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温室育苗需要通过补苗移栽作业用健康钵苗替换穴盘内未发芽或劣质的钵苗,保证钵苗的质量。自动补苗移栽机可利用机器视觉获取穴盘苗健康信息,控制末端执行器抓取钵苗进行补苗作业,移栽效率高。穴盘内需补苗孔穴的位置具有随机性,对补栽路径进行规划,可进一步提高补栽效率。本文综合贪心算法和遗传算法的特性提出一种贪心遗传算法,在分段步长取8,优化代数取100时,可实现稀疏和密集穴盘的补栽路径优化,具有鲁棒性。贪心遗传算法所规划补苗路径长度与全遗传算法接近,均值差在443 mm以内;相比优化前的固定顺序法,贪心遗传算法路径长度可缩短33.8%~41.3%,缩短长度随空穴数量增加而加长;贪心遗传算法与全遗传算法规划补栽路径耗时分别为1.81 s和5.59 s。对比可知,贪心遗传算法更有利于自动移栽机输送单元和移栽单元间的动作衔接,可进一步提高自动移栽机效率。 相似文献
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基于贪心算法的温室钵苗稀植移栽路径优化 总被引：5，自引：0，他引：5
温室育苗中,钵苗需从高密度穴盘向低密度穴盘移栽以获得生长空间。温室钵苗自动移栽机获取穴盘中钵苗健康信息并对健康钵苗进行稀植移栽,代替传统人工作业,且效率高、质量好。钵苗稀植移栽路径包括移栽机末端执行器从原点出发,将高密度盘内的健康钵苗逐一抓取移栽至低密度盘,直到完成回到出发点。钵苗取栽位置的先后秩序决定了稀植路径的长短,遍历搜索算法规划路径计算量巨大,无法满足移栽实时性要求。本文基于贪心算法对常规的4种固定顺序路径规划方案分别优化,共组成8种路径规划方案,分别对稀疏和密集穴盘稀植路径进行规划,比较分析优化算法的有效性。结果表明按列扫描的2种贪心优化方案比固定顺序方案要优,规划路径长度与穴盘缺苗数量成正比趋势。最优化方案GAS3对密集穴盘稀植规划路径,相比固定顺序方案的优化幅度达10.6%,算法平均耗时0.84 s。穴盘缺苗数对路径缩短优化效果有显著影响,缺苗数增加后优化幅度有所降低。贪心优化方案使稀植移栽路径得到优化,也满足作业实时性要求,提高了钵苗移栽效率。 相似文献
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基于邻域搜索的穴盘苗移钵路径优化蛙跳算法 总被引：1，自引：0，他引：1
在农业钵苗培育环节中常出现漏栽或钵苗不健康的情况,补种作业利用钵苗移栽机器人末端执行器从原点出发,从移栽穴盘中选取健康钵苗逐一补种到目的穴盘中,最后回到出发点的过程。本文基于混合蛙跳算法提出了一套解决补种作业过程中自动移钵问题的模型算法,较好解决了末端执行器在补种作业中的路径优化问题。针对自动移钵问题的特殊性,蛙跳算法模型融入了邻域搜索策略、交换因子、交换序和交叉操作等思想,算法简单且稳定性好。本算法有效解决了自动移钵路径的优化问题,移钵路径长度得到了大幅度的优化,提高了移栽效率。 相似文献
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基于遗传算法的穴盘苗自动移钵路径优化 总被引：5，自引：0，他引：5
设施农业钵苗培育中,穴盘里不健康钵苗剔除后进行补种作业是一个重要环节.自动移钵路径是指末端执行器自原点出发,从移栽穴盘中逐一抓取健康钵苗补种到目的穴盘,直到完成回到出发点.该移钵路径问题与旅行商问题(TSP)具相似性,目标函数均为总路径长度,但其约束条件也具有特殊性.基于遗传算法提出了一套适合求解移钵路径优化问题的模型算法,并对算法的有效性进行了典型算例分析.模拟结果表明该算法得到的优化路径长度较常规采用的固定顺序路径长度要优,移栽完50株钵苗优化幅度8.5％以上,路径缩短3.7m以上,平均运算时间0.65 s.算法使得移钵路径得到了优化,且满足移钵机器人实时性要求,移栽效率进一步得到了提高. 相似文献
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温室穴盘苗自动移栽机设计与试验 总被引：12，自引：0，他引：12
