【摘要】：中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),而大豆是中國(guó)的主要糧食作物之一。東北大豆作物采用壟作雙行種植模式,一般每公頃保苗32~38萬(wàn)株,而農(nóng)田雜草是東北大豆早期生長(zhǎng)階段最主要災(zāi)害之一,因此,大豆出苗后,疏松株間表土、除掉幼草,是大豆保苗增產(chǎn)提質(zhì)的重要措施。株間機(jī)械除草是利用作物秧苗相對(duì)幼草根系發(fā)達(dá)且分布深廣的特性,通過(guò)除草作業(yè)部件將株間表層土壤疏松或移位,達(dá)到株間除草的目的,所以除草部件入土深度對(duì)機(jī)械除草作業(yè)性能有較大影響。而現(xiàn)有株間除草機(jī)部件入土深度均由行走于行間的限深輪控制,不能保證其在株間的定深松土作業(yè),造成株間機(jī)械除草作業(yè)傷苗率高、除草效果不理想。所以,株間除草部件入土深度控制不可靠是導(dǎo)致上述問(wèn)題的重要原因之一。因此,為提高大豆株間機(jī)械除草裝置作業(yè)部件入土深度的控制精度,降低傷苗率和埋苗率,該文提出了基于超聲波測(cè)距的株間機(jī)械除草部件松土深度自控方法。在研發(fā)的株間除草機(jī)構(gòu)研究基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了除草部件松土深度自控系統(tǒng),并在已建室內(nèi)株間除草試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了部件松土深度測(cè)量與控制試驗(yàn)。主要的研究?jī)?nèi)容及取得的成果如下。(1)設(shè)計(jì)了一種作用于株間機(jī)械除草機(jī)構(gòu)上的除草部件松土深度自控系統(tǒng),對(duì)其工作原理進(jìn)行了分析,并為避免壟上苗、草等對(duì)超聲測(cè)距的影響,設(shè)計(jì)了一套獨(dú)立的滑橇式仿形臺(tái)。(2)對(duì)自控系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)硬件系統(tǒng)中各模塊的選取進(jìn)行了說(shuō)明;開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件,對(duì)軟件中各模塊的工作流程進(jìn)行了介紹;并對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及其各元件的選型,利用圖解法系統(tǒng)分析了油缸活塞位移與松土作業(yè)深度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(3)利用Proteus 8.6電子設(shè)計(jì)仿真軟件,對(duì)自控系統(tǒng)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與模擬仿真。仿真結(jié)果表明:該自控系統(tǒng)的程序文件沒(méi)有編寫錯(cuò)誤,接線均沒(méi)有電氣錯(cuò)誤,并且該系統(tǒng)能夠很好的實(shí)現(xiàn)其設(shè)定的功能和效果,具有良好的性能,能夠滿足實(shí)際作業(yè)要求。(4)對(duì)除草部件松土深度自控系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,試驗(yàn)采用靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:利用超聲波模塊直接對(duì)株間地表進(jìn)行距離測(cè)量是不可行的;動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中,利用超聲波直接對(duì)有苗和無(wú)苗的地表進(jìn)行測(cè)距均存在一定的缺陷,而應(yīng)用滑橇式仿形臺(tái)則不受地表苗、草及土壤特性等影響,在0.278 m/s、0.556 m/s和0.833 m/s三種作業(yè)速度下,針對(duì)各個(gè)樣本點(diǎn)的位置應(yīng)用超聲波模塊測(cè)量與人工測(cè)量所獲得測(cè)量值的平均對(duì)照誤差分別為:4.95mm、5.36 mm和5.90 mm,最大對(duì)照誤差分別為:6.6 mm、7.4 mm和8.3 mm。(5)對(duì)除草部件松土深度自控系統(tǒng)進(jìn)行綜合性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)株間機(jī)械除草作業(yè)部件松土深度的穩(wěn)定控制,隨著行進(jìn)速度增加,深度變化范圍相應(yīng)增加。在行進(jìn)速度為0.278 m/s時(shí),以設(shè)定值270 mm為零點(diǎn),部件松土深度變化可控制在±10 mm范圍內(nèi),滿足機(jī)械除草的深度調(diào)節(jié)要求。文章的相關(guān)研究為解決株間除草部件松土深度準(zhǔn)確控制問(wèn)題提供新思路,亦為研發(fā)松土深度自控的大豆株間除草機(jī)提供理論與方法參考。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S224.15
【圖文】：

