方法。为提高滤波精度，首先采用基于3σ准则的双阈值动态滤波方法对信号进行预处理，消除奇异值影响，再利用分段线性插值补充空缺点，最后设计一种巴特沃斯带阻滤波器对噪声信号进行消除。田间试验结果表明，采用该方法对信号进行处理后，草捆质量预测相对误差为-4.15%~4.17%，优于均值滤波得到的结果，且该滤波方法适应性更好，更符合实际生产需要。

摘要:收获机械结构复杂多样，使用季节性强，且用户多样性、定制化需求特征明显，传统研发模式存在设计周期长、效率低和质量难以保证等问题。本文以玉米联合收获机果穗剥皮装置为研究对象，根据剥皮装置结构特征、技术参数和性能评价指标之间的关系，提出了基于知识工程的玉米果穗剥皮装置设计方法。首先明确剥皮装置设计流程，制定模块化设计方案，按照功能划分为专用件模块、通用件模块和标准件模块，其中专用件模块为剥皮装置核心组成部件，主要包括剥皮辊、压送器，通用件模块包括喂入辊、输送机构、排杂器、传动机构和果穗回收机构等，标准件模块包括传动件、连接紧固件和轴承等。然后按照标准、规范和约束范围，建立剥皮装置相关设计知识库，分析玉米品种特性、作业形式、传动方案、结构参数和工作参数之间的数学关系，同时利用框架式表示法对剥皮装置进行分解，建立自顶向下的谱系层次结构。基于果穗运动学和动力学分析，融合文献资料、试验数据和专家经验，建立了剥皮装置工作性能评价模型，包括苞叶剥净率评价模型、籽粒损失率评价模型和籽粒破碎率评价模型。基于Visual Studio平台，融合知识库、推理机、评价模型和系统人机界面，开发了基于知识工程的玉米剥皮装置设计系统，实现用户需求参数输入下设计参数的实时计算输出及参数评价。基于上述研究，以TPJ16型玉米果穗剥皮装置参数为例，在交互界面输入功率7.5kW、喂入量16.6t，计算获取剥皮装置关键结构参数和运动参数，并进行设计参数的性能评价，求解结果表明该剥皮装置的苞叶剥净率为96.01%，籽粒破碎率为1.42%，籽粒损失率为3.25%。

摘要:为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性，基于计算流体力学（CFD）非稳态模拟，通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型，分析了该系统在3组作业参数（液压为0.05MPa，气压为0.2、0.3、0.4MPa，3组作业参数分别对应的喷头出口截面平均气流速度为200、400、600m/s）〖JP2〗下的气流速度分布特征及在3组作业参数、4组高度水平（0、40、60、80cm）和2个〖JP〗雾滴沉积区域（喷头正下方区域和喷头中间区域）下的常温烟雾系统的雾滴沉积分布特性，并对雾滴沉积分布特性进行了试验验证。研究结果表明：固定管道式常温烟雾系统作业时可在棚室内形成涡旋气流，有益于雾滴在整个棚室内的漂浮、弥散和沉积，根据仿真和试验结果得出本系统的最优作业参数为气压0.3MPa、液压0.05MPa。喷头正下方和喷头中间区域的雾滴最大沉积量分布在喷头喷射方向前方1m区域（采样点5），且沿喷头喷射方向呈逐渐降低趋势。相同试验条件下，雾滴沉积量随着气流速度的增加呈降低趋势。喷头正下方的雾滴地面沉积量低于中间区域的雾滴地面沉积量，而在高度水平40、60、80cm下，喷头正下方相应的雾滴沉积量高于中间区域。正下方区域的雾滴主要沉积分布在60~80cm的高度区间，中间区域的雾滴主要沉积分布在高度40、80cm区域。不同作业参数下雾滴在不同高度的仿真和实测沉积量相关系数范围为0.990~0.924。雾滴沉积量仿真值和实测值的相对误差范围为0.008~0.374， 说明CFD仿真可较准确地预测模拟常温烟雾系统气流速度场与雾滴沉积分布特性，指导实际作业参数优化。

摘要:针对目前旱地胡麻机械化喷药作业中存在作业效率低、配套机型少、自动化程度低、药雾对操作人员伤害大等问题，设计了3WYP900型旱地胡麻喷药机，该机可实现远程遥控及滑移转向。对样机行走转向装置、喷洒装置、喷杆升降折叠装置等关键部件进行了设计，并结合作业要求进行了理论分析计算。设定不同的喷头施药压力进行喷头施药量及喷幅试验，试验结果表明，当压力为0.3MPa时，单个喷头变异系数最小为0.0096，稳定性最优，且该压力下喷幅稳定为9.423~9.622m。在0.3MPa压力下发生滴漏喷头数目均小于3，单个喷头的滴液量最大为3滴，滴漏液滴数为5滴，防滴性能符合国家标准。同时整机调速转向以及制动灵活，控制反馈精准迅速，试验过程中未发生侧翻、失速、喷药中断等现象，表明整机基本达到设计要求，具备田间试验的相关条件。 

摘要:针对喷杆喷雾机作业过程中，因田间地表起伏和土壤硬度不同导致喷杆与施药靶标面无法始终保持适当距离、影响施药均匀性和防治效果的问题，设计了一种喷杆高度智能调节系统。该系统采用3个超声波测距传感器获取喷杆不同位置的高度信息并用限幅滑动平均滤波算法对传感器数据进行预处理，同时将双轴倾角传感器分别安装于车体底盘中部和喷杆上，以实时获取喷雾机和喷杆的姿态信息。然后采用基于加权平均的多传感器融合算法对喷杆高度信息进行融合处理。利用专家知识和经验，综合考虑当前喷雾机姿态信息和喷杆高度信息，设计使用不同的控制参数和控制规则，再由专家控制推理机按照制定的控制策略进行推理输出。然后控制机构通过PWM控制电磁比例换向阀动作，驱动喷杆调节油缸对喷杆高度进行调节，使喷杆高度误差快速稳定在允许误差范围内。给出了喷杆系统的机械结构，阐述了系统硬件系统组成、工作原理和喷杆高度智能调节系统的专家控制算法和软件实现。系统通过CAN总线实时获取外部变量施药系统的工作状态信息，实现与变量施药系统的工作同步，同时由触摸屏实现人机交互，设定放大系数、衰减系数、动作阈值等控制参数，再通过CAN总线输送至控制器用于喷杆高度控制。系统应用于课题组研制的3WZG-3000A型大型喷雾机，并针对喷杆高度智能调节系统的调节性能进行了试验。试验结果表明，该系统可以快速跟随阶跃激励引起的喷杆高度调节需求，当喷杆高度控制允许误差设定为8%、阶跃激励为20cm时，最大调节时间不大于0.75s。

摘要:自走式喷雾机由于其作业路面复杂多样易产生滑转，需防滑控制保持机具稳定驱动，本文提出一种模糊防滑控制策略，设计了控制器，并在Matlab/Simulink中对控制系统进行了仿真分析，仿真结果表明：该模糊防滑控制系统可以有效将滑转率控制在0.05左右。最后通过田间试验验证了驱动防滑控制系统的性能，试验表明，所设计的全时四驱液压驱动喷雾机模糊防滑控制机具在低速行进时，未开启防滑控制时相对滑转率均值为0.078，开启后相对滑转率均值为0.028；在中速行进时，未开启防滑控制时相对滑转率均值为0.109，开启后滑转率均值为0.031；在高速行进时，未开启防滑控制时相对滑转率均值为0.110，开启后相对滑转率均值为0.035，表明了该控制系统防滑控制效果良好。

