基于CCD摄像系统的机械式排种器动态特性研究_王顺利
高速摄像系统在机械式排种器动态特性研究中的应用
高速摄像系统在机械式排种器动态特性研究中的应用0引言精量播种是一种先进的现代化农作物种植方法，是我国农业现代化的必经之路，也是农业增产丰收和降低粮食生产成本的重要技术之一。
为改进精密排种器设计手段，国内外开展了大量的检测研究，但实际应用表明，这些检测方法对排种器性能检测的准确性与可靠性仍存在一定的局限性。
本文引入高速摄像技术用于机械式精量排种器的清种性能检测研究，并综合应用数理统计、正交分析及精量排种理论等方法，对精密排种器的清种性能进行分析，确定影响清种的主要因素以及清种的彻底与否对重播指数的影响程度。
1.检测系统组成和图像采集过程1.1.硬件构成排种器试验平台是性能检测试验顺利进行的保证。
为此本文根据试验要求搭建了以下试验平台，具体包括PSD－8型鸭嘴点播排种器性能试验机、机械式棉花精量排种器、动力系统、电气监测板。
精量排种器高速摄像检测系统主要由计算机、图像采集卡、摄影机、照明装置等组成，计算机采用个人笔记本电脑，CPU是PentiumIV1.8GHz，512M内存，32位总线。
高速CCD摄像机采用Photron 公司生产的Fastcam－super10kc系列Super series model10000C，帧速为500 FPS，显示尺寸为512×240，记录帧数为1092，记录时间为2.2S，回放帧速为250FPS ／S，单位像素尺寸为7.4μm ×7.4μm，传感器分辨率为658×496 Pixels，灰度等级为256级，Gamma校正(0.4～1.0)。
1.2.软件构成高速CCD摄像机采用了半导体动态存储器导(DRAM)，记录系统可工作在开机等待状态。
在此状态下，电荷藕合器件图像传感器以预置的拍摄频率连续不断地采集图像，并且持续地向存储器读入，而存储器不断用最新采集的图像覆盖存储器中最先存入的图像，高速摄像系统一旦接收到触发信号，则记录下写入DRAM的图像信息。
指数型变幅杆螺旋驱动直线压电作动器
第２３卷 第１０期２０１５年１０月 光学精密工程 Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１５ 收稿日期：２０１５－０５－１５；修订日期：２０１５－０６－１０． 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．５１２７５４６７）；浙江省自然科学基金（Ｎｏ．ＬＹ１６Ｅ０５００９）文章编号 １００４－９２４Ｘ（２０１５）增－０３３５－０８指数型变幅杆螺旋驱动直线压电作动器李加林１，２，华顺明２＊，李志强１，孟玉明１，楼应侯２（１．太原科技大学机械工程学院，山西太原０３００２４；２．浙江大学宁波理工学院，浙江宁波３１５１００）摘要：为实现微小型机电系统中驱动单元的小型化，设计了一种采用指数型变幅杆放大定子振幅的螺杆式直线压电作动器。
分析了作动器运行机理，设计了作动器定子基体内螺纹副和变幅杆。
然后，利用有限元软件仿真分析了定子基体的振动模态。
最后，确定了作动器尺寸并加工出样机；搭建实验平台，对作动器样机的机械性能进行了测试。
测试结果显示，在电压有效值为３００Ｖ，激励频率为１５．６ｋＨｚ，两相激励电压之间的相位差为π／２时，作动器输出直线速度最大值达到３．３９２ｍｍ／ｓ，最大输出力达到１５．０２Ｎ。
得到的结果表明：作动器具有良好的输出性能，具备了作为微小型机电系统直接驱动单元的能力，可满足微小型设备微量进给的要求。
关 键 词：直线压电作动器；指数型变幅杆；螺旋驱动；弯曲振动中图分类号：ＴＭ３８４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１５２３１３．０３３５Ｓｐｉｒａｌ－ｄｒｉｖｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＬＩ Ｊｉａ－ｌｉｎ１，２，ＨＵＡ Ｓｈｕｎ－ｍｉｎｇ２＊，ＬＩ Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ１，ＭＥＮＧ Ｙｕ－ｍｉｎｇ１，ＬＯＵ Ｙｉｎｇ－ｈｏｕ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｉｎｇｂｏ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｉｔｈｕａｓｍ＠１２６．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｕｎｉｔ ｉｎ ａ ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｓｐｉｒａｌ－ｄｒｉｖｉｎｇ ｌｉｎｅａｒｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｔｏｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ｐａｉｒｓ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｕａｔｏｒ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｗａｓ ｍａｄｅ，ａｎ ｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｔｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉ－ｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ３００Ｖ，ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ １５．６ｋＨｚ，ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏ ｄｒｉｖｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｏｆπ／２，ｔｈｅ ａｃｔｕａｔｏｒ ｒｅａｃｈｅｓ ａ ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｎｅａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ３．３９２ｍｍ／ｓ，ａｎｄ ｔｈｅｏｕｔｐｕｔ ｆｏｒｃｅ ｏｆ １５．０２Ｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｔｏｒ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ＭＥＭＳ ｄｒｉｖｉｎｇ ｕｎｉｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅｍｉｃｒｏ ｆｅｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ；ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｓｐｉｒａｌ－ｄｒｉｖｉｎｇ；ｂｅｎｄｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ１ 引 言 微小型机电系统可将电路与可动机械集成，组成具有独立完整功能的智能微型装置，成为近几十年来自然科学和工程技术的重要研究领域。
基于CCD摄像系统机械式精量排种器的动态特性分析
分析 ， 以确定影响清种的主要因素以及清种 的彻底
与 否对 重播 指数 的影 响程度 。
回放 帧速 为 ２０ Ｐ ／ ， ５ Ｆ Ｓ ｓ单位 像 素尺 寸为 ７４ ． ｍ×７ ．
高速摄像能以 １ ～一 ０ ｓ ０ １ 的时间分辨率对快
速过程 进行 照相 记 录 ， 到按 时 间 发展 为 顺 序 的 一 得 副 副图片 ， 通过慢 速 放 映 能再 现 被 记 录过 程 的运 动
计算 机采 用个 人笔 记本 电脑 ， Ｐ Ｃ Ｕ是 Ｐ ｎｉｍ１ ｅｔ Ｖ ｕ
种器性能检测的准确性与可靠性仍存在一定 的局限 性 Ｊ 。因排种器的排种频 率很高 ， 以实验 中用 所
