摘要:机器视觉技术是果实目标识别与定位研究的关键。传统的目标识别算法准确率较低、检测速度较慢，难以满足实际生产的需求。近年来，深度学习方法在果实目标识别与定位任务中表现出了优良的性能。本文从数据集制备与果实目标识别模型两方面进行综述，总结了数据集制备相关的有监督、半监督和无监督3种方法的特点，按照深度学习算法的发展历程，归纳了基于深度学习的果实目标检测和分割技术的常用方法及其实际应用，轻量化模型的研究进展及其应用情况，基于深度学习的果实目标识别技术面临的问题和挑战。最后指出基于深度学习的果实目标识别方法未来发展趋势为：通过弱监督学习来降低模型对数据标签的依赖性，提高轻量化模型的检测速度以实现果实目标的实时准确检测。

摘要:针对传统蝙蝠算法全局搜索能力不足的问题，提出一种改进蝙蝠算法(IBA-FCS)，通过设计脉冲变频策略、自适应局部搜索策略和变异机制，有效提升了算法的全局搜索能力。基于经典测试函数的寻优结果表明，与粒子群算法、传统蝙蝠算法和其他改进蝙蝠算法相比，IBA-FCS算法具有更好的寻优性能。针对农业无人机的航迹规划问题，结合山地果园飞行环境的三维地形数据，构建了农业无人机安全航迹规划模型，设计了多因素约束的飞行成本函数；同时，将航迹规划模型的求解空间由笛卡尔坐标系变换到圆柱坐标系，进一步提升IBA-FCS算法的寻优效率，从而获取更好的航迹规划方案。仿真实验结果表明，在具有不同数量障碍物的多个飞行任务中，IBA-FCS算法较传统蝙蝠算法的飞行成本函数适应度平均下降20.3355%，并且基于圆柱坐标系的IBA-FCS算法求解的飞行成本函数适应度较基于笛卡尔坐标系的规划结果平均下降4.6127%。实地场景实验结果表明，基于IBA-FCS算法的规划方案能够收敛于最优航迹，进一步验证了山地果园静态障碍环境下应用改进蝙蝠算法和圆柱坐标系进行农业无人机安全航迹规划的可行性和有效性。

摘要:针对田间颠簸环境影响农业机器人采集实时稳定图像问题，提出了基于Harris和卡尔曼滤波的农业机器人田间稳像算法。首先，利用摄像头获取田间抖动视频图像序列，进行图像子区域划分并计算各区域灰度均方差，进而确定各区域Harris角点阈值；通过自适应角点阈值设置，增加角点距离约束，完成图像角点检测。然后，对检测出的角点进行光流跟踪，计算出帧间运动估计参数。最后，利用自适应卡尔曼滤波算法对运动估计参数进行平滑操作并动态调整滤波平滑性能，获得精确运动估计矢量。测试结果表明，改进后的Harris角点检测算法区域平均分布标准差减小；自适应卡尔曼滤波算法在保证平滑随机运动前提下，跟踪主动运动性能平均提升30.75个百分点；稳像后的图像峰间信噪比提升15.93%，单帧处理时间为25.66ms，满足农业机器人30f/s高速图像采集时同步稳像对实时性要求。

摘要:农业机械（农机）在多个地块作业，费用和效率有时需按地块统计，现有的农机监控系统仅能记录农机定位信息和作业状态信息，难以实现地块的自动精准划分。本文通过研究轨迹点属性特征，分析作业地块数量不确定性和轨迹点分布规律，采用基于密度聚类方法（Densitybased spatial clustering of applications with noise，DBSCAN）和分类器集成算法（BP_Adaboost）结合的方法划分地块。根据DBSCAN算法对农机轨迹点多数有效、识别错误集中的特点，结合BP_Adaboost算法挖掘多维度信息关联、容错能力强、分类效果好等优势，先利用DBSCAN得到初步的轨迹点状态类别，再利用BP_Adaboost算法建立训练模型对农机轨迹点状态精准识别，根据时间序列和类别标记划分地块。本文方法既解决了只依靠阈值和经纬度信息聚类不准确的问题，也减少了大量样本标记工作。利用该方法轨迹点状态识别准确率达96.75%，地块划分准确率为97.74%。

摘要:提出了多维度与全链条农机多机协同技术，实证检验了新型农业经营主体此技术采纳的影响因素，结果表明，技术有用性、技术易用性、技术成本、吸收能力、资源就绪度、竞争压力、外部支持对技术采纳具有显著的正向影响，标准化回归系数分别为0.411、0.399、0.208、0.175、0.290、0.407、0.156，技术有用性的影响最大，组织间信任对技术采纳影响不显著。组织吸收能力、外部支持在技术特性3个维度对技术采纳影响关系中均具有显著的调节效应；组织资源就绪度在技术易用性、技术成本对技术采纳的影响关系中起调节作用，在技术有用性对技术采纳的影响关系中无显著调节作用。提出了提升技术的实用化程度、推进信息化基础设施建设、强化政策支持力度、加强用户自身能力建设等对策建议。

摘要:针对大豆垄三栽培模式下播种机施肥开沟器土壤扰动影响种-肥、种-种的空间配置关系问题，设计了一种双锥环型种床整理装置。通过理论分析确定在典型东北黑壤土、含水率20%和仿形机构下拉弹簧刚度4.48N/mm条件下，双锥环型种床整理装置关键结构参数取值范围；应用三因素三水平正交试验方法，以作业速度、收土整形环母线长度和仿形下拉弹簧预伸长量为试验因素，选择种床平整度、垄顶5cm深度土壤坚实度变异系数、播种深度变异系数、种子横向偏移离散度和种肥间距合格率为评价指标，实施关键结构和运用参数组合优化试验及田间对比试验，结果表明：当作业速度小于等于14.4km/h、弹簧预伸长量为90mm、收土整形环母线长度为42mm时，增设该种床整理装置的播种单体可以实现种床平整度达6.22mm、垄顶5cm深度土壤坚实度变异系数达17.39%、播种深度变异系数达13.74%、种子横向偏移离散度7.65%、种肥间距合格率达87.86%，较未设置种床整理装置播种单体的播种深度一致性和种肥间距合格率分别提高19.71%和24.26%，种子横向偏移离散度降低44.02%。研究结果为大豆垄三栽培配套高速精量播种机的研究提供了参考。