摘要:在施药机械满足喷雾质量前提下，为降低果园施药综合成本，需要对果园施药机械资源消耗水平进行评估。本文选择典型地面风送喷雾机、单旋翼和六旋翼植保无人机进行果树施药试验，对比分析冠层雾滴沉积分布、雾滴穿透性、地面雾滴流失等主要喷雾效果指标，结果表明：3种施药机械在树冠纵向各层、横向各层雾滴沉积密度均大于25滴/cm2，能够满足果园植保要求；比较冠层雾滴分布/沉积均匀性，树冠纵向沿送风方向整体呈下降趋势，树冠横向由外到内整体呈下降趋势，变异系数最高分别达63.54%和79.19%；对比雾滴穿透性，风送喷雾机较优，纵向与横向变异系数最大为5.35%，单旋翼植保无人机横向最差，变异系数为35.20%，而六旋翼植保无人机纵向最差，变异系数达40.77%。但单旋翼和六旋翼植保无人机地面雾滴流失量分别是风送喷雾机的2.78%和12.50%，减少了农药浪费。进一步综合施水量、施药量、用工量、作业时长和作业能耗等指标，采用基于变异系数客观赋权法与主观赋权法两种线性加权方法，构建了施药装备资源消耗水平评价模型，验证结果均表明，综合资源消耗由小到大依次为单旋翼植保无人机、六旋翼植保无人机、风送喷雾机；两种评价方法的资源消耗综合评价指标值变异系数分别为110.2%和74.2%，说明基于变异系数客观赋权法的评价模型，综合指标值之间差异更明显、评价效果更符合实际。

摘要:目前国内大多数果园风送喷雾机多通过控制风机转速或出风口截面积调整风量，依据果树冠层特征实时变量调控风量的相关研究较少，针对上述问题，本文提出了一种基于果树冠层特征实时调整风量的单风机多风管旁路调风技术。分析对比了节流调风和旁路调风两方案风速调节能力和风场风速空间变化特性，旁路调风结构风速与蝶阀开度线性变化关系更明显，利于风量及风速的控制，因而选择旁路调风方案。该方案基于果树分割冠层层数设置相应数量的扇形出风口，构建了基于果树分割冠层特征的蝶阀开度模型，并依据该模型计算各出风口处蝶阀的理论开度，结合PID变量调控技术控制蝶阀实现各出风口风量实时调控进行变量喷雾。选择普通风送喷雾、自动对靶变量喷雾和变风量喷雾3种模式，以雾滴沉积量和药液飘逸损失为指标，对3种作业模式进行喷雾性能试验，试验结果表明：普通风送喷雾模式下农药飘移量及地面流失量最大；变风量喷雾表面冠层的沉积量比自动对靶风送喷雾模式提高了17.3%，变异系数降低了10.29个百分点，且果树冠层下、果树间的地面沉积量分别降低了26.1%和40.7%，飘移量相比于其他2种喷雾模式分别降低了69.9%和50.9%。

摘要:为了研究扇形喷嘴不同喷雾方式下的空间沉积情况，利用自行设计的NJS-1型植保风洞，搭建雾滴粒径测试装置与雾滴沉积分布测试装置。选用LURMARK-04F80型标准扇形喷嘴开展雾滴粒径分布与沉积特性试验，分析了喷雾压力与风速对雾滴粒径的影响，同时研究了不同风速、喷雾压力、雾流角及喷头倾角下雾滴沉积特性，并采用3种不同的计算方法对比了雾滴飘移减少百分比的影响因素。雾滴粒径分布试验结果表明，相同风速下，增大喷雾压力会导致DV0.1、DV0.5和DV0.9都变小，同时ΦVol＜100μm变大，雾滴谱宽S变化不大；相同压力下，增大风速导致DV0.1和DV0.5变大，DV0.9变化较小，同时ΦVol＜100μm变小，雾滴谱宽S减小。雾滴沉积分布试验结果表明，压力从0.2MPa增加至0.4MPa时，水平喷雾平面上，距离喷头2～3m处雾滴沉积量基本呈增加趋势，竖直喷雾平面上，距离地面0.1～0.2m处雾滴沉积量呈增加趋势；风速从1m/s增加至5m/s时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，雾滴沉积量整体呈增加趋势；雾流角从-15°变化到15°时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，雾滴沉积量明显加大；喷头倾角从0°变化到30°时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，总体趋势是喷头倾角越大，沉积量越低，但差异不大；同时与参考喷雾相比较，采用3种计算方法得到的雾滴飘移减少百分比（DPRP）表明，喷雾压力、风速以及雾流角对雾滴飘移减少百分比影响较大，特别是侧风风速影响尤为显著。该研究可为田间喷雾作业参数的选择提供试验数据指导。

摘要:针对目前在役农机装备的维修策略主要采用事后维修方式，维修策略经济性差、维修效率低，甚至无法完全保证农机装备服役阶段可靠性与安全性的问题，提出了一种在役农机装备预防性成组维修策略。首先，采用模糊聚类分析法对农机装备的故障数据进行分类等级化处理，建立了基于改进竞争威布尔分布的农机装备可靠度评估模型，并对其可靠性水平进行定量化评价；其次，基于农机装备季节性服役的特征与维修的经济相关性，给出了预防性成组维修时间间隔和维修时机的算法模型；最后，考虑维修人员与农机装备服役数量之间的关系，建立了以最小维修费用为目标的算法模型，得出了农机装备成组维修计划。结合重庆市某农场10台小型联合收获机的历史故障数据以及成本数据，给出了成组维修策略在农机装备服役阶段的具体实施案例。通过2个案例分析结果表明，与传统事后维修方式相比，预防性成组维修策略减少了总维修次数，总维修费用分别降低了22.37%与19.11%，从而验证了预防性成组维修策略在农机装备服役阶段应用的有效性。本文提出的方法为农机装备维修策略的研究工作提供了参考和借鉴。

摘要:杂草是导致农作物减产的一个重要因素，准确的识别是杂草治理的前提和基础，随着计算机和信息技术的进步，机器视觉和图像处理相结合成为了当前杂草检测和识别的主流方法。本文从图像的预处理、分割、特征提取和分类4个角度，详细介绍了当前国内外田间杂草识别的研究进展以及各种分割、提取、识别方法的优缺点。另外，针对目前田间杂草检测中存在的光照环境影响、叶片的遮挡和重叠以及分类器的优化等问题进行了分析和讨论，最后根据目前杂草识别的研究趋势提出了建议与展望。