肉眼或 一般 的观测 是难 以监测 清种 过程 的。吉林 大 学利用 高速摄 像机 对气 吸式精 密播 种机 的排种性 能 进行 了研 究 ， 获得 了 比较 好 的效果 。为此 ， 文引入 本 高速摄像 技 术 ｍ 用 于 机 械 式 精 量 排 种 器 的清 种 性能 检测研 究 ， 综合 应用数 理统计 、 交分 析及精 并 正 量排 种理论 等方 法 ， 对精 密 排 种 器 的清 种 性 能 进行
１８ Ｈ ，１Ｍ 内存 ，２位 总 线 。高 速 Ｃ Ｄ摄 像 机 ．Ｇ ｚ５ ２ ３ Ｃ 采用 Ｐ ｏ ｏ ｈｔｎ公 司 生 产 的 Ｆｓ ａ ｓｐｒ０ ｃ系 列 ｒ ａｔ ｍ— ｅｌｋ ｃ ｕ
Ｓ ｐｒｓｒ ｓｍ ｄ ｌＩ０ ０ 帧 速 为 ５０ Ｐ ， 示 尺 ｕ ｅ ｅｉ ｏ ｅ Ｏ ０ Ｃ， ｅ ０ＦＳ 显 寸为 ５ ２× ４ 记 录 帧数为 １ ９ ， １ ２ ０， ０ ２ 记录 时间 为 ２ ２ ， ． ｓ
文章编号 ：０ ７７ ８ （０ ９ － ５ －５ １０ －３３ ２０ ２０ ６０ Ｊ ２ ０
第五届大赛决赛评审结果(7-22)
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛评审结果
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛第二阶段评审于2012年7月19日至7月24日在陕西省西安市第二炮兵工程大学举行。
大赛评委会通过审阅设计资料、观摩实物演示和进行作品答辩等程序，依据评分标准进行评分，并经评审委员会全体会议复审，并汇总初评结果，共评出一等奖88项、二等奖191项。
大赛组委会还评出优秀组织奖12项、贡献奖2项、纪念奖1项。
现将决赛评审结果公布如下：
设计奖：（见下表，排名不分先后次序）
一等奖（88项）
二等奖（191项）
优秀组织奖：
第二炮兵工程大学
（以下排名不分先后）
北京赛区、湖北赛区、浙江赛区、吉林赛区、陕西赛区、江苏赛区、
四川赛区、湖南赛区、河北赛区、天津赛区、慧鱼赛区
贡献奖：
北京中教仪科技有限公司
派克汉尼汾流体传动产品（上海）有限公司
决赛承办纪念奖
第二炮兵工程大学
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会（代章）
2012年7月22日。
排种器振动种盘内种群质量实时监测方法
排种器振动种盘内种群质量实时监测方法周洪如;吴亚芳;李洪昌;赵湛【摘要】To monitor the seeds mass in reciprocating vibrating tray for vacuum-panel precision seeder in real-time, a cantilever force sensor was used to measure the impact force of seeds action on the monitoring board.Then, based on the analysis of variation characteristics of output signals of force sensor under different parameters, a signal processing circuit mainly composed of analog adder, precision half-wave rectifier, second-order Butterworth low-pass filter, and differential amplifier in series was designed to detect seeds mass.With vibration amplitude A of 3, 4 and 5 mm, corresponding frequency f of 11-13, 10-12 and 9-11Hz, calibration tests were carried out on vibration test-rig in laboratory.Fitting results showed that non-linear measurement errors between output voltage of signal processing circuit Vout and seeds-mass-per-unit-area κ were less than 5.5% with κ in the range of 0-1.8g/cm 2.When κ was greater than 2.0g/cm2, the instability of seeds periodic vibration motion enhanced the fluctuation range of Vout, which led to an increase of non-linear measurement errors.Zero-point output voltages of Vout were increased with the increasing of vibration strength of tray, and measurement sensitivities were reduced when increasing the vibration frequency at same amplitude.The proposed monitoring method has a good adaptability because the effect of seeds shape and mechanical properties on Vout could be neglected.%采用悬臂梁称重传感器测量排种器振动种盘内种群的冲击力,在分析不同参数下输出信号变化特征的基础上,设计了由加法器、精密半波整流、二阶巴特沃斯低通滤波和差动放大串联组成的信号处理电路,实现了振动状态下种群质量的实时监测.在振动种盘试验台上进行了性能试验,设定振幅为3、4、5mm,相应振动频率分别在11~13Hz、10~12Hz、9~11Hz范围,结果表明:当单位面积籽粒质量κ<1.8g/cm2时,信号处理电路输出电压Vout与κ的非线性误差小于5.5%;当κ>2.0g/cm2时,由于种群振动运动的不稳定导致输出电压Vout的波动性增强,测量的非线性误差增大.信号处理电路零点输出电压随种盘振动强度的提高而增大,测量灵敏度随种盘振动频率的提高而降低,籽粒形状和力学特性差异对测量结果的影响可以被忽略,监测方法具有很好的适应性.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2017(039)012【总页数】6页(P20-25)【关键词】排种器;振动种盘;种群质量;实时监测【作者】周洪如;吴亚芳;李洪昌;赵湛【作者单位】常州机电职业技术学院,江苏常州 213164;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;常州机电职业技术学院,江苏常州213164;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S126;S220.3(1.常州机电职业技术学院，江苏常州 213164；2.江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，江苏镇江 212013)育苗移栽是我国主要的水稻种植方式，移栽秧苗的返青成活快，能促进根系发展、增加有效分蘖，提高单位面积产量[1-2]。
玉米精量播种机排种性能检测系统研究——基于光电法