摘要:针对油菜精量播种作业速度提高导致种子流检测精度下降的问题，设计了一种光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统，由光纤计数式传感器、核心控制模块、降压模块、无线通信模块和网页终端组成。阐述了光纤计数传感器的种子流检测原理，运用质点运动学理论构建了种子与导种管接触运动力学模型，明确了该传感器的响应时间。系统工作时，通过光纤传感器检测下落的种子流对光纤进行遮挡产生的电压信号，通过不同模块对信号进行降压、收集、传输并结合终端进行实时显示与储存。选用华油杂62油菜种子为试验材料，以六度空间振动台为试验平台搭载油菜精量排种器，以振动频率、种盘转速和工作负压为试验因素，各行排种量及各行排量一致性变异系数的相对偏差为评价指标，开展了传感器精度试验、检测系统性能试验及田间试验。试验结果表明：单、双粒检测试验结果相对偏差最大为3.67%；各行排种量的实际值与检测值的相对偏差不超过4.0%；各行排量一致性变异系数的相对偏差不超过1.0%。田间试验表明油菜种子的播种量检测相对偏差不超过8.0%，系统整体误差较小，可为进一步开展油菜精量播种作业质量评价系统研究提供参考。

摘要:针对小麦小区条播机排种系统智能化水平低的问题，本文基于差分定位原理设计了一套小麦小区条播机电控排种系统。该系统主要由北斗差分定位系统、STM32F4主控系统、锥体格盘驱动系统、离心分种驱动系统和人机交互系统等组成，主控系统采集北斗差分定位信息计算锥体格盘匹配转速，控制格盘电机和分种电机运转，并显示作业信息。通过正交试验法优选了离心分种器结构参数，建立了播种机车速和锥体格盘转速控制模型。试验结果表明：各行排量一致性变异系数为5.69%，均匀性变异系数为20.77%，验证了本电控排种系统的可行性。

摘要:针对我国马铃薯育种试验播种作业效率低，以及株距均匀性差导致的育种试验播种精确性无法满足育种要求等问题，设计了一种采用圆台格盘式排种装置的马铃薯育种试验播种机，使种薯从同一位置进行排种，从而提高株距均匀性。并以株距合格率和株距均匀性变异系数为评价指标，对种薯在排种、导种和落地后的运动状态进行了分析，得出影响上述指标的因素为拖拉机前进速度、格盘投种高度、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角；并基于旋转回归正交试验，建立了评价指标与影响因素间的回归模型，得出试验指标最佳时的因素范围；通过田间验证试验得出当拖拉机前进速度为0.14m/s、格盘投种高度为0.64m、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角为18.24°时，株距合格率为87.1%，株距均匀性变异系数为13.4%，各项性能指标均满足国家标准要求。

摘要:为实现蔬菜钵苗密植自动移栽，提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构，根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求，设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计，并对其进行了运动学分析，自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差，该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动，二级齿轮传动采用斜齿轮传动，每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验，得到试验和仿真取苗轨迹，并对比理论计算轨迹，三者轨迹基本一致，验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验，取苗机构的取苗成功率为95%左右，检验了机构样机性能。

摘要:为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题，基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构，通过预试验分析末端执行器的关键参数；选定了吸盘材料和颗粒填充物的种类，通过有限元仿真验证柔性仿形吸盘的仿形能力和吸附效果，并得到柔性仿形吸盘最优的开口直径。为明确吸附负压、双孢菇直径、柔性膜厚度、颗粒直径等因素对吸附力的影响，对所试制的末端执行器进行了拉脱力试验，结果表明拉脱力与吸附负压、双孢菇直径、颗粒直径均呈线性关系，与柔性膜厚度呈非线性关系。当末端执行器中柔性膜厚度为9mm、颗粒直径为20目的石英时仿形效果最好，并与标准真空吸盘开展了对比试验，试验结果表明同等吸附力柔性仿形吸盘所需负压更低。针对尺寸范围为25~50mm的双孢菇进行了采摘试验，柔性仿形吸盘的采摘成功率为98.5%，并对采后双孢菇进行了损伤检测，柔性仿形吸盘的采摘损伤率为2.5%。结果表明，所设计的柔性仿形采摘末端执行器具备适应性强、抓取稳定、损伤率低等优点，能够满足双孢菇自动化采摘需求。

摘要:针对我国雪茄烟叶种植苗床整理阶段工序繁琐、农艺要求高、工作量大、效率低且缺乏专用机具，现有其他作物的苗床整理机具主要适用沙壤土的作业环境且多采用被动起垄，在我国雪茄烟叶种植区域偏黏性土质工况下起垄效果差的问题，结合雪茄烟叶根系生长特点与苗床农艺要求，设计了雪茄烟叶可调式苗床起垄铺膜机，可实现旋耕、深施肥、起垄、铺膜和膜边覆土的一体化作业。根据起垄成形原理及垄形要求，确定了旋耕集土作业参数，对整形镇压辊进行了结构设计及力学分析，阐述了苗床高度调节原理，匹配了机具前进速度、旋耕集土起垄装置转速与整形镇压辊转速之间的速度关系，并结合地膜破损条件和膜边覆土影响因素，分析确定了压边轮和覆土圆盘的结构及工作参数。田间试验表明，作业后垄体的平均垄高为277.4mm、垄基宽为701.8mm、垄距为1230.2mm、垄沟宽为514.4mm，垄高、垄基宽、垄距及垄沟宽的稳定性系数均大于94%；两种工况下的平均膜边覆土宽度分别为71.7、75.6mm，稳定性系数分别为88.87%、87.00%，各项试验指标均满足雪茄烟叶种植要求。

摘要:针对当前玉米青贮收获机作业参数人工检测效率低、自动检测手段匮乏、检测参数间相互独立、难以支撑关联分析等问题，设计了基于CAN总线和虚拟仪器的玉米青贮收获机田间多参数检测系统。该检测系统由作业质量检测装置、机械部件工况检测装置、液压部件工况检测装置和上位机监测软件构成，可以实现发动机输出转速与扭矩、割茬高度、收获生产率、割台工作转速与扭矩、切碎辊工作转速与扭矩、抛送风机工作转速与扭矩、行走部件转速与扭矩、喂入部液压泵输出流量与压力等多种参数的系统性测量与综合分析，并结合现行标准用于玉米青贮收获作业的整机合格性评价。田间试验结果表明，多参数检测系统能够实现玉米青贮收获机作业参数的全面、动态、连续和稳定测量。其中，扭矩参数静态测量的最大相对误差在±0.5%范围内，空载工况下的试验组间均值差异性不大于0.75N·m，试验组内重复性测量最大极差为1.28N·m，最大变异系数为0.012；收获工况下的检测数据与实际工况始终保持一致，可以准确获取不同机器参数下的整机转速与扭矩动态变化趋势；液压流量参数测量的最大相对误差为1.13%，额定作业工况下的相对误差为0.53%；收获生产率参数测量的模型回归系数为0.89，平均相对误差为11.1%；割茬高度参数测量的最大相对误差为4.78%。玉米青贮收获机作业性能综合测试系统通信正常，数据采集稳定可信，有效降低田间检测复杂度，可为玉米青贮收获机的参数在线检测、适用性综合评价与整机设计优化等提供技术支持。