摘要:为了解决农业病虫害命名实体识别过程中存在的内在语义信息缺失、局部上下文特征易被忽略和捕获长距离依赖能力不足等问题，以农业病虫害文本为研究对象，提出一种基于部首嵌入和注意力机制的农业病虫害命名实体识别模型(Chinese agricultural diseases and pests named entity recognition with joint radicalembedding and selfattention, RS-ADP)。首先，该模型将部首嵌入集成到字符嵌入中作为输入，用以丰富语义信息。其中，针对部首嵌入设计了3种特征提取策略，即卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)、双向长短时记忆网络(Bidirectional long shortterm memory network, BiLSTM) 和CNN-BiLSTM；其次，采用多层不同窗口尺寸的CNNs层提取不同尺度的局部上下文信息；然后，在BiLSTM提取全局序列特征的基础上，采用自注意力机制进一步增强模型提取更长距离依赖的能力；最后，采用条件随机场(Conditional random field, CRF)联合识别实体边界和划分实体类别。在包含11个类别和24715条标注样本的农业病虫害自制语料上进行了实验。结果表明，本文模型RS-ADP在该数据集上精确率、召回率和F1值分别为94.16%、94.47%和94.32%；在具体实体类别上，RS-ADP在作物、病害、虫害等易识别实体上F1值高达95.81%、97.76%和97.23%。同时，RS-ADP在草害、病原等难以识别实体上F1值仍保持86%以上。实验结果表明，本文所提模型能够有效识别农业病虫害命名实体，其识别精度优于其他模型，且具有一定的泛化性。

摘要:针对车辆果园行间自主导航出现的车辆偏航、非相邻树行干扰、植株缺失、树行弯曲等问题，提出一种基于激光雷达的行间路径提取方法，构建多样化虚拟果园环境仿真行间路径导航过程，评估路径提取算法性能。行间路径提取时，采用二维激光雷达（Light detection and ranging，LiDAR）获取果园树干测量数据，通过中值滤波削弱测量噪声，设计椭圆感兴趣区域（Region of interest，ROI）提取相邻树行，提出两步树行分割法获取相邻树行数据，通过最小二乘法拟合树行直线，将树行中心线作为导航路径。行间导航仿真时，建立虚拟果园环境和LiDAR测量模型，基于仿真测量数据生成导航路径，经过一阶数字低通滤波后实时控制车辆运动。仿真实验中，设置果树种植偏差为±20cm，树干直径偏差为±3cm，LiDAR测量误差为±3cm。实验结果表明，本文方法在车辆偏航、缺树、曲线树行等情况下均能准确提取导航路径，在偏航角不大于15°、横向偏差不大于1m、缺树率不大于25%时均能将车辆轨迹与道路中心线的横向偏差控制在±14cm内。

摘要:传统的柑橘灌溉方式主要依赖人工经验，一方面有可能导致灌溉时机不准确，另一方面有可能造成灌溉量过高或者过低，对果实的生长都会产生负面影响。柑橘果园水分蒸散量是表征耗水量的重要指标。为了实现对大面积柑橘果园蒸散量(Evapotranspiration, ET)的准确估算，制定更加科学精细化的灌溉策略，基于气象数据集，应用长短期记忆（Long shortterm memory, LSTM）、极限学习机（Extreme learning machine, ELM）和广义回归神经网络(General regression neural network, GRNN)方法对蒸散量建立预测模型并验证其准确性。结果表明，LSTM模型的平均绝对误差(Mean absolute error, MAE)和均方根误差(Root mean square error, RMSE)是3种模型中最优的，ELM和GRNN模型的性能接近。为了估算3种模型结果的可信度，在训练时加入了蒙特卡洛不确定性分析方法。结果表明，LSTM模型在不同输入特征数量下具有较高的精度，而ELM模型存在预测值偏高的现象，GRNN模型则偏低。

摘要:在玉米育种、田间测产和提高玉米产量的过程中，均需要对玉米果穗考种，即需要对玉米果穗的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和穗粒数等性状参数进行测量。人工考种不仅花费大量的人力物力，而且在考种过程中普遍存在人工劳动强度大、观测效率低、人为干扰导致测试结果不客观及不准确等问题，在很大程度上限制了考种的速度与精度。针对上述问题，利用所研制的自动考种设备和机器视觉方法，通过USB工业相机获取玉米果穗单面性状彩色图像，利用|B-R|模型、（G+B）/2模型将彩色图像分别进行灰度化，利用改进后的一维最大熵阈值分割方法对灰度图像进行二值化，分别得到果穗轮廓二值图像和果穗特征二值图像；通过轮廓二值图像计算果穗放置后的倾斜角，实现果穗轮廓二值图像和特征二值图像的自动纠偏；通过相机标定，得到单位像素对应的实际值，进而得到穗长及穗粗；通过提取局部籽粒特征二值图像，利用水平黑背景点扫描及对扫描曲线的修正获取穗行宽度，通过穗行数修正模型得到果穗的穗行数；通过提取局部单行籽粒特征二值图像，利用垂直黑背景点扫描及对扫描曲线的修正得到行粒数；根据行粒数和穗行数得到穗粒数。试验结果表明，穗长和穗粗平均测量精度分别为98.05%和97.99%，穗行数测量正确率为95%，行粒数平均测量精度为96.29%，穗粒数平均测量精度为95.67%，和实际值相比，穗粗、穗长、行粒数及穗粒数的测量值差异无显著性。单穗玉米果穗机器视觉平均测量速度为600ms/穗，考种设备测量速度为6s/穗，能够满足自动考种设备的使用需求。

摘要:叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，利用作物光谱、纹理信息对叶绿素进行反演，为作物的实时监测和健康状况诊断提供重要依据。以大田环境下5个不同品种四叶期、拔节期的玉米为研究对象，利用无人机获取试验区可见光影像，对土壤背景进行掩膜处理，提取25种可见光植被指数、24种纹理特征，综合分析植被指数、纹理特征与玉米冠层叶绿素相对含量（SPAD）的相关性，分别建立基于植被指数、纹理特征和植被指数+纹理特征的逐步回归（SR）、偏最小二乘回归（PLSR）和支持向量回归（SVR）模型，定量估算叶绿素相对含量。在SR模型中，植被指数+纹理特征模型与植被指数模型相同，R2为0.7316，RMSE为2.9580，RPD为1.926，优于纹理特征模型；在PLSR模型中，植被指数+纹理特征模型较优，R2为0.8025，RMSE为2.4952，RPD为2.284，纹理特征模型次之，植被指数模型最差；在SVR模型中，植被指数+纹理特征模型较优，R2为0.8055，RMSE为2.6408，RPD为2.158，植被指数模型次之，纹理特征模型最差。综合分析采用基于PLSR植被指数+纹理特征模型可以实现玉米冠层SPAD快速、准确提取，为叶绿素反演提供一种新的方法，可为无人机遥感作物长势监测提供参考。

摘要:为开展马铃薯叶片PSⅡ叶绿素荧光参数无损检测研究，利用高光谱成像系统采集200个感兴趣区域样本点的光谱图像并提取反射率，使用封闭式叶绿素荧光成像系统采集相应样本点的qP值。采用SPXY算法将总样本按照2∶1的比例划分为建模集(135个样本)和验证集(65个样本)，采用联合区间偏最小二乘法(Synergy interval partial least squares，si-PLS)和随机蛙跳(Random frog，RF)算法各筛选出18个敏感波长，并用选择的特征波长建立偏最小二乘回归(Partial least squares regression，PLSR)模型。结果表明：si-PLS-PLSR模型的建模集决定系数R2c为0.6285，验证集决定系数R2v为0.6103；RF-PLSR模型的建模集决定系数R2c为0.7093，验证集决定系数R2v为0.6872。结果表明利用RF算法筛选的特征波长对马铃薯叶片qP值检测的解释性优于si-PLS算法，特征波长在518.72~640.64nm、650~800nm和850~1000nm范围，体现了荧光发射信号是马铃薯作物光化学吸收qP值的重要响应特征，且叶片光化学吸收与叶绿素含量、叶片结构、水分含量等属性紧密关联。绘制叶片qP值分布图为分析马铃薯叶片光化学吸收和光合作用动态提供了直观的分析手段，可为马铃薯作物光合活性评价及复杂生理生化动态监测提供支持。