玉米精量播种机排种性能检测系统研究基于光电法郑雯璐ꎬ衣淑娟ꎬ李抒昊ꎬ刘㊀坤ꎬ戈天剑(黑龙江八一农垦大学信息技术学院ꎬ黑龙江大庆㊀１６３３１９)摘㊀要:为了确保玉米精播机的播种质量ꎬ在结合了过去排种监测方法优缺点的基础上ꎬ设计了一种以３对红外发光二极管和光敏三极管交叉摆放为监测传感器的排种性能监测系统ꎮ该系统能够实现种粒信号拾取㊁种箱状态监测㊁漏播和重播警报等功能ꎮ工作时ꎬ光电传感器检测到的光电信号通过调理电路把数据传给单片机ꎬ如果检测到的数据满足种箱排空㊁种管阻塞或多粒重播ꎬ单片机就会给报警电路传输指令使其发生警报ꎮ试验结果表明:系统性能可靠且监测无盲区ꎬ检测误差率可控制在９７.５％以内ꎬ能对玉米精密排种器排种性能进行精确监测ꎬ有助于提升播种机作业性能ꎮ关键词:玉米精播机ꎻ排种监测系统ꎻ光电传感器ꎻ精确检测中图分类号:Ｓ２２３.２＋５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０４－０２００－０４０㊀引言在农业高度机械化的今天ꎬ精密播种机作为主要的农器具被广泛应用ꎻ但因为其构造的封闭性使得人们无法在机器运行过程中直观并及时监测播种状态ꎬ一旦发生漏播㊁重播等排种故障将会对作物产量造成极大损失[１]ꎮ因此ꎬ为播种机配备排种质量监测系统已成为精量播种技术研究的重中之重[２]ꎮ排种器是精密播种机的核心部件ꎬ高精度的播种过程是确保玉米高产量的重要保障ꎮ目前ꎬ播种机排种性能检测常用方法有电容信号㊁压电信号㊁激光信号及光电信号几大类ꎮ就实际应用来看ꎬ因光电传感器具有成本低㊁响应速度快等诸多优点ꎬ以往研究人员多利用光电法对排种器排种性能进行检测[３]ꎮ以排种过程中下落的种粒为监测对象ꎬ当种子下落时ꎬ种粒受管壁的碰撞㊁摩擦等因素的影响出现漏播或多粒重播ꎬ若传感器只能产生１个脉冲ꎬ检测重播的误差较大ꎮ因此ꎬ本文设计了一套基于光电法的玉米精量播种机排种性能监测系统ꎬ传感器安放在排种管中部ꎬ将３对射光电传感器交叉摆放在排种管两端ꎬ目的在于提高排种性能检测的稳定性和可靠性ꎬ实现排种管收稿日期:２０１７－１１－２５基金项目: 十二五 国家科技支撑计划项目(２０１４ＢＡＤ０６Ｂ０４－０３)作者简介:郑雯璐(１９９３－)ꎬ女ꎬ陕西黄陵人ꎬ硕士研究生ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)１７５００１９６７２ｑｑ.ｃｏｍꎮ通讯作者:衣淑娟(１９６５－)ꎬ女ꎬ山东栖霞人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｙｉｓｈｕｊｕａｎ＿２００５＠１２６.ｃｏｍꎮ内排种监测无盲区ꎬ对重播㊁漏播和堵塞等排种性能进行监测ꎬ并与常规监测装置进行数据对比ꎬ得出结论ꎮ１㊀主要功能及原理１.１㊀种子排种量监测单片机的定时/计数器Ｔ０设置为计数器模式ꎬ可实现播种机排种量计数ꎬ定时/计数器Ｔ１设置为定时器模式ꎬ用来实现报警定时ꎮ当种子从排种管落下经过种管上安装的光电传感器ꎬ光敏三极管产生高低电平的变化ꎬ接收端每返回一次高电平ꎬ计数器加１ꎬ在显示屏显示排种数量ꎻ利用高低电平持续时间进行逻辑判断来监测播种机是否出现故障ꎮ１.２㊀漏播和重播警报排种器正常工作时ꎬ种子从种箱内有序码入种盘后下落至排种管内ꎬ在播种现场由于工况很差ꎬ导致出现重播和漏播现象[４]ꎬ安装在排种管中部的传感器对种子经过时产生的脉冲变化情况判断是否发生漏播和重播[５]ꎮ因此ꎬ本文利用蜂鸣器对播种过程中出现的故障进行报警ꎬ其受外界影响因素较小ꎬ可以在恶劣的环境中使用ꎬ声光报警电路如图１所示ꎮ１.３㊀作业工况监测播种机上安装ＧＰＳ定位系统ꎬ按照播种机的行进距离和作业幅宽ꎬ来计算播种机的作业面积ꎮ８~１０ｋｍ/ｈ为播种机的限定速度ꎬ根据ＧＰＳ发出的指令可测出播种机的作业速度是否超速ꎮ１.４㊀种箱状态监测装置设计种箱排空如果不能及时发现ꎬ则会导致种子漏播的情况发生ꎮ利用压敏电阻监测种箱内种子情况ꎬ安装在种箱内的压敏电阻阻值受其周围种子量影响ꎬ将压敏电阻安放在种箱中下部ꎬ种量充足输出高电平ꎬ种子和压敏电阻的距离大于９ｍｍ标准距离时ꎬ则输出低电平ꎬ持续低电平２ｓ以上时ꎬ向上位机发送报警信息ꎬ微处理器通过其电平的变化就可以判断种箱内的状态ꎮ图１㊀声光报警电路图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｏｕｎｄａｎｄｌｉｇｈｔａｌａｒｍｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ２㊀硬件设计在排种性能检测系统硬件设计上ꎬ要实现对脉冲信号的采集㊁整形滤波㊁传输及显示和报警[６]ꎬ包括光电传感器信号采集处理电路㊁显示终端硬件设计两大部分ꎬ应采用分模块的方式解决ꎮ光电传感器检测到的光电信号通过接受调理电路把数据上传给单片机ꎬ由单片机通过ＺｉｇＢｅｅ无线模块传送给上位机并进行显示ꎮ２.１㊀传感器电路设计光电传感器的选型种类繁多ꎬ普通发光二极管发光强度不够ꎬ激光二极管发光强度大ꎬ但成本高ꎻ加之播种机在田间作业期间ꎬ环境十分恶劣ꎬ尘土会很容易进入到导种管内部ꎬ进而将传感器挡住ꎬ严重影响光信号的传递[７]ꎮ因此ꎬ本系统采用波长９４０ｎｍꎬ其光线平行性好ꎬ重要的是使用时不需要外加透镜ꎮ同时ꎬ其体积小㊁稳定性好ꎬ能够满足在户外使用ꎮ接收端选用ＳＴ－１ＫＬ３Ａ型光敏三极管㊁ＥＬ－１ＫＬ５型红外发光二极管作为发光源ꎬ该光源波的有效感光波长范围为４００~１０５０ｎｍꎬ对ＥＬ－１ＫＬ５所发射光波长度敏感[８－９]ꎮ播种机排种管直径为２５~３０ｍｍꎬ玉米种子直径一般不超过排种管直径的１/３ꎮ考虑到１对光电传感器的覆盖面积有限ꎬ且种子从排种器出来时具有一定的初速度ꎬ会在导种管内发生弹跳现象并产生检测盲区ꎬ因此设计将３对光电传感器发射端和接收端交叉嵌入在排种管内部ꎮ这种传感器的摆放方式使得排种管内基本无盲区ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀传感器检测无盲区示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｌｉｎｄｚｏｎｅｓｃｈｅｍａｔｉｃ种子通过光电检测区产生高电平信号ꎬ经过调理电路进行整形㊁滤波㊁逻辑门后进行显示ꎮ光电传感器连接图如图３所示ꎮ图３㊀光电传感器连接图Ｆｉｇ.３㊀Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ２.２㊀信号调节电路设计由于光电传感器输出波形不规整ꎬ会导致单片机对光电信号产生误判ꎬ需对光电传感器输出信号进行整形[１０]ꎬ提高传感器采集数据精度ꎬ本文采用了Ｃ－Ｄ４０１０６Ｂ施密特触发器ꎻ由于采用３对光电传感器会输出３组脉冲信号ꎬ施密特触发器在设计中相当于 非门 ꎬ对下位机采集的脉冲信号进行了整形滤波ꎮ两个电脉冲信号的时差就是种子下落时间差ꎬ当输种管中有种子流动时传感器有脉冲输入到判别电路ꎬ则判别电路输出为 １ 态ꎻ当输种管无种子流动时ꎬ传感器无脉冲输出ꎬ则判别电路无脉冲输入ꎬ其输出为 ０ 态[１１]ꎮ本文将３对光电传感器采用 与 电路和 或 门电路进行整形ꎬ是考虑到当种粒下落经过此处时一定会遮盖住这３对光电传感器的任意１对ꎬ产生脉冲信号(图４)ꎬ因此３对传感器的信号端选择了与门和或门操作来实现对空㊁堵及重播的报警ꎮ图４㊀整形电路原理图Ｆｉｇ.４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｌａｓｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔ２.３㊀无线模块电路本试验采用ｎＲＦ２４Ｌ０１芯片组成的无线收发模块ꎬ其优点可总结以下几点:传输速率最高可达２Ｍｂｐｓꎬ工作效率快ꎻ抗干扰能力强ꎻ功耗低ꎬ掉电模式下电流仅为１μＡꎻ可软件设置地址ꎬ能够直连各种单片机使用ꎬ软件编程非常方便ꎻ由于无线模块的工作电压是１.９~３.６Ｖꎬ因此可以将无线模块直接连接单片机的电源输出端ꎬ给其提供３.３Ｖ电压就可以正常工作ꎮｎＲＦ２４Ｌ０１＋的模式选择控制引脚ＣＥ置为１时ꎬ芯片工作在接收模式ꎻＩＲＱ引脚是中断信号输出端ꎬ当数据发送或接收完毕后ꎬＩＲＱ端口会发出中断信号ꎬ通知单片机及时对寄存器中的数据进行处理ꎮ２.４㊀报警电路为了改善播种机播种工况ꎬ提高播种机作业性能ꎬ在作业过程中播种机出现故障时ꎬ要及时进行报警ꎬ避免大面积缺苗㊁断垄等情况的发生[１２]ꎮ为此ꎬ本文设计了故障报警电路ꎬ与主单片机的Ｐ１.２口连接ꎮ当输出的高低电平发生变化时ꎬ单片机判断故障类型并发送给主机ꎬ进而控制蜂鸣器报警ꎻ同时ꎬ液晶屏同步显示故障信息ꎬ提醒机手及时对故障做出处理ꎮ３㊀软件设计整个软件程序包括程序初始化㊁数据采集子程序㊁无线发射子程序㊁报警子程序和显示子程序ꎮ对ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机及各控制芯片进行初始化ꎬ保证控制系统做好工作准备ꎻ调用信息采集及数据处理㊁运算子程序ꎬ调用无线传输子程序ꎬ当有信息需要发送或接收时ꎬ无线模块便会调整工作模式完成数据的无线收发ꎻ调用报警子程序ꎬ在播种机工作过程中ꎬ当发生漏播情况时ꎬ报警系统能够及时报警ꎻ调用显示子程序ꎬ实时对播种参数进行显示ꎬ当发生漏播故障时ꎬ显示屏会自动跳转到故障页面显示相关故障信息ꎮ系统的总程序框图如图５所示ꎮ图５㊀主程序流程图Ｆｉｇ.５㊀Ｍａｓｔｅｒｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍ４㊀实验分析与结果分析４.１㊀排种量检测试验试验在黑龙江八一农垦大学播种机进行ꎬ选择整理好的平整地面作为试验地ꎮ玉米种子型号为金山８号ꎬ种子直径６ｍｍꎮ选择３０００粒玉米种子进行排种量检测试验ꎬ将３０００粒种子随机分为１５组ꎬ依次将各组种子进行试验ꎬ将试验结果进行误差分析ꎮ种子从排种箱匀速下落ꎬ经过安装在排种管内部的光电传感器ꎬ上位机得出种子下落的数目ꎬ将其与实际值进行比较ꎬ如表１所示ꎮ表１㊀排种量检测结果Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｅｅｄｖｏｌｕｍｅ试验序号实际播种量/粒监测排种量/粒误差率/％１１９９１９４２.５１２２００１９６２.０３２０１１９６２.４９４１９５２００２.５５１８９１９５３.１７６１９７１９３２.０３７２０１１９５２.９９８２０２１９７２.４８９１９５２０２３.５９１０１８９１９５３.１７１１１９５１９８１.５４１２２０２１９８１.９９１３２０１１９８１.５１４１９４１９９２.５８１５１９５１９９２.０５平均值１９７１９７２.４４㊀㊀试验表明:该排种器监测传感器对排种量检测精度可以达到９７.５％ꎬ达到工况要求ꎬ能够准确地检测排种量ꎮ４.２㊀漏播和重播异常报警试验在对漏播量和重播量进行统计时ꎬ取适量金山８号玉米种子随机分为３组ꎬ投入排种管内ꎬ为增加漏播重播种粒样本数量ꎬ在排种器与导种管之间加装了小挡板ꎬ种粒下落时有一部分会撞击挡板ꎬ相邻种粒的下落时间差将会改变ꎬ从而模拟排种异常状况ꎮ试验结果如表２所示ꎮ在做异常警报试验时ꎬ采取人为制造异常的方法ꎬ来检测报警系统的灵敏度ꎮ报警试验时ꎬ在种子下落过程中将调速器关闭ꎬ人为地使两粒种子下落的时间间隔超过定时器警报时间ｔꎬ用秒表记录多长时间上位机发出警报㊁显示屏显示故障信息ꎮ试验结果显示:在模拟漏播和排种堵塞的情况下ꎬ异常发生到传给上位机报警延时时间为２ｓꎬ漏播和重播报警监测精度达到要求ꎻ排种器漏播报警可靠率１００％ꎬ报警系统可靠率１００％ꎮ表２㊀监测精度试验Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｔｅｓｔ试验序号项目漏播量重播量１实际值/粒６０７２测量值/粒５２６９精度％８５.２９５.８２实际值/粒８９３７测量值/粒８４３２精度％９４.３８６.４３实际值/粒１１２８０测量值/粒１０９７７精度％９７.３９６.３总计实际值/粒２６１１８９测量值/粒２４５１７８精度％９３.８９４.２５㊀结论对排种器性能监测系统的综合测试表明:设计的交叉摆放光电传感器能够实现对排种过程的实时监控ꎬ并能对种箱排空和输种管堵塞等异常情况发出实时报警信号ꎮ该排种器监测传感器对排种量检测精度可以达到９７.５％ꎬ对漏播量和重播量的监测精度分别为９３.８％和９４.２％ꎬ满足工况要求ꎮ参考文献:[１]㊀郝向泽ꎬ何旭鹏ꎬ邹翌ꎬ等.基于光电传感器的精密播种机排种性能监测系统的研究[Ｊ].华南农业大学学报ꎬ２０１７ꎬ３８(１):１２０－１２４.[２]㊀纪超ꎬ陈学庚ꎬ陈金成ꎬ等.玉米免耕精量播种机排种质量监测系统[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１６ꎬ４７(８):１－６. [３]㊀李雷霞ꎬ郝志明ꎬ杨薇ꎬ等.精密播种机排种性能检测系统的研制[Ｊ].农业工程ꎬ２０１２ꎬ２(８):１６－１９. [４]㊀陆黎ꎬ胡建平ꎬ王韩伟.精密播种机监控系统的发展现状及创新研究[Ｊ].农机化究ꎬ２００５(２):１３－１５. [５]㊀王大可ꎬ衣淑娟ꎬ赵雪ꎬ等.气吸精播机施肥量无线计量监测系统的研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１７ꎬ３９(３):８４－８８. [６]㊀李丹ꎬ耿端阳ꎬ马柄腾ꎬ等.玉米精密播种机性能监测系统研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１３ꎬ３５(１１):７１－７４.(下转第２０８页)ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＰａｔｈＰｌａｎｎｉｎｇｆｏｒＨａｒｖｅｓｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＰＣＡＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＸｕＮａꎬＺｈｏｕＷｅｉｍｉｎｇ(ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮａｎｙａｎｇ４７３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔａｒｇｅｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｖｉｓｉｂｌｅｆａｒｍｌａｎｄｌａｎｄｍａｒｋｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｍａｇｅｓｂａｓｅｄｏｎｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎａｌｙｓｉｓ(ＰＣＡ２ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ)ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｍｂｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍꎬｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｉｍａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｂｉｎｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ.ＩｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎬｗｅｕｓｅＰＣＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｅｘｔｒａｃｔｆｅａｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｓｅｇｍｅｎｔｅｄｉｍａｇｅꎬａｎｄｒｏｔａｔｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐｉｎｄｌｅｉｎｔｏｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇｓａｍｐｌｅｌｉｂｒａｒｙｔｏｍａｔｃｈ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｗｅｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｎａｖｉｇａ￣ｔｉｏｎｒｏａｄｓｉｇｎａｎｄｒｅｃｏｇｎｉｚｅｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｐａｔｈｓｉｇｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙꎬａｎｄｔｈｅｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｐｒｅｓｅｔｐａｔｈ.