摘要:针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求，为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率，设计了一种浮动式夹持装置，阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析，明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型，并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数，明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素，以成功率和损伤率为试验指标，用Design-Expert软件进行试验数据分析，由Origin软件生成3D响应曲面，得到各因素对指标的影响次序。结果表明，当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2N/mm、83mm和520mm/s时，装置性能最优，夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证，试验与优化结果基本一致，满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。

摘要:针对长江流域油菜主产区普遍使用的履带式油菜联合收获机进行高密高产油菜收获时清选筛面脱出物易堆积，影响油菜籽粒透筛，导致清选损失率高和作业效率低的问题，通过分析清选过程中物料抛散运动规律，设计了筛面物料匀散导流装置，确定了影响清选系统作业性能的装置关键结构与作业参数。构建了清选系统CFD-DEM耦合仿真分析模型，采用二次回归正交组合试验方法，探究了导流杆摆动频率、导流杆转速、驱动关节滑槽倾角对清选损失率、清选含杂率的影响，确定了最优参数组合。仿真试验结果表明，各因素对损失率和含杂率均具有显著影响，其中以导流杆摆动频率影响最显著，最优参数组合为导流杆摆动频率12.5Hz、导流杆转速120r/min、滑槽倾角20°。基于优化后的参数进行台架试验，结果表明，在相同的大喂入量条件下，增设筛面匀散导流装置后清选损失率为3.97%，含杂率3.71%，对比原清选系统损失率降低49.8%，含杂率降低34.7%，能够满足高密高产油菜的低损高效清选作业要求。

摘要:针对油菜联合收获机旋风分离清选气流场分布存在死区，导致油菜脱出物分离不彻底，夹带损失率增加、清洁率降低等问题，提出了一种凸块扰流式旋风分离清选装置，通过旋风分离筒下锥段内壁螺旋间隔排列的圆柱磁块形成柱状凸起，扰动内部气流场。基于运动学与动力学分析开展了旋风分离气流场死区对油菜籽粒迁移的影响，分析表明气流场死区不利于杂余的分离；明确了凸块螺旋间隔排布方式，以旋风分离筒入口风速和吸杂口风速以及凸块排列的螺旋升角、间距、螺旋头数为试验因素，以清选装置清洁率、损失率为评价指标，基于自主研发的油菜联合收获关键部件试验台开展了单因素试验与Box-Behnken试验，建立了清洁率与损失率和影响因素之间的数学关系模型，得出了旋风分离清选装置最佳参数组合并开展了台架和田间验证试验。单因素试验结果表明，增加凸块扰流可提升旋风分离清选装置性能，当凸块采用4头均匀对称螺旋排布时，籽粒损失较少且清洁率较高；Box-Behnken试验结果表明，最佳参数组合为螺旋升角66.2°、凸块间距48.3mm、入口风速4.9m/s、吸杂口风速25.4m/s，在最佳参数组合下，清洁率与损失率的预测值分别为94.71%和3.58%，台架验证试验测得清洁率与损失率的实测值分别为93.87%和4.21%。田间试验表明旋风分离清选装置田间作业顺畅，清洁率与损失率分别为90.03%~92.78%和4.52%~5.07%。该研究可为油菜联合收获清选装置结构优化和改进提供参考。

摘要:针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下，药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题，基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则，建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型，并利用力学等价原则，对模型参数进行了求解。应用Fluent流体仿真软件建立罐内液体晃动仿真模型，并通过台架实验验证了其仿真结果能够反映真实的液体晃动冲击作用。应用Matlab/Simulink软件，建立等效力学数值解析模型，结合Fluent仿真结果对比分析了充液比为0.1、0.5、0.9时液体纵向晃动作用在容器壁的力矩变化规律，验证了所建等效模型的准确性。将所构建的等效力学模型应用于喷雾机垂向动力学特性分析，得到药液晃动和药液质量变化对整机行驶平顺性有较大影响且充液比为0.8时整机行驶平顺性较差的结论。

摘要:针对基于属性的联盟链应用访问控制模型可能存在拜占庭节点而导致属性信息、访问控制策略查询结果不可信的问题，结合猕猴桃溯源场景的实际需求，提出了一种基于PBFT的联盟链应用访问控制方案。该方案使用属性权威作为联盟链实体组织的属性证书颁发机构以及PBFT的查询验证节点，对访问请求内容生成签名并验证；属性证书中存储主体与权限相关的属性信息；基于PBFT对用户属性、数据属性、访问控制策略查询验证，确保访问控制过程的可信性。基于Hyperledger Fabric原型系统测试表明，当记账节点中的拜占庭节点少于节点总数1/3时系统能够正常运行；当交易发送率在100~1500TPS之间变化时，交易吞吐量在交易发送率达到300TPS后趋于稳定，平均时延在交易发送率达到400TPS后趋于稳定，满足联盟链猕猴桃溯源的应用需求。

摘要:植物电子病历(EMR)以结构化和非结构化的形式记录了大量关于疾病症状、环境特征以及诊断开方的信息，为病害的智能诊断提供了优质知识来源，但是其样本量少、公开数据集缺乏和多种类型数据并存的特点给相关研究带来困难。根据植物EMR多类型数据混合的特点，提出了一种基于BERT-MPL数据融合与注意力机制优化的作物病害诊断模型（BERT-MPL data fusion model based on attention mechanism，BM-Att）。首先采用BERT预训练语言模型抽取电子病历中非结构化部分的文本语义特征；其次通过one-hot编码和多层感知机（MLP）对结构化数据进行编码和向量维度的扩增；最后在特征融合阶段采用注意力机制强调关键特征，利用多层全连接层实现病害诊断。构建了番茄、黄瓜、生菜和西瓜4种作物的15种病害数据集验证模型的效果并进行消融实验，并且对比了CNN、RCNN、AttRNN、FastText、Transformer、BERT和ERNIE等处理文本数据的常见模型，以及BERT-ALEX、BERT-1dCNN、BERT-1dLSTM、BERT-1dAttLSTM、BERT-MLP、ERNIE-ALEX、ERNIE-1dCNN、ERNIE-1dLSTM、ERNIE-1dAttLSTM、ERNIE-MLP等不同数据融合策略。结果表明，BM-Att取得最优结果，在测试集的准确率、精确率、召回率和F1值宏平均值分别达到95.82%、96.38%、95.48%和95.85%，能够实现作物病害的有效诊断。在特征融合阶段添加注意力机制的策略将模型F1值宏平均值提高1.47个百分点，显著提升了模型对生菜霜霉病、西瓜线虫等小样本病害的分类效果。该研究可为电子病历数据挖掘及实现智能辅助病害诊断提供参考。