摘要:提出了一种基于纳米金粒子比色法的汞离子检测方法，采用铋试剂-Ⅱ修饰的纳米金粒子胶体悬浮液检测汞离子。汞离子与铋试剂-Ⅱ选择性配位，使纳米金粒子胶体悬浮液反团聚，汞离子浓度与溶液吸光度呈一定的线性关系，线性范围为0.05μg/L～1mg/L，相对标准偏差为1.98%~3.52%。在实验条件下，采用Savitzky-Golay一阶导数对连续投影算法提取的特征波长进行了预处理，通过线性支持向量机回归模型进行建模与分析，该模型具有良好的自预测能力和实际预测能力。校正集的相关系数为0.9685，均方根误差为0.0412mg/L，验证集的相关系数为0.9600，均方根误差为0.0434mg/L。本文方法为提高汞离子浓度的检测效率提供了有效支持。

摘要:土壤水分的精准测量对节水灌溉、墒情监测、水肥一体化等领域具有重要意义，土壤氮含量会影响水分传感器的测量。为了消除这种影响，设计了不同尿素质量对不同水分含量土壤样本的监测实验，采用高灵敏度水分传感器并对尿素干扰下的输出电压进行监测，通过称重法监测土壤样本的含水率，使用LCR电桥测试仪监测土壤样本的电容和电阻。为了研究氮含量影响水分测量的机理，根据实验数据建立了三元三次多项式、BP神经网络、深度学习3种预测模型，并对预测结果进行误差分析。结果表明，相同土壤含水率条件下，尿素质量与土壤水分传感器输出值呈周期性的振荡关系。3种预测模型的平均绝对误差分别为0.77%、0.64%、0.75%，BP神经网络模型有98%误差集中在0~2%区间，误差峰值仅为2.07%，确立BP神经网络模型为最佳抗尿素干扰水分预测模型。

摘要:在电流-电压四端法原理基础上，采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号，以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题，改进设计开发了一款基于数字示波器的土壤电导率检测系统。农田现场车载式测量实验分为稳定性检测和定点测量两部分。稳定性实验测试下该检测系统能够稳定读取相关数据。农田定点测量实验结合土壤样本采集和实验室实验，得出每个定点测量点土壤电导率测量值和土壤电导率实验室真值（R2=0.7531）。根据实验中拖拉机牵引犁盘抖动导致电极与待测土壤之间形成的两种测量接触面的情况，分析并消除了实验中拖拉机抖动现象对数据结果的影响后，土壤电导率实测数据与实验数据之间的决定系数R2提高到0.8552~0.9066，表明设备能够在排除测量方式等外界因素影响下，测量精度达到较高水平。实验数据对比结果显示，基于数字示波器的车载式土壤电导率仪能够在农田现场进行稳定测量，并且具有较好的性能和准确度。

摘要:采用新型纳米复合材料金纳米簇复合石墨烯为固态离子选择电极介导材料，以土壤渗出液为对象开展原位NO-3的影响。结果表明：电极寿命达到65d，响应斜率为44.02mV/dec，对硝酸根选择性较好，对土壤中主要共存阴离子抗干扰性良好；采样探头包埋深度每下降10cm，硝态氮质量浓度增加30~60mg/L；含水率对渗出液硝态氮影响不明显；土壤颗粒粒径大于2.5mm后，硝态氮质量浓度下降约19.5%；原位渗出液电极测定结果与光学法一致性较好，约为标准浸提液检测值5~6倍。

摘要:为探明不同深度的基质含水率变化规律，使用干燥法分别对多个EC-5型传感器进行校准，并将4个传感器分别放置垂向距滴头5、10、15、20cm 4个不同深度处，测量不同滴头流量及滴灌量条件下垂向基质含水率的变化，建立了不同深度基质含水率预测模型。试验结果表明，在滴灌开始后第1层（距滴头5cm处）基质含水率最先上升并迅速达到较高水平，滴灌停止后水分将快速扩散至更深基质层，其含水率可提升至根系易利用水平（25.3%及以上），水分快速运移时间持续1h左右，随着初始基质含水率的降低，在相同滴头流量及灌溉量条件下，水分在垂直方向的运移程度更深，将第1层基质初始含水率、滴灌时间、预测时间、预测层高度差、滴头流量作为输入，利用遗传算法优化的BP神经网络算法与随机森林回归算法（RFR），建立滴灌下基质不同深度含水率预测模型。将试验所预测的滴灌后基质含水率与实际测量的不同深度基质含水率进行对比分析，并对不同预测深度的预测结果进行误差分析，结果表明GA-BP预测模型及RFR预测模型的R2分别为0.8664、0.9465，即RFR算法建立的预测模型更加精确，并且预测深度越接近于第1层基质预测结果越准确。

摘要:土壤信息对于指导农业生产有着极为重要的作用，土壤电导率反映了土壤含水量、盐分、粘粒含量和类型等土壤信息，准确获取土壤电导率对于实现农业精细化生产意义重大。在各种土壤电导率测量方法中，四端法因其成本低、精度高、测量快速和操作简便而大量应用于实际测量；恒流源是四端法测量仪器的重要组成部分，其性能直接决定着测量仪器的精度以及测量范围。本文对比了3种恒流源对测量仪器测量性能的影响，发现采用Howland恒流源的四端法测量仪器高电导率测量能力强而低电导率测量范围较小，测量精度最高；采用改进型Howland恒流源的四端法测量仪器低电导率测量范围有所扩大，测量精度良好；采用基于差动放大器的恒流源的电导率仪低电导率测量范围最大，高电导率测量范围较优，测量精度良好。

摘要:在华北一年两熟区，利用联合收获机留茬收获玉米后，玉米根茬行与行间秸秆及裸露地表颜色相近，采用传统的图像检测方法对其进行分割比较困难。针对该问题，采集了利用联合收获机留茬收获玉米后的根茬行高光谱图像，以根茬顶端切口为目标，提出了一种玉米根茬行高光谱图像的分割方法。首先，对黑白校正后的全波段图像进行主成分分析，根据主成分图像权重系数优选出3个特征波长，分别为1260、1658、2131nm；然后，对3个特征波长处的图像再次进行主成分分析，并对所得到的PC2图像进行单阈值分割；最后，通过中值滤波、形态学开运算、根茬行区域外噪声滤除对分割结果进行优化。为验证该分割方法的效果，利用采集的50幅玉米根茬行高光谱图像进行试验，并选取分割准确率、召回率和F1值对分割结果进行定量评价。结果表明：该分割方法下的玉米根茬行图像分割效果较好，分割准确率、召回率和F1值分别为91.85%、90.49%和91.16%。研究结果表明基于高光谱成像技术可对玉米根茬行进行分割。