Ｉｎｏｒ￣ｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｅｒꎬａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｉｓｄｏｎｅｉｎｆｌａｔｏｐｅｎｆａｒｍｌａｎｄꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔꎬｕｓｉｎｇＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｓｕｃｃｅｓｓ￣ｆｕｌｌｙｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｉｇｎｓꎬｔｈｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｈｉｇｈꎬａｎｄｃａｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｔｈｅｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｍｏｄｅｒｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈａｒｖｅｓｔｅｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎꎻｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇꎻＰＣＡｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎻｔｒａｉｎｉｎｇｓａｍｐｌｅｓ(上接第２０３页)[７]㊀宋鹏ꎬ张俊雄ꎬ李伟ꎬ等.精密播种机工作性能实时监测系统[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１１ꎬ４２(２):７１－７４ꎬ７９. 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基于CBR的机械式大豆排种器设计重用技术
LIU Hongxin摇 ZHOU Xingyu摇 JIA Ru摇 FU Lulu
( College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Abstract: In order to reuse the design knowledge of mechanical soybean seed metering device, shorten the design cycle and reduce the design cost, the design reuse technology of mechanical soybean metering device was studied. It爷 s difficult to describe the design knowledge qualitatively and quantitatively of the traditional knowledge representation method of case鄄based reasoning ( CBR ) , such as frame representation, semantic network representation, predicate logic representation and so on. In order to realize the visualization, standardization and unification of design knowledge, the product design knowledge was described in the form of case matter element which contained case name, characteristic attribute and measure value. The method was beneficial to the effective use of design knowledge. In order to facilitate case storage and retrieval, the organization structure and case creation method of the design reuse were studied, Classification of basic hierarchy by seed鄄metering device category, and a case base was constructed which case model was corresponding to the case matter element, and some case relational matter elements were contained in the case base. This kind of organization structure was beneficial to the retrieval and reuse of examples, which made the restorage of cases follow the rules and provided convenience for the management and maintenance of the case library. At the same time, the components of the products were no longer isolated individuals, which fully reflected the overall characteristics of the products. In order to quickly retrieve the instance that met the design requirements from the case library, the characteristic property parameters of the instance were divided into basic parameters, matching parameters and evaluation parameters. The retrieval range can be reduced to a specific type and operation speed of seed metering device for retrieval by the selection of basic parameters. Similarity of cases was calculated by using improved nearest neighbor algorithm. The weight of the attributes of an instance can be determined by expert scoring or analytic hierarchy process ( AHP) method, which can reduce the
机器人学第六章(机器人运动学及动力学)
第六章 机器人运动学及动力学6.1 引论到现在为止我们对操作机的研究集中在仅考虑动力学上。
我们研究了静力位置、静力和速度，但我们从未考虑过产生运动所需的力。
本章中我们考虑操作机的运动方程式——由于促动器所施加的扭矩或作用在机械手上的外力所产生的操作机的运动之情况。
机构动力学是一个已经写出很多专著的领域。
的确，人们可以花费以年计的时间来研究这个领域。
显然，我们不可能包括它所应有的完整的内容。
但是，某种动力学问题的方程式似乎特别适合于操作机的应用。
特别是，那种能利用操作机的串联链性质的方法是我们研究的天然候选者。
有两个与操作机动力学有关的问题我们打算去解决。
向前的动力学问题是计算在施加一组关节扭矩时机构将怎样运动。
也就是，已知扭矩矢量τ，计算产生的操作机的运动Θ、Θ和Θ。
这个对操作机仿真有用，在逆运动学问题中，我们已知轨迹点Θ、Θ和Θ，我们欲求出所需要的关节扭矩矢量τ。