摘要:农业病虫害领域的意图识别和槽位填充研究仍处于起步阶段，除语料严重匮乏外，还面临任务相互独立、忽略彼此相关性和未充分利用意图嵌入信息等问题。为此，提出了一种基于意图嵌入信息和槽位门控机制的意图识别与槽-位填充联合模型(AgIG-IDSF)。首先，该模型在共享编码模块引入了注意力机制用于丰富上下文语义特征；其次，提出了一种融合意图嵌入表示和槽位门控机制的意图-槽位交互方法用以增强意图信息指导槽位填充任务的能力，进而提高模型的整体识别性能。在包含22个意图类别、10个槽位类别和11976条标注样本的自构建语料上进行了实验。结果表明，在该语料上AgIG-IDSF模型的意图识别准确率为94.41%，槽位填充F1值为94.01%，整体识别准确率高达88.07%，显著优于包含双向关联模型在内的多种基准模型，表明了该模型在识别农业病虫害意图与槽位方面的有效性。此外，在公共数据集上的实验结果还表明了该模型具有一定的泛化能力。

摘要:为实现对柑橘叶片病虫药害种类的快速精准识别，针对多种类柑橘病叶设计一种融合注意力机制（Attention mechanism）的双向门控循环单元-循环神经网络（Attention-bidirectional gate recurrent unit-recurrent nural network，Att-BiGRU-RNN）分类模型。该模型在编解码模块分别采用BiGRU和RNN结构，能够利用高光谱数据前后波段光谱信息的关联性，有效提取光谱信息的深层特征；根据不同波段光谱信息的差异性引入注意力机制动态分配权重信息，提高重要光谱特征对分类模型的贡献率，提升模型的分类准确率。获取6类柑橘叶片高光谱信息，构建实验样本集，利用Att-BiGRU-RNN、VGG16、SVM和XGBoost分别建立柑橘病叶分类模型，Att-BiGRU-RNN模型总体分类准确率（Overall accuracy，OA）平均可达98.21%，相较于其他3种模型分别提高4.71、10.95、3.89个百分点，对光谱曲线重合度高的除草剂危害和煤烟病叶片的分类准确率有显著提升。实验结果表明，深度学习方法可有效利用高光谱不同波段间的关联信息，识别准确率较机器学习方法有大幅提高，为柑橘病虫药害快速无损检测和防治提供了一种新方法。

摘要:针对田间秸秆覆盖分散、秸秆形态多样，细碎秸秆识别困难，传统图像识别方法易受光照、阴影等因素干扰等问题，本文以黑龙江省齐齐哈尔市龙江县为研究地点，构建田间秸秆图像数据集；对图像进行裁剪、标注后，构建了以U-Net为基础网络的秸秆检测模型。将编码阶段的网络结构换成ResNet34的前4层作为特征提取器，增加模型的复杂度，增强秸秆特征的提取；为增强秸秆边缘识别，在最高语义信息层对深层特征图使用多分支非对称空洞卷积块（Multibranch asymmetric dilated convolutional block，MADC Block）提取多尺度的图像特征；为增加细碎秸秆的检测能力，在跳跃连接阶段使用密集特征图金字塔网络（Dense feature pyramid networks，DFPN）进行低层特征图和高层特征图的信息融合，利用特征图对应秸秆图像中感受野的不同，解决秸秆形态多样的问题；为避免秸秆特征图在上采样时的无效计算，解码阶段使用快速上卷积块（Fast up-convolution block，FUC Block）进行上采样，避免秸秆特征图在上采样时的无效计算。试验表明，本文算法在车载相机采集到的秸秆图像数据集上平均交并比为84.78%，相比U-Net提高2.59个百分点，该网络对于640像素×480像素的图像平均处理时间低于3ms，符合作业检测时的时间复杂度要求，算法在一定程度上改善了阴影区域秸秆的识别问题，提高了细碎秸秆的识别能力。

摘要:反刍行为与奶牛生产、繁殖性能及疾病等因素密切相关，针对非接触式奶牛反刍行为分析受牛只自身运动或背景干扰等不足，提出改进FlowNet 2.0光流算法，首先计算垂直光流分量替代光流速度构建光流图，消除水平运动对光流分析干扰；其次设置光流阈值避免垂直光流中头部运动光流干扰；同步计算反刍区域面积阈值提取区域内光流数据，避免目标对象头部运动对反刍光流的影响；最后滤波拟合计算反刍曲线，确定曲线周期，增大波峰波谷差值，提升奶牛反刍咀嚼频次计数的准确性。以不同场景下20头奶牛的30段反刍行为视频为数据集，验证本文方法的有效性、鲁棒性与准确性，试验结果表明，改进FlowNet 2.0光流算法计算奶牛反刍咀嚼频次准确率为99.39%，相较于FlowNet 2.0光流算法准确率提升5.75个百分点。

摘要:奶牛的躺卧率可以反映奶牛的舒适度和健康情况，躺卧奶牛的个体识别是自动监测奶牛躺卧率的基础。本文提出了一种基于改进YOLO v4模型识别非限制环境下躺卧奶牛个体的方法。为实现对躺卧奶牛全天的准确个体识别，首先对18:00—07:00的图像采用MSRCP（Multi-scale retinex with chromaticity preservation）算法进行图像增强，改善低光照环境下的图像质量。其次，在YOLO v4模型的主干网络中融入RFB-s结构，改善模型对奶牛身体花纹变化的鲁棒性。最后，为提高模型对身体花纹相似奶牛的识别准确率，改进了原模型的非极大抑制（Non-maximum suppression, NMS）算法。利用72头奶牛的图像数据集进行了奶牛个体识别实验。结果表明，相对于YOLO v4模型，在未降低处理速度的前提下，本文改进YOLO v4模型的精准率、召回率、mAP、F1值分别提高4.66、3.07、4.20、3.83个百分点。本文研究结果为奶牛精细化养殖中奶牛健康监测提供了一种有效的技术支持。