针对种苗从高密度穴盘移植到低密度穴盘,或者从穴盘直接移植到花盆的温室穴盘苗移栽生产需要,设计了一种轻简型自动移栽机。利用成熟的直线模组和无杆气缸组合设计出自动移栽机械臂,驱动取苗末端执行器往复于来源盘和目标盘进行取苗、移苗、栽苗操作,采用双排链传动实现穴盘和花盆输送,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法。根据所设计的移栽机工作要求,构建电气控制系统。试制样机,开展试验研究。采用直线位移传感器系统检测分析机器取苗移栽移位性能,结果显示对于128/72孔穴盘苗,移栽效率分别达到1 221株/h和1 025株/h,运用单样本t检验法分析得到实测取苗移位间隔与理论设定穴孔间隔无显著差别,标准差低于0.5,整机工作精度准确。以当地自行培育的种苗为移栽对象,进行温室穴盘苗移栽生产试验,对比分析自动取苗移栽效能,结果显示多种穴盘苗移栽成功率平均达到90.70%,苗钵夹取破碎率低于5%,自动取苗移栽效果较好。 相似文献
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基于PLC的自动蔬菜穴盘钵机制钵和输送装置研究 总被引：1，自引：0，他引：1
钵苗移栽技术是一项现代农业增产技术,在国内外得到了广泛应用。在钵苗移栽作业过程中,大部分采用的是人工作业的方式,这种作业方式作业效率低,并且对苗的损害较大。为了提高钵苗移栽的自动化程度,设计了一种新的基于PLC的蔬菜钵苗移栽机自动制钵和输送装置。该装置采用PLC控制系统,利用伺服电机和步进电机可以实现高精度秧苗的推出和准确定位,降低了秧苗的损失。利用带传动和齿轮传动实现了转筒和栽植器的同步。最后,在实验大棚对穴盘钵苗自动输送装置的效果进行了测试,为了验证试验机的效果,将人工实验结果和试验机测试结果进行了对比。结果表明:采用基于PLC控制系统蔬菜穴盘钵苗机的移栽作业和人工方式相比,蔬菜苗损失率有所下降,成功投苗率提升,从而验证了装置的可靠性。 相似文献
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钵苗移栽是温室穴盘育苗生产中的重要环节。为实现穴盘钵苗智能化移栽作业,设计了一种高速钵苗移栽机器人。该机器人主要由穴盘定位输送系统和平动二自由度钵苗移栽系统构成,基于准确定位抓取、快速移动栽植的作业要求和系统工作原理,以PLC为核心,结合传感器和伺服控制技术对移栽机器人运动控制系统进行了设计。控制系统首先基于穴盘钵苗位置坐标信息,规划出取苗爪移栽路径;然后根据并联机构运动学逆解模型,对并联机构两主动关节伺服驱动电机的转动规律进行控制,并通过系统间的运动协调,实现钵苗从高密度盘到低密度盘或营养钵的连续高速移栽作业。以育苗期28天、钵体含水率为60%左右的黄瓜苗为对象,在移栽动平台最大加速度为45m/s2、移栽频率为45次/min的条件下,进行128孔穴盘到50孔穴盘的连续钵苗移栽运行试验。试验表明,该钵苗移栽机器人控制系统设计合理,系统间运动协调可靠,移栽成功率平均达91.4%,单爪移栽速率可达2 700株/h,满足了自动化移栽作业要求。 相似文献
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Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽机器人的可达工作空间;为使其可达工作空间尽可能接近设计工作空间,以机构雅可比矩阵条件数作为惩罚条件,建立起兼顾钵苗移栽机器人整机尺寸与运动学性能的尺度综合目标函数,并应用遗传算法得到机构最优尺寸参数。根据盘到盘钵苗移栽的运动要求,对移栽轨迹进行规划并选取五次多项式作为移栽动平台的运动规律函数。基于机构尺度综合和轨迹规划设计物理样机,并进行盘到盘的钵苗移栽和健壮苗补苗性能试验,结果表明:随着移栽动平台携苗运动最大加速度的提高,钵土破碎率逐渐加大,钵苗移栽合格率逐渐降低,在最大加速度amax为30 m/s2时,钵苗移栽合格率可达95.5%,移栽速率可达2 149株/h,在此加速度下进行健壮苗补苗试验,补苗合格率可达92%,证明了将Delta并联机构用于钵苗移栽机器人的可行性,以及尺度综合和轨迹规划的合理性。 相似文献
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穴盘苗自动移栽机取苗装置研究现状及展望 总被引：1，自引：0，他引：1
对取苗装置的研究提高穴盘苗移栽的质量和效率。阐述国内外取苗装置的研究现状,根据取苗方式的不同,将取苗装置分为夹取式、插拔式、顶出式和顶夹结合,并结合穴盘苗自动移栽机取苗装置的发展和推广,分析其存在取苗效率与取苗成功率相矛盾,育苗穴盘不标准,效率低、苗体损伤大,农机与农艺脱节等问题,进而分析发现可以通过提高穴盘苗自动移栽机取苗装置的通用性,实现对钵苗无损伤取苗和穴盘苗自动移栽机取苗装置智能化,研制出适合我国农艺的穴盘苗自动移栽机取苗装置。 相似文献