这种形式的动力学对操作机的控制问题有用。
6.2 刚体的加速度现在我们把对刚体运动的分析推广到加速度的情况。
在任一瞬时，线速度矢量和角速度矢量的导数分别称为线加速度和角加速度。
即BB Q Q BBQ Q 0V ()V ()d V V lim dt t t t t t∆→+∆-==∆ （6-1）和AA Q Q AAQ Q 0()()d lim dt t t t t t∆→Ω+∆-ΩΩ=Ω=∆ （6-2）正如速度的情况一样，当求导的参坐标架被理解为某个宇宙标架{}U 时我们将用下面的记号U A AORG V V = （6-3）和U A A ω=Ω （6-4）6.2.1 线加速度我们从描述当原点重合时从坐标架{}A 看到的矢量BQ 的速度AA B A A Q B Q B B V V BR R Q =+Ω⨯ （6-5）这个方程的左手边描述AQ 如何随时间而变化。
所以，因为原点是重合的，我们可以重写（6-5）为A AB A A B B Q B B d ()V dtB B R Q R R Q =+Ω⨯ （6-6） 这种形式的方程式当推导对应的加速度方程时特别有用。
扰种侧充槽盘式玉米精量排种器设计与测试
第42卷 第5期2023年9月Vol.42 No.5Sep. 2023，229~239华中农业大学学报Journal of Huazhong Agricultural University扰种侧充槽盘式玉米精量排种器设计与测试付浩1，张学军1，2，史增录1，2，程金鹏1，吴海峰1，王美静1，于永良31.新疆农业大学机电工程学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆智能农业装备重点实验室，乌鲁木齐 830052；3.新疆天诚农机具制造有限公司，铁门关 841007摘要 为提高玉米排种器的充种性能，设计了一种扰种侧充槽盘式玉米精量排种器。
以玉米籽粒尺寸参数为依据，提出了一种扰种侧充式取种结构，在充种的同时实现调姿扰种与导种，有效提升种群活跃度与充种时长，提高充种效率。
建立力学与运动学模型对排种器关键结构参数进行设计及取种原理分析，并采用EDEM 软件进行仿真分析明确扰种性能，在此基础上获得了影响排种器工作效率的关键因素：取种盘转速、槽孔深度、充种偏角，并以此为因素进行三因素三水平中心组合试验，建立了合格指数、漏播指数、重播指数的回归模型，分析优化得出在取种盘转速为28 r/min 、槽孔深度为8.2 mm 、充种偏角为67°时，优化模型预测的合格指数为94.32%、漏播指数为1.95%、重播指数为3.73%。
田间试验结果显示：合格指数92.97%、漏播指数2.14%、重播指数4.89%，符合优化模型预测结果，扰种侧充槽盘式玉米精量排种器的各项评价指标符合播种农艺要求。
关键词 精量排种器； 机械式排种器； 玉米； 侧充槽盘式； 扰种中图分类号 S223.2 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2023）05-0229-11玉米精量播种是指按照玉米播种农艺要求，以精确的粒数、间距将种子播入土壤中的种植技术［1-3］，具有提高作物产量、节省土地资源等优势［4-5］。
实现玉米精量播种技术的核心装置是精量排种器，其结构设计的合理性直接影响精量播种作业效果［6-7］。
交叉式玉米精量排种器的设计与试验研究
交叉式玉米精量排种器的设计与试验研究李 翠，郭呈成，郭金山，张克盛，李 俊（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃武威 733006）摘要：排种器是播种机上的关键部件。
为解决单圆盘气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下容易产生漏播等问题，该研究设计了一种交叉式玉米精量排种器。
通过分析排种器工作原理确定关键部件结构参数。
采用FLUENT仿真软件分析了型孔数量（44、54、64）对单盘和交叉盘排种器气室端面压强的影响，试验结果表明，交叉盘排种器比单盘排种器有更好的压强分布和气室压力。
对型孔数量为54孔的交叉盘排种器和单盘排种器进行试验验证，结果表明，所设计的交叉盘排种器排种性能良好和播种稳定性均优于单盘排种器，且各项指标均满足精量播种需求。
关键词：交叉式玉米精量排种器；设计；试验研究0 引言随着科学技术的进步和农业政策的加强，农业发展有了很大的增长和进步。
然而，粮食缺口仍然很大，特别是战略作物，这影响了国家经济，危及粮食安全。
自给自足只能通过保护现有的自然资源和达到最高的生产效率[1]。
玉米是最重要的粮食作物之一，在保障世界粮食生产安全和农业可持续发展方面发挥着重要作用[2-4]。
在粮食产量需求不断增加，但种植面积无法增加的背景下，只能通过提高单产率来提高整体产量。
玉米精密播种的农艺要求是保证株距和播深一致。
精密播种是指利用精密播种机，根据一定的农艺要求，使单粒种子精确地落在土壤中预定位置的过程。
结合甘肃河西走廊一带玉米种植要求，高速精密播种指作业速度大于10 km/h[5]。
排种器是影响高速精密播种性能的最重要因素之一。
根据其工作原理，排种器分为机械式和气力式[6]。
气力式排种装置由于它的高速运转速度高和机械损失率低被广泛应用，这就是高速精密排种的发展趋势，也是当今社会国内外学者关注的焦点和热点。
目前，许多专家学者正在对气力式精量排种器进行研究。
针对三种不同的作物，D.Karayel等[7]研究了三种不同直径型孔的排种盘的气吸式精量排种器，并建立了预测最佳真空负压值的模型。
机械式排种器
机械式排种器精密播种机是指那些能将单粒种子等距播种到土壤中预定深度的器具。
精密播种具有省种30% ~50%、省间苗工4 ~ 8个工/hm2、增产10% ~30%的优点,是中耕作物发展的必然趋势。
提高作业效率是精密播种机发展的重要一环,而精密排种器的性能优劣对精密播种机作业质量和效率的提高起着举足轻重的作用。
精密排种器按其工作原理可分为机械式和气力式。
其中,气力式排种器包括气吸式、气吹式气压式3种;机械式主要有窝眼轮式、圆盘式、指夹式等。
气力式排种器具有对种子适应强、损伤轻等优点;但其结构复杂,成本和技术要求高。
而机械式排种器,虽然结构简单,但存在着对种子尺寸要求严格,无法适应高速作业及种子破损率高等问题。
国外精密播种机主要向大型、高效、操作和控制电子化发展,排种器主要采用气力式。
我国目前还存在农业机械化水平、农民的收入及技术均不高的状况,因此研究设计、推广机械式精密排种器适合我国国情。
机械式精密排种器主要特点是结构简单,重力清种,破碎率低。
一．现有机械式精密排种器的结构及原理分析限制排种器排种频率提高的原因主要是在提高排种器转速时,充种率会下降。
现有精密排种器的充种方式有内充、侧充、外充、外充加侧充的复合充种等4种。
侧充的情形下,种子主要是依靠种子重力转化的横向作用力挤压进入型孔外充时,主要依靠种子重力充种,但是当排种盘转动时,种子所受的离心力对充种起不利作用,此外充的充种方式不利于排种频率的提高。
本研究设计采用内充的充种方式,充分利用其离心力和重力充种,从理论上保证了充种率的提高。
将型孔设计在紧靠排种盘内壁的位置,有利于单粒种子沿排种盘内壁下滑,对准型孔,顺利进入型孔,有利于充种率的提高。
此外,该排种器有效利用了圆周空间,在一周布置了尽量多个型孔。
上述两个重要的改进在理论上保证了新设计的精密排种器的排种频率能够得到提高。
同时,充分考虑了种子在排种器中的运动及受力情况,对关键部件的形状、尺寸及有关参数的设计提供了可靠的依据。
排种器参数优化试验研究
排种器参数优化试验研究
陈德阳;衣丰艳;贾倩
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2007(000)009
【摘要】以振动排种器为研究对象,选用弹簧倾角、激振频率、电压、电流4个参数,设计了4因素3水平的正交试验,建立了各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数两个指标随4个参数变化的回归方程.通过主因素分析找出了单因素对两个指标的影响较大的因素.同时,通过交互作用分析,找出激振频率和电压、弹簧倾角和电流、电压和电流的交互作用对两指标影响较大.最后,通过优化设计,找到了4因素的最优组合.