摘要:猪只盘点是规模化养殖中的重要环节，为生猪精准饲喂和资产管理提供了依据。人工盘点不仅耗时低效，而且容易出错。当前已有基于深度学习的生猪智能盘点算法，但在遮挡重叠、光照等复杂场景下盘点精度较低。为提高复杂场景下生猪盘点的精度，提出了一种基于改进YOLO v5n的猪只盘点算法。该算法从提升猪只目标检测性能出发，构建了一个多场景的生猪数据集；其次，在主干网络中引入SE-Net通道注意力模块，引导模型更加关注遮挡条件下猪只目标信息的通道特征。同时，增加了检测层进行多尺度特征融合处理，使模型更容易学习收敛并预测不同尺度的猪只对象，提升模型遮挡场景的检测性能；最后，对边界框损失函数以及非极大值抑制处理进行了改进，使模型对遮挡的目标有更好的识别效果。实验结果表明，与原YOLO v5n算法相比，改进算法的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)以及漏检率分别降低0.509、0.708以及3.02个百分点，平均精度(AP)提高1.62个百分点，达到99.39%，在复杂遮挡重叠场景下具有较优的精确度和鲁棒性。算法的MAE为0.173，与猪只盘点算法CClusnet、CCNN和PCN相比，分别降低0.257、1.497和1.567。在时间性能上，单幅图像的平均识别时间仅为0.056s，符合实际猪场生产的实时性要求。

摘要:为解决限位栏场景下经产母猪查情难度大、过于依赖公猪试情和人工查情的问题，提出了一种基于改进YOLO v5s算法的经产母猪发情快速检测方法。首先，利用马赛克增强方式（Mosaic data augmentation, MDA)扩充数据集，以丰富数据表征；然后，利用稀疏训练（Sparse training, ST）、迭代通道剪枝(Network pruning, NP)、模型微调(Fine tune, FT)等方式重构模型，实现模型压缩与加速；最后，使用DIOU_NMS代替GIOU_NMS,以提高目标框的识别精度，确保模型轻量化后，仍保持较高的检测精度。试验表明, 优化后的算法识别平均精确率可达97.8%，单幅图像平均检测时间仅1.7ms，单帧视频平均检测时间仅6ms。分析空怀期母猪发情期与非发情期的交互行为特征，发现母猪发情期较非发情期交互时长与频率均显著提高(P<0.001)。以20s作为发情检测阈值时，发情检测特异性为89.1%、准确率为89.6%、灵敏度为90.0%，该方法能够实现发情母猪快速检测。

摘要:针对鸡只呼吸困难这一早期呼吸道疾病显著症状难以检测的问题，提出一种基于YOLO v5与短时跟踪的鸡只呼吸道疾病早期检测方法。对YOLO v5算法进行锚框自适应设置与CIoU Loss (Complete IoU Loss)应用等特定优化后，用于群鸡复杂环境中准确识别鸡头目标并检测是否为张口状态。根据鸡头坐标框交并比实现鸡头目标短时跟踪并获取不同鸡头的短时动作序列，再对动作序列进行分析，判断张口-闭口组合出现的频率，动态检测是否存在鸡只呼吸困难情况。实验结果表明，改进YOLO v5算法检测鸡头目标的mAP为80.1%，张口检测准确率为67.3%，闭口检测准确率为92.8%，基于时间序列的呼吸困难行为检测方法的识别准确率为91.8%，召回率为75%，精准率为67.9%，可为群鸡养殖环境中的鸡只早期呼吸道疾病检测提供参考。

摘要:对图像中的鱼类目标进行分割是提取鱼类生物学信息的关键步骤。针对现有方法对养殖条件下的鱼类图像分割精度较低的问题，提出了基于目标检测及边缘支持的鱼类图像分割方法。首先，设计了基于目标检测的完整轮廓提取方法，将具有完整轮廓的鱼类目标从图像中提取出来作为分割阶段的输入，使得整幅图像的分割问题转化为局部区域内的分割问题；然后，搭建Canny边缘支持的深度学习分割网络，对区域内的鱼类实现较高精度图像分割。实验结果表明，本文方法在以VGG-16、ResNet-50和ResNet-101作为主干网络的模型上的分割精度为81.75%、83.73%和85.66%。其中，以ResNet-101作为主干网络的模型与Mask R-CNN、U-Net、DeepLabv3相比，分割精度分别高14.24、11.36、9.45个百分点。本文方法可以为鱼类生物学信息的自动提取提供技术参考。

摘要:为探究我国农业用水可持续状况，从淡水资源作为一种关键自然资本的角度出发，结合三维水足迹、降尺度行星边界和脱钩分析等方法，计算并分析了31个省级行政区1998—2020年农业水资源利用的时空变化。结果表明，我国农业用水状况整体良好，但区域间农业水资源利用可持续状况差异较大。降水量少或社会经济用水多的华北、华东和西北地区农业水资源供需矛盾较为突出，降水丰腴的西南和华南地区农业水资源可持续状况较好。在居民节水意识增强和政策约束的情况下，北京、河北、山西和上海的农业用水可持续状况呈变好态势；在降水年际差异大和农业用水占比变化的影响下，辽宁、江苏、山东、河南和甘肃的农业用水可持续状况呈突变型，存量和流量间占用关系无明显变化规律。浙江表现出最好的农业水-经济关系类型，北京则相反；2014年后北京和上海高频出现了最差的农业水-经济类型6，经济发展与资源环境间矛盾愈发严峻。研究可为农业用水及种植业规划提供参考。