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蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置设计与试验 总被引：6，自引：0，他引：6
针对目前穴盘蔬菜自动移栽中钵苗离盘转运至导苗筒过程钵体损伤大、机构轨迹复杂及机电气控制成本高等问题,设计了一种由纵向移盘机构、顶苗机构、横向移盘机构、导苗筒、夹苗机构等组成的纯机械传动式蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置。利用功能-动作过程-动作法(F-P-A法)对穴盘苗自动输送过程进行动作分解,确定了符合各环节动作要求的机构形式;运用运动建模、仿真和精度综合分析等方法,并结合农艺与动力学要求,得出横向移盘机构圆柱凸轮最大压力角α_(max)=29.32°,夹苗机构的苗爪翻转凸轮行程hp=29 mm等关键部件参数;基于建立的时序分析模型,利用Visual Studio编写了可视化的蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置时序分析程序,通过对各机构动作进行匹配,优选出一组最佳参数:纵移机构初始相位角φ_z=185°,顶苗机构初始相位角φ_d=108°,曲柄长度a=78mm,连杆长度b=112 mm,偏距e=20 mm,苗爪翻转机构初始相位角φ_f=15°,苗爪开合机构初始相位角φ_k=135°。以苗龄期45 d、3种不同含水率的番茄穴盘苗为试验对象,进行自动输送试验。结果表明:穴盘苗基质含水率和取苗速度对装置取苗成功率均有影响,呈负相关,基质损失率则与取苗速度关系不大;该装置能够实现140株/min的取苗速度(取苗成功率超过95%),当基质含水率为符合育苗规范的32.79%时,取苗成功率98.44%、基质损失率36.67%,满足移栽农艺要求且远超人工移栽效率。 相似文献
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基于改进势场蚁群算法的移动机器人最优路径规划 总被引：1，自引：0，他引：1
首先,针对传统人工势场算法存在死锁及局部路径欠优等问题,对其进行改进。利用障碍物检测算法识别出有效障碍物和有效路径中间点,通过引力场和边界条件规划出起点到中间点的局部路径,将中间点置为新的起点进行反复迭代,直至起点与目标点重合则规划完成。其次,针对蚁群算法容易陷入局部最优以及收敛速度较慢等问题,对其进行改进。以改进人工势场算法规划出的路径启发蚁群进行路径搜索,从而避免算法早期由于盲目搜索而导致的路径交叉及收敛速度慢等问题,同时以收敛次数构建负反馈通道,使全局信息素和局部信息素的更新速率跟随收敛次数的变化自适应调节,从而保证了算法全程中收敛速度与全局搜索能力的协调与统一。最后,在Matlab中对本文算法、基本蚁群算法以及文献[23]所述算法分别进行仿真实验。结果表明:在相同的环境模型下,本文算法的收敛速度和搜索能力均优于另两种算法;在给定的简单环境模型下进行路径规划时,本文算法的迭代次数为3次,运行时间为0. 892 s,最优路径长度为28. 627 m;在给定的复杂环境模型下进行路径规划时,本文算法的迭代次数为8次,运行时间为3. 376 s,最优路径长度为31. 556 m,所寻路径对环境的覆盖率为73. 63%。 相似文献
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穴盘钵苗智能移栽机关键技术研究现状 总被引：1，自引：0，他引：1
对国内外穴盘钵苗智能移栽机关键技术研究现状进行了综述,针对钵苗特征识别、定位机构以及钵苗夹持手爪3个方面介绍当前钵苗移栽主要研究成果,分析了制约钵苗智能移栽技术推广应用的主要因素。最后,提出了相应对策：研究钵苗特征识别技术,改善钵苗移栽农艺条件,拓展钵苗移栽技术服务领域。 相似文献