【总页数】3页(P168-170)
【作者】陈德阳;衣丰艳;贾倩
【作者单位】山东交通学院,汽车工程系,济南,250023;山东交通学院,汽车工程系,济南,250023;山东交通学院,汽车工程系,济南,250023
【正文语种】中文
【中图分类】S223.2
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基于序列图像的排种器性能检测方法
基于序列图像的排种器性能检测方法
胡少兴;查红彬;马成林
【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】2004(035)001
【摘要】通过分析序列图像的特点和种子目标的运动规律,提出了基于序列图像的排种器性能检测方法.包括种子的初速度确定、空间位置坐标变换、离开排种口的时间、图像采集间隔的求取、序列图像空间点的递推拼合、种子水平间距的确定,进而获得表征排种均匀度的各种特征量.实验证明,基于计算机视觉的排种器性能检测系统的结果可靠,检测速度快.
【总页数】5页(P52-55，64)
【作者】胡少兴;查红彬;马成林
【作者单位】北京大学视觉与听觉信息处理国家重点实验室,博士后,100871,北京市;北京大学视觉与听觉信息处理国家重点实验室,教授;吉林大学机械科学与工程学院,教授,130025,长春市
【正文语种】中文
【中图分类】S223.25;TP391.41
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新疆农机化２００8年第5期基于CCD摄像系统的机械式排种器动态特性研究王顺利，马蓉，胡斌（石河子大学机械电气工程学院，石河子832003）摘要：运用高速摄像技术,建立了精量排种器性能分析系统。
通过对拍摄动态图像的详细分析，提取运动种子的下落姿态和轨迹，确定了造成排种器漏播的部分因素。
建立合理的试验因素，得出最优的组合，检测精度满足使用要求。
实验表明，采用本文研究的系统进行精量排种器性能研究是可行的，具有实际价值。
关键词：高速摄像；排种器；分析中图分类号：S223文献标识码：A文章编号：1007-7782（2008）05-0015-03排种器的排种频率很高，实验中用肉眼或一般的观测难以监测清种过程。
20世纪80年代初有人采用频闪照相的方法记录排种过程，以至到后来采用光电检测或人工粘胶带测量，效果不够理想。
吉林大学利用高速摄像机对气吸式精密播种机的排种性能进行了研究，获得了比较好的效果。
为此，本文引入高速摄像技术[1-4]用于机械式精量排种器的清种性能检测研究，并综合应用数理统计、正交分析及精量排种理论等方法，对精密排种器的清种性能进行分析，确定影响清种的主要因素以及清种的彻底与否对重播指数的影响程度。
高速摄像能以10-3~10-15s之间的时间分辨率对快速过程进行照相记录，得到按时间发展为顺序的一幅幅图片，通过慢速放映，能再现被记录过程的运动或变形过程，笔者试图结合光电传感器检测装置与高速摄像技术，应用于精密排种器的性能检测，以提高排种器性能检测的真实性和可信性，探讨改善精密排种器性能的途径。
1检测系统组成和图像采集过程1.1硬件构成排种器试验平台是性能检测试验顺利进行的保证。
为此本文根据试验要求搭建了以下试验平台，具体包括PSD—8型鸭嘴点播排种器性能试验机、机械式棉花精量排种器、动力系统、电气监测板。
精量排种器高速摄像检测系统主要由计算机、图像采集卡、摄影机、照明装置等组成（图1）。
图1精量排种器高建摄像检测系统计算机采用个人笔记本电脑，CPU是Pentium Ⅳ1.8GHz，512M内存，32位总线。
高速CCD摄像机采用Photron公司生产的Fastcam-super10kc系列Super series model10000C，帧速为500FPS，显示尺寸为512×240，记录帧数为1092，记录时间为2.2S，回放帧速为250FPS/S，单位像素尺寸为7.4μm×7.4μm，传感器分辨率为658×496Pixels，灰度等级为256级，Gamma校正（0.4~1.0）。
镜头采用F1.8手动光圈，镜头焦距为手动三可变12.5-75mm焦距，快门速度为1/60s，镜头采用C-接口，工作温度为-10℃~+35℃。
1.2软件构成高速CCD摄像机[5]采用了半导体动态存储器导（DRAM），记录系统可工作在开机等待状态。
在此状态下，电荷藕合器件图像传感器以预置的拍摄频率连续不断地采集图像，并且持续地向存储器读入，而存储器不断用最新采集的图像覆盖存储器中最先存入的图像，高速摄像系统一旦接收到触发信号，则记录下写入DRAM的图像信息。
本次试验利用Blaster's MAS软件对利用高速摄像机拍摄下来的种子运动图片进行分析。
Blaster's MAS（Blaster's Motion Analysis Software爆破运动分析软件）最初是专门用于分析在爆破过程中采集到的物质运动图像的。
由于在爆破过程中，物质的运动速度极快，研究人员用肉眼不能清晰的收稿日期：2008-09-22基金项目：新疆生产建设兵团博士基金（Z D2007JC09）·开发研究·15．．DOI:10.13620/ki.issn1007-7782.2008.05.010新疆农机化２００8年第5期看到整个运动过程，所以可以通过高速摄像机拍摄整个运动过程，再通过这个运动分析软件对运动过程中发生的位移、速度和加速度等进行分析。
1.3图像采集过程采集运动种子图像时，首先要运行高速摄像机附带的主程序，进入主窗口。
接通图像传感器电源，进入图像实时采集窗口。
按下摄像机聚焦菜单。
启动装有种子的排种器，打开光照系统，调节摄像机焦距、光圈、平面镜的空间位置至图像显示区出现种子像为止。
再调节图像传感器快门和光照室照度，使显示区出现清晰种子图像。
最后按下采集菜单，输入采集的帧数，获取种子的序列图像。
经图像采集卡A/D 转换器将模拟信号变成数字信号，使输入的图像数字化为像素。
像素强度用灰度表示，灰度级为256级。
传给计算机内存后打开Motion Coder DDS窗口，把文件保存在计算机硬盘上，便于后续处理。