摘要:为了研究进风口形式对猪舍空气龄和CO2分布的影响，利用计算流体力学（CFD）技术对某实验猪舍的风速、空气龄、CO2浓度以及生猪的对流换热量进行了模拟研究。原猪舍模型（方案A）进风口导流板角度为50°，进风口高度为1.8m。本研究设计了6种通风方案与原猪舍模型进行比较，方案B：进风口导流板角度为90°，进风口高度为1.8m；方案C：进风口导流板角度为120°，进风口高度为1.8m；方案D：进风口导流板角度为150°，进风口高度为1.8m；方案E：进风口导流板角度为50°，进风口高度为1.6m；方案F：进风口导流板角度为50°，进风口高度为1.4m；方案G：进风口导流板角度为50°，进风口高度为1.2m。研究结果表明：风速模拟值与测量值的决定系数R2为0.9162，平均相对误差为26.7%，所构建的模型可以准确地预测猪舍内风速形态。通过比较各通风模拟方案发现：进风口高度和导流板角度会影响猪舍内空气龄和CO2的分布，其中方案C与方案F可显著降低舍内生猪活动区域平均空气龄以及平均CO2浓度，并具备较好的猪舍保温效果。研究同时发现，生猪生活区域的CO2浓度会受到生活区域的平均空气龄和整舍空气龄分布均匀性的影响。

摘要:针对目前生物质固化成型机多为生产生物质成型颗粒且成型颗粒质量不高、成型机高能耗等问题，提出了一种新型立式柱塞冲压的生物质固化成型方式，并制造了样机。样机以开关磁阻电机为动力源，驱动飞轮并转化为成型柱塞的上下往返直线运动，实现对模具内生物质原料的冲压成型，从而形成生物质成型块。该样机利用飞轮可积蓄能量的特性，有效降低了成型作业时的能耗。成型模具采用组合式结构设计，提高了原料适应性。以典型生物质原料玉米秸秆、松木屑为原料，在10%左右含水率、室温条件下进行了试验，结果表明该成型方法可行，且整机运行情况良好；生产的成型块密度大于等于1.2g/cm3，抗跌碎性指数高于95%；样机能耗为36.51kW·h/t，各项指标均达到了相关标准的要求。该成型方法的提出和研究结果可为生物质成型机的发展提供借鉴与参考。

摘要:针对从海量食品安全事件新闻报道中很难抽取出所需答案的问题，以食品安全事件语料库为研究对象，提出了一种基于信息抽取技术的自动问答系统。首先，利用深度学习模型TextCNN对用户输入的问题进行分类，得到其所属类型。其次，对于输入问题，借助Lucene搜索引擎找到其最佳匹配文档。再次，根据输入问题的类型，从食品安全事件数据库（采用信息抽取技术自动提取的一个结构化数据库）中筛选出该文档所包含的答案候选句集合。最后，利用深度学习模型BiLSTM及基于答案候选句上下文的特征提取方法构建一个答案抽取模型，该模型能从给定的答案候选句集合中提取出最终答案。为检查基于食品安全事件数据库的答案候选句筛选方式及基于答案候选句上下文的特征提取方式对整个自动问答系统性能的影响，进行了多种比较实验，结果表明含有基于食品安全事件数据库的答案候选句筛选方式和基于答案候选句上下文的特征提取方式的问答系统表现最佳，其回答准确率达到44%。这相比于传统的问答系统，具有明显的优势。

摘要:肉经加热-冷藏-复热，会产生令人不愉悦的过熟味（Warmedover flavor，WOF）。为了研究天然香辛料精油对肉制品复热WOF的抑制机制，以预制猪肉饼为模型，分析肉桂精油、丁香精油、肉豆蔻精油和花椒精油4种天然香辛料精油对其复热风味、WOF和脂质氧化的影响。结果表明，基于固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪，从不同处理组样品中共鉴定出57种挥发性风味物质，香辛料精油的添加使预制猪肉饼中烯烃类、醇类和酯类物质种类和含量显著增加（p＜0.05）；4种香辛料精油对经复热的预制猪肉饼均具有一定的抗氧化作用，但肉桂精油、肉豆蔻精油和花椒精油对复热WOF抑制作用不显著（p＞005），丁香精油对复热WOF抑制效果最好，优于合成抗氧化剂2,6二叔丁基4甲基苯酚。因此，丁香精油是潜在的WOF天然抑制剂。

摘要:以鸡肉嫩度为研究对象，采用可控气流-激光检测技术的瞬态、蠕变回复和应力松弛等动静态检测模态，并使用支持向量机分类器和全局变量偏最小二乘算法，结合不同预处理方法，对鸡肉嫩度进行定性判别和定量预测。结果表明3个激励模态结合不同预处理算法均可实现鸡肉嫩度的定性定量评估。在定性方面，瞬态模态对嫩度具有最佳的分类效果；S-G卷积平滑算法表现出最佳的预处理性能，校正集嫩/老分类精度分别为1和0.98，马修斯相关系数为0.97；而验证集分类精度也达到了0.95和0.84。在定量预测方面，S-G卷积平滑算法在提升原始数据的信噪比上同样具有最佳效果；瞬态模态校正集和验证集模型相关系数分别为0.948和0.913，均方根误差分别为0.736N和1.013N。因此，在组织结构引起的品质预测动态模态较静态模态更适用。本研究开展的可控气流-激光技术在鸡肉嫩度评估的应用，为肉品检测领域提供了新的解决方案。

摘要:为了快速检测面条中马铃薯全粉含量，研究近红外高光谱成像技术定量检测面条中马铃薯全粉含量的可能性，自制了马铃薯全粉质量分数在0~35%内随机均匀分布的120个面条样品，在900~2500nm范围采集高光谱图像，随机选取80个样品作为校正集，分别采用原始光谱和经过6种预处理方法预处理后的光谱建立了偏最小二乘回归、主成分回归、支持向量机回归模型。结果表明经标准化预处理后用偏最小二乘回归建模效果最好，校正集决定系数（R2C）为0.8653，交叉验证集决定系数（R2CV）为0.6914。用回归系数法在经过标准化预处理后的光谱数据中提取了与全粉含量相关的特征波长，建立了马铃薯全粉含量偏最小二乘回归简化模型, 校正集决定系数（R2C）为0.8685，交叉验证集决定系数（R2CV）为0.8021，基于特征波长建立的模型效果优于全波段模型，模型效果得到了一定的提高。以剩余40个未参与校正模型建立的样品作为预测集，基于特征波长建立了标准化-偏最小二乘回归简化预测模型，预测集决定系数（R2P）为0.8546，模型具有较好的预测能力。结果表明利用近红外高光谱成像技术可检测面条中马铃薯全粉含量，可为马铃薯全粉面条的快速无损检测建立新的方法。

摘要:针对甘薯早期冷害不易检测，导致甘薯品质下降，易感染其他病害等问题，建立了基于光谱技术的甘薯冷害无损检测方法。基于类可分性准则的关键特征排序法选择有效特征光谱波长，利用支持向量机算法对数据集进行训练评价，检测特征光谱波长的准确性以及甘薯早期冷害发生情况。通过对5个甘薯品种共400个样品进行实验，以训练数据与测试数据5∶5比例检测甘薯冷害准确率高达99.52%，以7∶3比例测试结果高达99.63%。实验结果证明特征光谱波段选择正确，表明光谱技术可以有效识别甘薯冷害，此研究为甘薯贮存分类等后续工作提供了技术方法支持。