摘要:探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划，缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年（1971—2020年）逐日气象资料，采用FAO推荐的Penman-Monteith 公式计算作物需水量，并分析降水对主要粮食作物（冬小麦和夏玉米）灌溉需求时空特征的影响。结果表明：在降水丰水年(25%)，冬小麦作物灌溉需求指数IRI以0.50~0.75区间的高度灌溉需求分布区为主，夏玉米则以0.25~0.50区间的中度灌溉需求分布区为主，分布面积比率分别为研究区的92%、86%；在平水年（50%），冬小麦IRI以大于0.75的极高灌溉需求分布区为主，分布面积比率占56%，夏玉米仍以0.25~0.50的中度灌溉需求分布区为主，但分布面积比率扩大至100%；在枯水年（75%），冬小麦极高灌溉需求分布面积比率增大至97%，夏玉米则以0.50~0.75的高度灌溉需求分布区为主。降水量是影响IRI的主控因素，随降水量的增大，不同区位IRI均呈直线下降趋势，但对降水量变化的敏感性存在较大差异，其中，冬小麦以燕山山前平原、太行山前-冀中平原、中部-冀中平原和滨海平原最为敏感，降水量每增大100mm，IRI降低0.14，夏玉米则以中部-冀中平原最为敏感，降水量每增大100mm，IRI降低0.26。不同区位冬小麦和夏玉米IRI均服从正态分布，但随降水量变化，分布参数变化明显。

摘要:为探究压力补偿滴头流动阻力产生的主要部位、变化及对滴头流量的影响，采用基于雷诺平均维纳-斯托克斯(RANS)模型的瞬态和稳态流固耦合计算方法，模拟研究了压力补偿滴头流体与弹性片之间的相互作用，分析了工作压力0~300kPa范围内弹性片变形、流动阻力与流量之间的关系。结果表明：数值模拟能够准确预测一定工作压力范围内压力补偿滴头的流量，不同工作压力下滴头流量模拟值与实测值的平均误差为12.32%。弹性片的变形经历快速变形、缓慢变形和长期微小变形3个阶段。随着弹性片变形程度增加，迷宫流道压力损失占比逐渐减小，压力补偿腔和副流道压力损失明显增加。流动阻力主要发生在迷宫流道、弹性片与凸台之间，弹性片接触凸台前，流动阻力主要取决于迷宫流道的能耗，滴头流量随工作压力的增加而增长。弹性片接触凸台后，流动阻力为工作压力的线性函数，滴头流量在一定压力范围内保持恒定；主流道结构影响压力补偿滴头的最小补偿压力，副流道结构对压力补偿滴头的流量调节作用具有重要影响。

摘要:为探讨华北典型轮作农田蒸散（ET）变化规律，以山东禹城试验站冬小麦-夏玉米（麦-玉）轮作田为研究对象，基于涡度相关技术实测的8年观测数据与增强回归树方法，分析了农田ET逐日变化特征及其对环境因子的响应。结果表明：研究时段内逐日ET变化范围在0~9.6mm/d之间，且不同阶段（小麦季、玉米季和农闲期）ET总量存在较大差异。一般而言，每年小麦季ET的峰值和总量均明显高于玉米季，而农闲期ET占全年ET总量的比例不足4%。净辐射是影响麦-玉轮作田不同阶段ET变化的首要因素，对各阶段ET的贡献率由高到低依次为小麦季（81.4%）、玉米季（52.7%）、农闲期（36.8%）。除净辐射外，其他环境因子对ET的影响则具有阶段性差异。饱和水汽压差对小麦季和玉米季ET存在一定的影响，而土壤含水率和风速对农闲期ET的贡献率相对较高。研究可为变化环境下农业水资源高效利用以及作物模型优化等提供科学依据。

摘要:为探究南疆地区棉田休闲期土壤水热盐运移过程及适宜的冬春灌盐分淋洗策略，基于当地棉田测坑连续两年作物休闲期（2019—2020年、2020—2021年）0~80cm的土壤水、热、盐监测数据，对SHAW模型进行率定和验证；并设置64个冬春灌情景，包括8个冬灌定额（0、600、1200、1800、2400、2700、3000、3600m3/hm2）和8个春灌定额（0、300、600、900、1200、1800、2100、2400m3/hm2），进一步模拟了不同冬春灌组合模式下休闲期的土壤水热盐运移规律。结果表明： SHAW模型能够较可靠地模拟南疆地区休闲期冻融土壤水热盐运移规律。其中，土壤温度的模拟精度最高，不同土壤深度R2均不小于0.95；而土壤含水率和含盐量受到土壤水分相变的影响导致模拟精度稍差，最小R2分别为0.61和0.73。不同冬灌处理在冻结期未冻水含量大幅降低，冬灌定额越大的处理，未冻水含量越少。冬灌水量越大，冻结期表层土壤温度变化幅度越小，且至融化期土壤增温缓慢，但春灌后不同处理的温度差别减小。土壤表层含盐量在灌水后显著降低，而在冻结过程中出现明显的上升现象，且深层土壤盐分上升明显滞后于表层土壤。土壤冻结水融化后对表层土壤盐分进行了二次淋洗，因此补充少量的春灌便可显著降低土壤表层含盐量，满足棉花出苗期的盐分要求。综合考虑南疆地区水资源现状及不同冬春灌组合模式对播前土壤水热盐的影响，推荐采用的节水灌溉模式为冬灌+少量春灌造墒，适宜灌水定额为冬灌2250m3/hm2、春灌300m3/hm2。提出的冬春灌组合盐分淋洗模式可为南疆地区农业水资源可持续利用和土壤次生盐渍化治理提供理论依据。

摘要:土壤质地的空间分布对指导土壤改良、灌溉排水管理及水土资源合理利用等具有重要意义，而克里金插值方法尽管应用广泛，但往往会产生平滑效应，即高值低估和低值高估。本研究针对河套灌区土壤颗粒组成，使用不同的对数比转换方法处理其成分数据特性，通过普通克里金法对转换后的数据进行空间插值，同时基于邻近点特征构建插值点残差估算的误差反向传播（BP）神经网络（BPNN）模型，并对插值结果的平滑性进行分析评估和校正探究。河套灌区的应用结果表明，不同对数比转换方法对克里金插值的平滑效应作用程度不同，其中等距对数比转换（ILR）的改善效果最显著，与直接使用普通克里金插值相比，黏粒、粉粒和砂粒的极差平滑率分别减小5.8%、33.8%和45.6%，标准差平滑率分别减小38.6%、53.9%和60.2%。进一步使用BPNN模型校正后的土壤颗粒组分插值平滑性显著降低，其中极差平滑率降为0，标准差平滑率仅为0.03~0.07；同时插值误差有一定减小，其中黏粒、粉粒和砂粒的均方根误差分别减小19.8%、21.0%和14.6%。本研究提出的基于对数比转换（ILR）和误差反向传播（BP）神经网络模型联合处理方法（ILR-BP）不仅可以很好地削弱克里金插值的平滑效应，同时能够有效提高插值精度。根据校正结果，河套灌区土壤质地类型主要包括砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土和粉壤土，灌区中部和西部主要是偏砂性土壤，壤土主要集中分布在中西部、东北部和东南部，粉壤土主要分布在北部和南部接近黄河的地区。基于ILR-BP校正模型的克里金插值结果，更能反映真实的土壤质地空间特征，为河套灌区的水土资源合理利用提供了基础参考资料。