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基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实现不同株距之间的疏植移栽作业。首先,对末端执行器整体结构进行设计,确定其工作原理;其次,通过理论分析确定圆柱凸轮与取苗手指各关键参数,并分析其作业状态下受力情况;然后,利用EDEM与Recur Dyn建立苗钵根土复合模型,进行耦合仿真单因素模拟试验,确定后续正交试验因素范围;最后,搭建了穴盘幼苗疏植移栽试验平台,以取苗针夹角、入土角、取苗针间距和变距速度为试验因素,以苗钵最大形变量和移栽成功率为试验指标,进行正交试验。在最优参数组合为取苗针夹角10°、入土角4°、取苗针间距8 mm、变距速度5 mm/s下,选取128穴至72穴与72穴至50穴两种疏植移栽要求进行验证试验,移栽后128穴钵体形变量平均值为(1.13±0.68) mm, 72穴钵体形变量平均值为(1.51±0.64) mm。总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,满足不同穴盘规格疏植作业... 相似文献
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穴盘苗自动移栽机苗钵夹持力检测系统设计与试验 总被引：4，自引：0，他引：4
针对夹持力可调式穴盘苗自动移栽机取苗爪安装空间狭小、检测装备布置不当易伤苗或回带钵苗基质等问题,基于聚偏氟二乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜与软硬件融合信号调理技术,提出了一种穴盘苗自动移栽机苗钵夹持力检测系统,该系统由PVDF压电薄膜、信号调理电路、无线通信模块、信号采集软件系统组成。通过PVDF压电薄膜实时监测取苗爪对苗钵夹持力的变化情况,利用压电效应将夹持力转换为电荷量;通过信号调理电路,完成电荷-电压信号转换、信号放大、工频信号消除,以及削弱地面激励与自动移栽机工作产生的振动噪声;通过无线通信模块将硬件调理后的夹持力信号发送至基于Lab VIEW的信号采集软件系统,并采用卡尔曼滤波器滤除残余的振动噪声,最终实现苗钵夹持力的精确测量、显示、存储、报警等功能,达到减少苗钵损伤率、提高移栽成功率的目的。标定试验结果表明,夹持力检测传感器的平均线性决定系数为0. 991 4,平均灵敏度为1. 002 7,精度为6. 024%,满足移栽作业过程中夹持力测量准确性的要求;室内试验结果表明,苗钵夹持力检测系统具有较好的稳定性和一致性,适用于自动移栽取、投苗过程中苗钵夹持力的精准监测。 相似文献
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针对移栽作业人工喂苗速度低的问题,设计了一种由圆柱凸轮为横移机构、槽轮-链传动为纵移机构所组成的自动移栽钵苗输送装置。利用解析作图法,并结合移栽农艺要求分别对纵移和横移机构进行理论分析,得出了输送装置的核心关键参数:横移凸轮基圆半径r0=6 5 mm,滚子半径r=1 2 mm,滚子宽度B=9 mm,槽轮槽数n=5。以苗龄期40天的西红柿穴盘苗(穴盘规格为16×8)为试验对象进行了钵苗输送试验,结果表明:横移机构单次供苗的最大误差为0.76mm,横移7次(供苗时苗盘每行需横移1次)累积误差小于0.2mm,供苗准确率超过97.9%;纵移机构单次供苗的最大误差为0.88mm,纵移7次(每盘8行,需纵向移动7次)累积误差不超过0.3mm,供苗准确率在97.5%以上。该机构在供苗过程中可连续作业,满足钵苗供苗的自动输送需求。 相似文献
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针对蚁群算法缺乏全局搜索与局部寻优之间的动态调整,蚁群难以保持较好的多样性,算法极易陷入局部最优的问题,以余弦递减的策略动态调整启发式因子的变化,从而平衡算法的全局搜索和局部寻优。同时,利用混沌搜索的随机性和遍历性,对蚁群每次迭代找到的路径进行混沌扰动,从而提高算法跳出局部最优的能力,避免算法早熟收敛。将改进的蚁群算法应用于梯级水库的联合优化调度,模拟计算结果表明了算法的有效性。将其结果与逐步优化法和标准蚁群算法的计算结果进行对比,体现了算法在求解速度和求解精度上的优势。 相似文献
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钵苗有序移栽机构的研究进展及应用展望 总被引：3，自引：0，他引：3
针对被水稻专家视为高增产比率的钵盘育水稻秧苗移栽种植工艺,论述了钵苗有序移栽机构的国内外研究现状,介绍了几种典型钵苗有序移栽机构的结构原理和研究成果.将钵苗有序移栽机构分为"钵盘取出式"和"钵体苗排序式"两类工作模式,指出了两类机构存在的一些问题:前者易伤秧、损坏钵盘、结构复杂且生产效率偏低;后者易碎钵且株距均匀性不易保证."钵盘取出式"为两种形式,即夹苗式和顶出式.顶出式是一种比较好的移栽模式,在现有顶出形式的基础上,简化结构、提高机构的工作可靠性和作业效率,是钵苗有序移栽机构的研究方向. 相似文献