摘要:水产品在捕捞后极易发生腐败变质，传统的品质检测系统体积大、移动不便、操作复杂，不利于实际应用推广。为了满足水产品品质快速、实时、无损的检测需求，基于拉曼光谱技术，研发了便携式水产品多品质参数检测装置。该装置的硬件系统主要包括光源模块、光谱采集模块、系统控制处理模块、电源模块、通信模块。采用标准正态变量变换、Whittaker平滑算法、自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法对该硬件系统采集的拉曼光谱数据进行平滑和背景扣除处理，结合国标方法采集到的鲳鱼颜色b*、硫代巴比妥酸标准理化值（TBA值）、挥发性盐基氮（Total volatile basic nitrogen, TVBN）含量，建立了鱼肉品质多指标偏最小二乘定量预测模型。鲳鱼颜色b*、TBA值、TVBN含量的验证集相关系数分别为0.907、0.897、0.915，验证集均方根误差分别为1315、0104mg/(100g)、2875mg/(100g)。基于MFC基础类库完成实时分析控制软件设计，将预测模型植入软件内，交叉编译下载到检测装置中，实现水产品多品质参数指标一键检测。最后对装置的稳定性进行了测试，18条鲳鱼样品的颜色b*、TBA值、TVBN含量的装置预测值与标准理化值的相关系数分别为0.927、0.883、0.904，均方根误差分别为1139、0271mg/(100g)、1896mg/(100g)。结果表明，便携式水产品多品质参数拉曼检测装置可以实现鲳鱼颜色b*、TBA值、TVBN含量的多指标实时无损检测。

摘要:畜肉品质光谱检测过程中，不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异，对预测结果影响较大。针对这一问题，设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器，并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测，消除了样品厚度对检测距离的影响，并分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律。为探究所设计方案的可行性，搭建了试验平台，包括光谱仪、距离调节机构、光源、石英玻璃、光学传感器和计算机，其中石英玻璃可透过220~2500nm波长范围的光而无吸收，光学传感器可以帮助采集更多的肉品漫反射光。选择了18个猪肉样品贮藏在4℃环境中，并在不同的冷藏时间取出进行光谱采集（400～1100nm），采用不同的检测距离（8～22mm，间隔2mm），最后测量样品的挥发性盐基氮（TVBN）含量。在获得样品光谱数据后，分别用1阶导数、多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）和1阶导数+SNV等方法进行预处理，并建立猪肉的TVBN含量的偏最小二乘回归（PLSR）预测模型。结果表明：当检测距离为16mm，采用1阶导数+ SNV预处理时，建立的TVBN含量预测模型效果最好，校正集相关系数和均方根误差分别为0.98和0.92mg/(100g)，预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.97和1.56mg/(100g)。因此，利用所设计光学传感器对猪肉新鲜度进行检测是可行的。

摘要:基于可见/近红外光谱技术设计了手机联用的苹果糖度便携式检测装置，旨在通过优选特征波段确定适合苹果糖度检测的波段范围及光学传感器，并通过与手机的联用完成苹果糖度的高效、便携、低成本的无损检测。选择STS-NIR微型光纤光谱仪（波长范围650~1100nm），利用实验室自行搭建的光谱采集平台对120个苹果进行光谱采集，通过偏最小二乘（PLS）算法对全波长数据进行建模，并采用连续投影法（SPA）、遗传算法（GA）和竞争自适应重加权抽样法（CARS）等变量选择方法对全波长进行特征波段的识别来选择有效波长。变量选择结果显示，所得3组特征波段含有重合项，且均包含与苹果糖度有关的变量。利用偏最小二乘（PLS）算法建立关于苹果糖度基于3组特征波段的预测模型，并对3组结果进行分析，包括对预测相关系数、预测均方根误差比较等，来评估所建模型的准确性。试验结果表明，利用3组特征波段所得建模结果均比较良好，预测相关系数都在0.93以上，其中GA-PLS模型对苹果糖度的预测效果最优，预测相关系数可达0.9447。根据上述所得特征波段的高度重合项，确定了检测苹果糖度的特征波段及其对应的光学传感器，并基于所设计的苹果糖度便携式检测装置对另取的40个苹果进行试验验证，苹果糖度的预测相关系数可达0.8822。结果表明，本文所设计的基于特征波段的手机联用的苹果糖度便携式检测装置，成本低、便于携带、检测准确率高，具有实现苹果糖度的实时无损检测的可行性。

摘要:以柚皮原料分离得到柚皮纤维，再采用硫酸酸解法制备出柚皮纳米微晶纤维素（Pomelo peel nanomicrocrystalline cellulose, PP-NCC），对其微观形貌、长径比、红外光谱、结晶度及热稳定性进行表征分析，并研究了PP-NCC对羧甲基淀粉(CMS)成膜液流变特性的影响。结果表明：合适的酸解不仅能够有效地去除原料中的果胶、半纤维素以及木质素等无定形区的物质，也能够水解一部分不完美晶区；得到的柚皮纳米微晶纤维素为长径比8～20的棒状晶体，其中长径比大于10的比例超过60%；柚皮纳米微晶纤维素的主体物质还是纤维素，纤维素的主要化学性质并未发生变化；纳米微晶纤维素的相对结晶度由酸解前的55.64%提高到74.35%，但其起始热分解温度由240℃降低至212℃。柚皮纳米微晶纤维素可以作为羧甲基淀粉膜的增强剂，其流变指数n均小于1，表明柚皮纳米微晶纤维素/羧甲基淀粉成膜液为假塑性流体；成膜液的G′>G″，且二者在频率扫描范围内没有发生交叉，表明复合成膜液为弱凝胶结构；黏稠系数KPL值及零剪切黏度η0和动态流变参数中的储能模量G′均与纳米微晶纤维素的添加量呈正相关，表明柚皮纳米微晶纤维素在成膜液中的分散性良好，且有助于增强膜体系网络结构的作用。柚皮纤维纳米化后表现出了较好的功能性质，可以为柚皮的综合利用提供一种新的思路。

摘要:针对前处理工序造成的羊肉智能精细分割目标肌肉区图像识别准确度低的问题，以羊后腿自动去骨分割工序为研究对象，提出一种基于R2U-Net和紧凑空洞卷积的羊后腿分割目标肌肉区识别方法。对传统的U-Net语义分割网络进行改进，以U-Net为骨架网络，采用残差循环卷积块替换原始U-Net的特征编码模块和解码模块中的卷积块以避免U-Net的梯度消失，在特征编码模块和特征解码模块之间增加一个紧凑的四分支空洞卷积模块对语义特征进行多尺度编码，实现缝匠肌图像分割模型的构建。一方面，针对缝匠肌这一核心目标肌肉区，采集羊后腿图像构建数据集训练与测试本文模型，以验证该方法的准确性与实时性；另一方面，通过旋量法标定夹爪坐标系、相机点云坐标系、机器人坐标系的齐次变换矩阵以计算分割路径，并采用主动柔顺的力/位混合控制方法操纵分割机器人进行目标切削运动，验证基于本文方法得到的目标图像开展目标肌肉分割的可行性。相关试验结果表明：当交并比为0.8588时，本文方法平均精确度为0.9820，优于R2U-Net的(0.8324，0.9775)；单样本检测时间平均为82ms，说明本文方法可快速、准确分割出缝匠肌图像，满足机器人自主分割系统的实时性要求，优于U-Net、R2U-Net、AttU-Net算法。最后，在本文方法得到的缝匠肌图像基础上开展机器人实机分割试验，机器人对5条羊后腿的平均切削时间为7.9s，平均偏移距离为4.36mm，最大偏移距离不大于5.9mm，满足羊后腿去骨分割的精度要求。