摘要:为确定合理的塑料大棚通风口配置及通风形式，提高大棚夏季降温效果，采用试验和CFD模拟相结合的方法，对两种通风口配置（两侧底部、两侧底部+顶部）和两种通风口形状（水平卷膜、垂直卷膜）大棚内的夏季6—7月温度和气流场特征进行了研究。模型经过实测验证，气温模拟值与实测值变化趋势基本吻合，均方根误差1.27℃、平均相对误差分别为3.7%。结果表明：与仅有两侧底部通风相比，两侧底部和顶部通风配置明显提高降温效果，番茄冠层高度昼均温、升温速率分别降低0.4~2.1℃和0.4℃/h，通风率增加50%，温度、气流分布均匀度提高；与顶部水平卷膜通风相比，垂直卷膜通风大棚内冠层昼均温、升温速率分别降低0.2~1.2℃和0.2℃/h，通风率提高20%，但温度、气流的空间分布均匀性稍差。综合比较，同时采用两侧底部加顶部垂直卷膜通风的大棚通风降温效果明显。

摘要:针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主，移动式热解设备结构复杂，难以实现秸秆田间炭化还田等问题，基于秸秆内热式低氧炭化原理，建立自供热反应系统，研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件，集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术，研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后，进行了静态调试试验，结果表明：该设备原料处理量为50kg/h，炭得率为21%，系统能量利用率74.6%；排放烟气中NOx质量浓度为184mg/m3，SO2质量浓度为26mg/m3，颗粒物质量浓度为17.8mg/m3，达到烟气排放要求；生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能，为秸秆还田提供支撑平台。

摘要:为缓解水产品线上撮合交易效率低、交易双方隐私信息泄露和商品信息造假安全漏洞多、平台监管成本高等问题，针对水产品撮合交易多属性匹配的特点，提出一种基于区块链的水产品撮合交易模型，将水产品的交易过程转移到区块链上，实现水产品交易的去中心化可信、不可篡改性，并使用改进的蚁群算法对撮合交易模型进行寻优求解，最大化匹配精度和效率。以Hyperledger Fabric为底层架构搭建实验环境，实现原型系统，测试该模型的有效性。结果表明，基于区块链的撮合交易模型可以满足水产品交易双方和交易平台在成本、效率、安全性方面的需求，当2h内累计提交系统的供需单数量小于1626时，不超过模型规定的交易匹配时间上限，撮合交易系统可以正常运行，该数据量基本能够满足B2B平台线上交易量的需求。

摘要:为解决鲜食葡萄采摘、收集和运输过程中的损伤问题，设计了鲜食葡萄袋中袋包装装置，采摘作业时与机械臂协同工作，通过袋中袋包装避免损伤，包装完成后葡萄可直接落入收集筐，提高鲜食葡萄机械采收效率。首先，基于葡萄表面硬度、质量损失率、表面破裂指数和穿刺破裂力等损伤指标，确定袋中袋包装装置最佳充气气压为4kPa，通过撑袋过程袋中袋受力分析与袋口形状分析，确定吸盘直径、撑袋距离和同侧吸盘距离为30、125、95mm；然后，建立葡萄果实图像大小与充气时间关系模型，自动调节充气时间，保证不同大小的葡萄在充气包装完毕后都能达到最优的保护效果。最后，以巨峰葡萄为试验对象，试验结果表明无损收集成功率为95%，平均包装时长为28.4s，最大气压偏差为0.2kPa，平均气压偏差率为1.1%，平均损伤破裂率为1.5%，平均脱粒率为0.2%，包装效率为126串/h。袋中袋包装装置作业性能稳定，鲜食葡萄无损包装成功率高，避免了损伤，确保了新鲜度，提高了采摘收集效率。

摘要:实蝇侵染柑橘流入市场会造成巨大的经济损失，因此需要在商品化处理阶段对其全面筛除。针对柑橘在实蝇侵染早期没有明显外部特征，人工抽样检测效率低、筛除难的问题，探索了在生产线上同时搭载农业X光机与RGB相机进行无损检测的可行性，提出了基于X-ray（X光）和RGB图像的多模态数据融合方法，建立了CNN-LSTM检测模型，实现了实蝇侵染柑橘高精度无损检测。模拟了柑橘在生产线上滚动并被拍摄6幅X-ray和RGB序列图像的过程，构建了实蝇侵染柑橘的多源数据集，融合了不同模态的实蝇侵染特征信息，提升了实蝇侵染柑橘检测模型的检测能力，并对比了ResNet18-LSTM、GoogleNet-LSTM、SqueezeNet-LSTM、MobileNetV2-LSTM轻量化检测模型，验证了多模态数据融合方法的有效性。研究结果表明，提出的多模态数据融合实蝇侵染柑橘方法比单模态检测方法检测性能更加优异，其中ResNet18-LSTM检测准确率最高，多模态的图像融合和特征融合方法检测准确率分别达到97.3%和95.7%，单模态X-ray和RGB检测方法准确率分别为93.2%和89.3%。本研究可为实蝇侵染柑橘在线无损检测技术与装备的研究提供理论支撑。

摘要:针对蓝莓果蝇虫害分类识别存在效率低、准确度差等问题，采用深度学习方法对采集的蓝莓高光谱图像进行数据处理与分析，以实现蓝莓果蝇虫害的无损检测。首先蓝莓高光谱图像采用PCA进行降维，优选数据集PC2与PC3并进行拼接得到最佳数据集PC23，对数据集中图像进行旋转90°、旋转180°、模糊、高亮、低亮、镜像和高斯噪声共7种增强操作，使各数据集容量扩增为原始容量的18倍。然后采用VGG16、InceptionV3与ResNet50深度学习模型对蓝莓果蝇虫害图像进行检测，均取得了较高的识别准确率。其中ResNet50模型效率最高，且ResNet50模型的准确率最高，达到92.92%，损失率最低，仅有3.08%，因此ResNet50模型在蓝莓果蝇虫害无损检测方面整体识别效果最佳。为了进一步提高蓝莓果蝇虫害无损检测性能，从ECA注意力模块、Focal Loss损失函数与Mish激活函数3方面对ResNet50模型进行了改进，构建了改进的im-ResNet50模型。得出im-ResNet50模型识别准确率达95.69%，损失率为1.52%。试验结果表明, im-ResNet50模型有效提升了蓝莓果蝇虫害识别能力。采用Grad-CAM分析了im-ResNet50模型可解释性，能够快速、准确地无损检测蓝莓果蝇虫害。