a）大豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值豐富 b）大豆的根瘤共生固氮圖 1-1 大豆的重要價(jià)值Fig. 1-1 The significant value of soybean由上述可知，大豆在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)重要的地位。我國(guó)種植的大豆均為非豆，每年的大豆種植面積有 1 億畝左右，主要集中在東北和黃淮地區(qū)。東北地區(qū)是悠久和規(guī)模集中的春大豆種植區(qū)，每年大豆播種面積為全國(guó)總播種面積的 50%以上黑龍江省，因其生態(tài)環(huán)境好，土質(zhì)肥沃，光照充足，為發(fā)展無(wú)公害有機(jī)大豆提供了的優(yōu)越條件，每年的種植面積和產(chǎn)量約占全國(guó)的 1/3，成為了全國(guó)最大的大豆生產(chǎn)因此，進(jìn)一步提升東北地區(qū)有機(jī)大豆的品質(zhì)和產(chǎn)量，對(duì)拉動(dòng)我國(guó)東北三省質(zhì)量效益

隨著自動(dòng)控制、光電傳感以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，國(guó)外致力于對(duì)智能除草設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研究，且取得了頗為豐富的成果，而且部分成果已應(yīng)用到田間除草作業(yè)當(dāng)中。相關(guān)研究成果如下[16-18]：丹麥的 Melander 等人通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)使除草機(jī)能夠避開(kāi)秧苗除掉株間雜草，并將其與普通機(jī)械除草裝置進(jìn)行對(duì)比[23]。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)離植株較遠(yuǎn)的區(qū)域除草時(shí)，二者的除草效果沒(méi)有明顯差異，但對(duì)離植株較近區(qū)域除草作業(yè)時(shí)，前者因能辨別秧苗與雜草，表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能。Midtiby 等人發(fā)明了一套控制系統(tǒng)，用于完成株間除草作業(yè)，見(jiàn)圖 1-2。除草過(guò)程是利用視覺(jué)識(shí)別對(duì)植株所在的位置及形狀進(jìn)行確定，試驗(yàn)表明：甜菜為單葉時(shí)，控制系統(tǒng)的檢測(cè)誤差小于 3 mm，甜菜為多葉時(shí)，其誤差小于 2 mm[24]。Norremark 等人研究了一種基于 GPS 導(dǎo)航的自動(dòng)避障株間除草機(jī)，并對(duì)其除草效果進(jìn)行了定量評(píng)估[25-26]。該除草機(jī)利用GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避苗，由機(jī)器視覺(jué)伺服系統(tǒng)控制除草爪齒的伸縮進(jìn)行株間除草作業(yè)。

S 導(dǎo)航的自動(dòng)避障株間除草機(jī)，并對(duì)其除草效果進(jìn)行了定量評(píng)估[25-26]。該除草機(jī)利用航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避苗，由機(jī)器視覺(jué)伺服系統(tǒng)控制除草爪齒的伸縮進(jìn)行株間除草作業(yè)。a）除草作業(yè)機(jī)械 b）對(duì)植株的檢測(cè)和定位圖 1-2 基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的控制系統(tǒng)Fig. 1-2 Control system based on computer vision國(guó)的 Cordill 等人設(shè)計(jì)出一種松土除草機(jī)，主要完成對(duì)玉米株間除草作業(yè)[27]，見(jiàn)圖 1-3機(jī)利用激光傳感器反饋的信號(hào)識(shí)別玉米莖稈，通過(guò)控制鋤刀的運(yùn)動(dòng)軌跡清除株間雜草土并精確躲避苗株。田間試驗(yàn)表明：在無(wú)雜草情況下其傷苗率為 8.8%，當(dāng)雜草叢生時(shí)達(dá) 23.7%。

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本文編號(hào)：2745676