摘要:针对拖拉机侧翻致死致伤事故仍时有发生的问题，基于旋转刚体加速时的反向施矩原理，以反作用动量飞轮为执行元件，提出了从主动安全角度解决拖拉机侧翻问题的研究方法。通过构建拖拉机动力学系统数学模型，解析了整机侧翻行为的动态演变机理。为保证拖拉机主体结构的完整性，将动量飞轮置于拖拉机前部，取代传统静态配重的同时可主动提供防侧翻力矩。应用Matlab/Simulink软件，对反作用飞轮的回稳过程进行了基于PID控制的有效性仿真分析，同时设计并搭建了比例模型试验平台，对主动施矩飞轮的回稳控制效果进行了试验验证。结果表明，装备飞轮的拖拉机与无控制组对比，在一次试验中可多次实现整机的防侧翻控制，使整机防侧翻性能得到明显改善，且不同行驶工况下的试验数据与仿真结果的相关性较强，充分验证了本文拖拉机侧翻动力学模型的有效性。

摘要:为优化拖拉机驾驶室座椅设计，减轻驾驶员作业负担，提高作业效率，解决我国拖拉机在驾驶室座椅舒适性方面技术基础研究不足的问题，提出一种基于骨骼关节识别的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价方法。首先，在对拖拉机座椅舒适性影响因素分析的基础上选取人体坐姿关节角为研究因素，在配备不同座椅的两种拖拉机上利用消费级深度相机Kinect v2进行8组驾驶动作捕捉试验，获得了在不同驾驶动作下精确度为0.01°的关节角信息；然后，将关节角数据导入人体建模仿真分析软件Jack中得到人体模型，根据不同的驾驶动作进行了关节力矩仿真及下背部受力仿真，分析得到人体舒适度结果；最后，基于层次分析法构建了拖拉机座椅舒适度评价指标层次结构模型，确定各指标权重并进行一致性检验，对涉及的所有指标的原始数据进行处理并计算得到座椅舒适度的综合评价结果。仿真结果表明，相比于普通座椅的拖拉机，在配备基于人机工程学座椅的拖拉机上作业时，人体模型动作完成能力增加10个百分点且无关节不适的情况，其腰部关节处的压力在驾驶姿势下可以有效减少80N，在扭转姿势下可以有效减少370N，并且腰部所受的侧向剪力也有所减小，证明了人体模型在此拖拉机座椅上的舒适度更高。通过分析座椅舒适度评价矩阵，可以得到根据人机工程学设计的座椅舒适度优于普通座椅。依据骨骼关节识别方法的评价结果与根据层次分析法分析的结果一致，证明了基于骨骼关节识别的拖拉机驾驶室座椅舒适度评价方法的可行性与有效性。该评价方法可为拖拉机驾驶室座椅人机工程学研究及准确高效地优化拖拉机座椅设计提供参考依据与指导对策。

摘要:提出了一种用于纯电动拖拉机的双电机多模动力耦合驱动系统（DMCDS），通过对两电机与制动器的协调控制可以实现4种驱动模式：电机EM_S独立驱动、电机EM_R独立驱动、双电机耦合驱动和双电机独立驱动，多种驱动模式有利于提高电机负荷率和运行效率，从而提高整机驱动效率。为实现双电机动力耦合驱动系统的高效运行，增强能量管理策略对电动拖拉机不同作业工况的适应性，设计了一种基于随机动态规划+极值搜索算法（SDP_PESA）的实时自适应能量管理策略，该策略利用随机动态规划离线生成的状态反馈控制表作为控制输入参考，以保证近似全局最优，在此基础上，引入自适应寻优算法-极值搜索算法动态搜索系统输出的局部极大值，以反馈校正SDP的控制输入，并生成能耗更低、效率更高的工作点。基于SDP_PESA的能量管理策略综合考虑了全局优化算法的良好优化性能和瞬时优化算法的实时性、鲁棒性，利用两种算法的优势，实现更加优异的控制性能。基于Matlab/Simulink建立了带有SDP状态反馈控制表的双电机驱动电动拖拉机（DMET）整机仿真模型，利用真实作业工况数据分别对基于SDP和SDP_PESA的能量管理策略进行仿真实验。仿真结果表明，DMET实际车速可以实时跟踪目标车速的变化，控制策略能够快速响应作业负载的变化；基于SDP的能量管理策略，DMET在犁耕和运输工况的每千米平均耗电量分别为1.77、1.17kW·h/km，整机驱动效率分别为0.80和0.81。引入PESA输出反馈控制器后，整机驱动效率分别提高了2.13%和1.97%，平均耗电量分别降低了10.17%和16.2%，这表明基于SDP_PESA的能量管理策略可以有效增加纯电动拖拉机的作业里程，并且SDP_PESA完全具备实时应用能力。

摘要:针对黄淮海地区作物多样，行距差异大，植保机械通用化低和智能程度低的问题，设计了一种轮距和离地间隙可调的折腰转向无人驾驶植保车。该植保车可使用遥控器远程控制，切换自动模式后，可根据预定路线进行路径跟踪，实现植保车的自主行走。对植保车自主行走模式建立运动学模型，确定了利用航向跟踪实现路径跟踪策略，并通过Lyapunov函数分析了折腰转向控制的稳定性。提出了传感器的扩展卡尔曼滤波算法和驱动电机的PID控制方法。利用Matlab阶跃响应对自主行走控制系统进行仿真分析，结果表明，当Kp=1、Ti=0.05、Td=0.01时，系统响应速度和精度能够满足自主植保车导航控制的需要。以作业平台转弯半径、直线行走偏移为控制参数进行田间试验，样机转弯速度3km/h时，最小外轮转弯半径为2m;行走速度为6km/h时，100m直线行走平均偏移量为5.51cm;植保车满载情况下的平均续航时间达到2.54h，整机达到设计要求。

摘要:针对多机协同导航作业中本机前方的拖拉机识别精度低、相对定位困难，难以保障自主作业安全的问题，提出了一种基于深度图像和神经网络的拖拉机识别与定位方法。该方法通过建立YOLO-ZED神经网络识别模型，识别并提取拖拉机特征；运用双目定位原理计算拖拉机相对本机的空间位置坐标。对拖拉机进行定点识别与定位试验，分别沿着拖拉机纵向、宽度方向和S形曲线方向测量拖拉机的识别与定位结果。试验结果表明：本文方法能够在3~10m景深范围内快速、准确地识别并定位拖拉机的空间位置，平均识别定位速度为19f/s；在相机景深方向和宽度方向定位拖拉机的最大绝对误差分别为0.720m和0.090m，最大相对误差分别为7.48%和8.00%，标准差均小于0.030m，能够满足多机协同导航作业对拖拉机目标识别的精度和速度要求。