摘要:针对绳索传动系统中的非线性摩擦、驱动线伸长及关节间耦合效应导致的连续体机器人控制精度较低的问题，提出了一种考虑非线性摩擦的连续体机器人误差补偿方法。基于虚功原理构建包含关节间耦合作用的连续体机器人静力学模型，分析不同预紧力、不同包角等参数对绳-轮传动系统力传递效率的影响规律，并基于改进的Capstan方程建立包含绳索弯曲刚度及非线性摩擦的力传递模型，提出一种基于力传递模型的驱动误差补偿方法，通过运动实验对所建模型及控制方法进行验证。结果表明，补偿前后连续体机器人运动控制精度得到明显提高，平均位置误差由补偿前5.94mm降低至补偿后3.15mm，补偿率达46.97%。

摘要:为了降低机构性能对输出刚度不确定因素的敏感程度，提出一种考虑输出刚度不确定性的柔顺机构拓扑优化设计方法。采用区间模型描述输出刚度的不确定性，利用多项式混沌展开式（Polynomial chaos expansion, PCE）和Smolyak稀疏网格积分法计算随机响应统计矩，以机构输出位移的期望值最大化和标准差最小化为目标函数，以机构结构体积为约束，建立考虑输出刚度不确定性的柔顺机构稳健性拓扑优化模型，采用移动渐近线优化算法更新设计变量。夹持器和咬合机构数值算例验证提出设计方法的有效性，与确定性拓扑优化结果比较，稳健性拓扑优化设计获得的柔顺机构构型有所不同，机构的输出位移标准差减小，有效地降低机构对输出刚度不确定性的敏感程度。随着加权系数增大，获得的柔顺机构输出位移标准差和期望值减小。随着不确定输出刚度幅值增大，获得的柔顺机构输出位移标准差增大，并且输出位移期望值有所减小。

摘要:针对机械臂关节刚度辨识的测量构型提出了新的优化方法和实验设计思路。首先，综合考虑机械臂形位以及载荷矢量对刚度辨识的影响，采用参数κ－1F(A)作为测量构型评价指标。在此基础上，通过合适的模拟退火优化算法得到基于κ－1F(A)的最优测量构型。基于设计的多向加载装置实现了载荷的优化加载。实验结果表明，与典型评价指标κ－1F(J)相比，κ－1F(A)的最优化测量构型能更好地克服多种测量误差影响，补偿后末端位置精度提高29.59%，最大位置误差降低32.71%。可应用于实际工业环境中的串联机械臂刚度标定。

摘要:串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节，有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动，弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题，提出了一种渐开线齿面弹性器件，建立了传动力学模型，并对器件的弹性-刚性传动过程进行了动力学分析与仿真，研究轴心装配偏差对渐开线齿面啮合滑动率与接触面接合冲击的影响，通过对弹性器件安装倾角参数优化保证了传动件转动刚度变化率最小，有效控制了弹性传动过程中的转矩波动。最后对器件进行了下肢外骨骼驱动关节工程验证和传动静特性实验，结果表明，轴心装配偏差会导致接触面接合时转矩激增，当偏差在0.05mm内时（渐开线齿面啮合滑动率最大为0.0065），与平面矩形弹性器件相比，转矩激增值平均降低43.55%。

摘要:基于永磁弹簧、滑轮组和类行星轮系结构提出了一种新型的绳索驱动变刚度机器人肘关节。阐述了关节中应用的原理和样机整体结构设计。利用模型间静力学关系和雅可比矩阵推导得到关节的刚度模型，并给出了关节刚度随磁弹簧刚度和关节位置变化规律。以变刚度关节的动力学模型为基础，设计了变刚度肘关节的刚度与位置解耦控制器。通过变刚度关节的刚度和位置解耦验证实验，验证了解耦控制器的准确性。通过轨迹跟踪实验,给出了关节刚度变化对关节位置控制的影响规律。本文提出的绳驱变刚度肘关节具有更轻的质量与结构，较好的刚度变化性能与运动精度。

摘要:为改善锥形缸体球面配流副油膜润滑特性，提出一种多弧槽球面配流副结构，并采用遗传算法对多弧槽球面配流结构进行多目标优化。首先，对多弧槽球面配流副进行理论建模，采用有限容积法对油膜压力控制方程进行离散化，利用环形三对角矩阵算法（CTDMA）求解球面配流副压力分布；然后，对多弧槽球面配流副承载特性进行仿真，分析球面配流副不同弧槽结构下的油膜厚度分布及压力分布规律；最后，以缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩为优化目标，利用多目标遗传算法优化多弧槽球面配流副的结构参数。结果表明：多弧槽结构可提升球面配流副油膜承载能力，弧槽结构最小膜厚下降3.1%~4.0%，弧槽结构最大压力显著提高，最大增幅为16.3%；同时可有效降低泄漏量、摩擦转矩，优化后综合目标性能提升10.5%，缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩分别下降5.1%、8.1%和5.9%，有效提升了球面配流副润滑性能。

摘要:为解决盘配流和轴配流低速大扭矩水液压马达配流副存在的磨损和泄漏问题，提出一种新型阀配流结构的低速大扭矩水液压马达，柱塞配流通过配流凸轮控制配流阀的通断实现。研究柱塞运动学规律和马达输出扭矩形成，揭示配流阀推杆位移、阀芯通断、柱塞进回液间的对应关系，分析马达角排量波动随转角、结构设计参数K的变化规律，当结构设计参数K为0.13时，马达输出扭矩波动率为6.59%。在AMESim中建立了配流阀及单柱塞配流过程的仿真模型，分析配流阀的工作特性及单柱塞动态配流性能，工作中配流阀产生最大压降为0.08MPa，进/回液配流阀无高低压串液。为验证阀配流结构在水液压马达中的工作性能，建立阀配流单柱塞试验台，并研究不同工况下的配流工作特性。试验结果表明，配流阀在马达转速0~60r/min、压力0~21MPa的工况下稳定配流，进液阀口压力在柱塞腔进回液转换时存在瞬间小幅压力波动，但对配流过程基本无影响，阀配流结构能够满足曲轴摆缸式马达柱塞的配流需求，为低速大扭矩水液压马达的配流提供了思路。