2精密排种器性能的图像分析2.1种子的下落姿态和轨迹高速摄像显示了试验中机械式精量排种器产生重播的图像，它是由许多因素产生的，包括排种器的速度变化、种子尺寸的变动、挡种板长度的不同等。
在此，只考虑清种对重播率的影响，研究种子在清种时的下落姿态。
通过处理高速摄像采集到的图片，发现大多数种子悬浮在排种器正上方，并被挡种板阻断送回种子群。
少数处于排种器边缘的种子下落轨迹包括以下两种情况：（1）种子靠挡种板反弹掉入下种盒。
种子在向心力和排种器空隙摩擦力的作用下，上升到最高处，然后靠重力自由下落，刚好落到挡种板的临界边缘上，受挡种板边缘反弹，落进下种盒造成双粒。
（2）种子直接通过挡种板和取种器的空隙进入下种盒。
可以看到，当排种器的速度增加时，种子在向心力的作用下上升的高度增加，在排种器空隙摩擦力的作用下，上升到最高处，然后靠重力自由抛落，直接顺利进入下种盒，造成双粒。
2.2挡种板优化设计后的清种效果当播种速度提高时，为降低重播率，必须解决清种造成重穴的因素。
对以上两种情况，改变挡种板的长度和形状，挡种板修改前、后的长度分别为230mm 与245mm；加长段折弯与水平面呈60°夹角。
挡种板修改如图2所示。
对挡种板长度和形状进行改进设计后，种子被挡种板边缘弹回取种区的临界位置。
图2挡种板优化示意图3用ADAMS建立分析模型3.1机械式排种器基础模型建立利用UG生成的装配模型通过.x_t文件导入到ADAMS/view中。
刚体之间用旋转副和接触副连接。
在ADAMS/view环境中的机械式棉花排种器单体如图3所示。
图3ADAMS中的机械式棉花精密排种器（有运动副）3.2运用ADAMS进行运动仿真分析对模型中的旋转副进行驱动，即可对棉花种子在单体排种器中的相对运动进行仿真。
通过观看仿真对画，可以直观地看到种子在排种器中的运动情况，即种子的清种和投种过程，以及下落种子与排种器部分构件干涉情况。
仿真中可以得到棉花种子质心随时间的位移轨迹、速度和加速度曲线，以及种子动态干涉和制作仿真过程的播放文件。
仿真中对棉花质心点的位移进行了模拟，其结果如图4所示。
种子从种箱下落到充种区做自由落体运动，随后在大量种子和排种器部件的碰撞力作用下位移出现无规律变化，种子滑到护种区和排种区后，由于取种器的作用，位移变化趋于平缓，棉花种子通过排种器内部特殊的夹取机构来保证合理正确的完成投种作业。
图4棉花种子位移模拟曲线图-棉种位移曲线图位移（mm）时间（t）棉种速度曲线图·开发研究·16．．新疆农机化２００8年第5期棉花种子质心点的速度和加速度曲线如图5、图6所示。
种子质心运动在x 、y 和z 方向上的合速度和合加速度都成不规则曲线形状，速度偏移量较大，加速度变化复杂。
棉种在进入排种区前速度变化由自由落体到大量种子的涡流旋转复合运动，进入排种区后，在x 、y 和z 方向上的合速度成正弦曲线形状，合加速度在进入排种区后，由于取种器的夹持作用，棉种和速度趋于稳定，所以加速度变化量微小，趋于恒定。
模拟分析结果与实际运动结果相一致，体现了用ADAMS/view 对精密排种器进行仿真分析的可行性和直观性。
仿真中没有考虑种子形状尺寸的不均匀性、种子在运动过程中的滚动以及土壤形状等因素，这种仿真只是对真实情况的简化和抽象，因为仿真运动是一种理想化的运动。
图5棉花种子速度模拟曲线图图6棉花种子加速度模拟曲线图4排种性能台架试验及分析为验证高速摄像给出的清种对排种性能的影响，继续对高速摄像试验采用的同一机械式鸭嘴棉花排种器，及早-12棉种，利用PSD —8型鸭嘴点播排种器性能试验机进行了台架试验。
试验在石河子大学农机性能实验室排种实验台上进行。
实验使用L8（4×22）正交安排实验，实验重复三次，取其平均值作为指标值，用合格率、漏播率作为排种器性能指标。
通过试验和分析统计发现，影响机械式棉花排种器合格指数和漏播指数的主要因素为行走速度，其次是挡种板长度和挡种板形状。
在试验的最优组合下进行重复试验，结果为合格率98.67％，漏播指数1.33％。
试验表明采用本系统进行精量排种器性能研究是可行的，具有实际使用价值。
5机械式精密排种器研究展望（1）以高速摄像和计算机图像处理[6]作为技术手段，成功解决了排种器清种性能检测的难点和关键性影响因素问题，通过实验证明基于高速摄像的排种器性能探索是可行的。
（2）通过高速摄像对排种器性能的检测，建立合理的试验因素，得出最优的组合，检测精度满足使用要求。
因此，采用本文研究的系统进行精量排种器性能研究是可行的，具有实际价值。
本系统还可以推广应用到机械式精量排种器投种过程分析中。
（3）根据排种器主要结构参数，确定排种器各个零件的尺寸，在CAD 环境中得到排种器整体零件图和装配图，进而建立三维模型，对其进行运动仿真和干涉检查，验证排种器的工作性能。
（4）应用ADAMS 软件对种子在排种器内的运动作动力学分析，分析其运动和受力与各参数间的关系，寻求最佳组合，再一步完善三维模型，对其进行运动仿真和干涉检验，验证应用优化参数组合所设计排种器的工作性能。
参考文献：[1]马旭，王剑平，胡少兴等.用图像处理技术检测精密排种器性能[J].农业机械学报，2001，32（4）：34—37.[2]金汉学.基于高速摄像技术的水稻芽播精密排种器研究：[硕士学位论文][D].吉林：吉林大学,2004.[3]廖庆喜，舒彩霞，田波平等.基于高速摄像技术的芦竹切割过程的研究[J].华中农业大学学报，2007，26(3)：415—418.[4]胡少兴，马成林，张爱武等.采用运动图像处理检测排种器充填性能[J].农业工程学报，2000，16(5)：56—59.[5]王军波，孙振国，陈强.高速CCD 摄像系统及其应用[J].实验技术与管理.2001.18(6)：16—23.[6]丁经纬.基于高速摄像法的流化床内颗粒运动特性研究：[硕士学位论文][D].浙江：吉林大学机械与能源工程学院,2003.（上接第14页）新疆新轴轴承有限公司根据自己多年生产轴承的经验，组织进行了加强密封的三角形带座外球面轴承开发研制，通过在轴承选型、密封结构的改进，满足了农业机械在恶劣条件下的工作要求，并可大大提高轴承的使用寿命。