摘要:针对丘陵山地等非结构化路面和复杂多样的作物生长环境，为了提高丘陵山地农业机械化率，在传统铰接式山地拖拉机传动系的设计基础上，设计了一款全履带模块化无人农用动力底盘；同时为改善农机的通过性和稳定性，设计了全履带车辆行走系统，并结合无人农用动力底盘的整体搭建，对履带行动装置基架与主动轮支撑件进行结构设计与拓扑优化分析；为提高整机使用率设计了前置农具挂载模块的快接装置和带PTO三点悬挂装置，通过更换不同机具可实现不同作业；为改善机动性，对无人农用动力底盘转向装置进行了设计，通过电机补偿动力差速转向，可实现驱动底盘的原地转向；最后对整机实现了数字化自动化改造，为将来的智能化制造奠定技术基础。

摘要:针对拖拉机耕作过程柴油机输出功率不易精准测量的问题，基于柴油机燃油控制策略的转矩模型，对雷沃拖拉机在理论速度为5.7km/h和8.9km/h的耕地过程的柴油机功率进行了在线测量。将在线测量的指示功率与燃烧分析仪测量的指示功率进行了对比，结果表明：在拖拉机耕作速度较稳定的一段区间内，在线测量的指示功率平均值误差为2.99%，但瞬时值严重失真；分析发现喷油量和喷油时刻的变化是引起功率测量偏差较大的主要原因。为了提高柴油机输出功率在线测量的精准度，利用GT-Power模型得到了该柴油机12个典型工况的空燃比和喷油时刻与转矩的定量关系，并提出利用喷油量修正系数和喷油时刻修正系数对在线测量方法进行修正。优化后方法的测试结果表明：拖拉机稳定运行阶段柴油机功率平均值误差为0.88%，瞬时值误差明显改善。

摘要:基于现代农业发展对微型近红外光谱仪的迫切需求，对微型近红外光谱仪的电磁式MOEMS (Micro optical electronic mechanical system)扫描光栅微镜驱动系统进行结构优化改进，旨在解决MOEMS扫描光栅微镜驱动电压高、扫描角度小等问题。通过利用专业磁场仿真软件Maxwell 16.0对不同尺寸和材料属性永磁铁进行优化仿真，得到牌号分别为N38和N52的钕铁硼（NdFeB）作为电磁式MOEMS扫描光栅微镜的工作磁铁。在此基础上，设计制造2个相同尺寸的电磁式MOEMS扫描光栅微镜芯片A1和A2，并分别结合永磁铁N38和N52开展性能测试。测试结果表明：相比磁性较弱的N38，当电磁式MOEMS扫描光栅微镜芯片A1和A2在永磁铁N52的作用下达到最大机械扫描半角时，驱动电压分别降低6.6%和8.6%，最大机械扫描半角分别增大20.2%和17.4%；此外，通过对比分析机电性能测试结果可知，通过结合永磁铁N52，电磁式MOEMS扫描光栅微镜能够获得更优异的机械扫描性能。研究结果对于提升光谱仪的光谱检测范围以及检测精度具有实际应用价值。

摘要:采用真空复合轧制工艺，将3种钢板（GCr15、Q420、IF）轧制成梯度复合材料，对其结合界面处的微观组织、成分及硬度分布、抗剪强度进行了检测，并对梯度材料自磨锐割刀进行了田间试验。结果表明，不同板层界面处材料间相互咬合形成较为紊乱的冶金结合方式，界面处元素相互扩散形成过渡区，组织缺陷较少。结合界面处的抗剪强度均超过了国标要求，且断裂方式为韧性断裂，不同界面间存在较为平缓的硬度梯度变化。梯度材料自磨锐割刀后刀面、刀尖及刃口材料为GCr15钢，硬度高、耐磨性好，前刀面的硬度呈梯度变化，磨损均匀，作业过程中可始终保持刀尖前凸，刃口曲率半径变化较小，能够长时间保持刃口的锋锐性与再生作物的低损伤切割。田间试验结果表明，相同作业条件下，梯度材料自磨锐割刀耐磨性是市售割刀的3倍以上。

摘要:针对普通电动修剪机刀具易磨损、崩刃等情况,设计了一种蚯蚓仿生微织构刀具，以蚯蚓体表形貌为基础，利用激光成型技术加工刀具表面微织构，研究激光成型参数对成型沟槽几何尺寸的影响；通过摩擦磨损对比试验研究了仿生微织构刀具和普通刀具的摩擦因数和磨损情况，分析仿生刀具减磨机理；通过自制剪切试验平台对不同直径龙眼树枝进行刀具剪切试验，验证仿生刀具减磨特性。研究结果表明：优化后激光成型仿生刀具的工艺参数为：激光功率75W、激光扫描速度4.8mm/s；仿生刀具微织构实际尺寸为：沟宽138.3μm，沟深33.5μm；与普通刀具相比，载荷400g下沟槽间距1.6mm时微织构仿生刀具表现出最小摩擦因数02619和体积磨损量616.70mm3，具有明显减磨特性；随载荷增加磨损机制逐渐由黏着磨损、微切削磨损向磨粒磨损和氧化磨损的复杂磨损形式转变；磨损稳定时，沟槽间距1.6mm微织构仿生刀具所需剪切次数50~55次,比普通刀具剪切次数(45~50次)高5~10次，沟槽间距1.6mm微织构仿生刀具在剪切直径10、15、20mm的树枝磨损面积稳定次数分别为35~40次、45~50次、50~55次，树枝直径越大微织构刀具抗磨效果越明显。

摘要:为满足大载荷直升机技术指标需求，使其旋翼系统配套的关节轴承在高承载能力同时，在复杂作业环境下具有更好的抗磨降磨能力，提升轴承的寿命性能指标。以大载荷直升机旋翼系统使用的某型号自润滑关节轴承为研究对象，在9Cr18关节轴承内圈基材表面通过非平衡磁控溅射分别制备CrDLC和WDLC 2种薄膜，分别利用扫描电镜、三维形貌仪、往复式球-盘摩擦磨损试验机和低速重载压摆摩擦磨损试验机等，对2种改性薄膜试样的微观结构、摩擦磨损性能以及磨痕形貌等进行测试试验。研究结果表明：在球-盘摩擦试验阶段初期，2种薄膜的摩擦因数都呈逐渐增大的趋势，随着摩擦过程的进行，摩擦因数均趋于稳定且一直保持在一定的范围内波动；相对于9Cr18-CrDLC试样，9Cr18-WDLC试样的摩擦因数稳定时间短，整体摩擦过程比较平稳，摩擦因数相对较低，表现出较好的摩擦性能；9Cr18-WDLC涂层与自润滑衬垫对磨过程相对平稳，摩擦因数在一定小范围波动，整体磨痕较浅，整体磨损体积较小，表现出较好的抗磨性。通过摩擦学性能分析可知，对于基材为9Cr18材料，选用WDLC薄膜，具有较好综合抗磨减磨性能。