摘要:棉花作为重要战略与经济作物，在农村劳动力结构性短缺、生产成本持续升高的背景下，推进其生产全程机械化，对提升产业竞争力、保障国家棉花安全具有迫切现实意义。本文分别从耕整地、播种、田间管理、收获及残膜回收 5 个关键环节出发，系统梳理了国内外相关技术与装备的发展现状、典型机型、结构特点与性能。指出我国棉花生产虽已基本实现全程机械化，但仍面临核心装备性能与可靠性不足、关键部件依赖进口、土壤 - 机器 - 作物互作机理等基础研究薄弱、装备智能化水平不高、各区域机械化发展不均衡等问题。提出应聚焦采收、播种、田间管理、残膜回收等薄弱环节，突破关键核心技术;加强基础研究与前沿技术融合;推动基于北斗导航、多源信息感知与智能决策的精准作业系统应用，构建智慧生产体系;并制定区域差异化发展策略，推动中小田块适用装备研发与社会化服务模式创新。

摘要:针对新疆地区机采棉田遗留棉回收装置捡拾率低的问题，结合新疆棉田种植模式及遗留棉机械捡拾的作业要求，设计了一种皮条 - 弹齿式遗留棉回收装置。阐述了该装置的结构组成和工作原理，对其关键部件捡拾滚筒进行了作业过程分析和关键参数设计。根据设计结果试制了样机，以遗留棉的落地棉捡拾率、枝上棉捡拾率为试验指标，以机具作业速度、捡拾滚筒转速和捡拾皮条间距为试验因素，进行了三因素三水平 Box-Behnken 响应面分析试验，并通过 Design-Expert10.0 软件建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型，分析了显著因素对评价指标的影响规律，优化了试验参数，确定最优参数组合：机具作业速度为 0.7m/s、捡拾滚筒转速为 260r/min、捡拾皮条间距为 120mm 时，落地棉捡拾率为 90.01%、枝上棉捡拾率为 89.76%, 各项性能指标均达到了设计要求。

摘要:针对长江流域麦后棉耕整、播种模式中的农机装备急缺现状，提出一种旋耕灭茬、起垄和精量播种多功能于一体的联合作业模式，并设计了垄体成型装置 (起垄装置主要包括船式起垄侧板、仿形上垄板、仿形上垄板连接机构和整型辊)。首先测试了长江中下游地区麦茬、土壤、旋耕刀的力学参数，并建立了离散元仿真模型;其次基于离散元仿真中旋耕机的抛撒情况，以降低土壤 - 部件间的磨损为目标，分别设计了船式起垄侧板和仿形上垄板，并根据力学分析和垄体农艺要求设计了仿形上垄板连接结构和整型辊;进而以离散元法 - 多体动力学耦合仿真的技术方法对所设计的垄体成型装置进行仿真验证，与此同时提出磨损寿命计算方法，耦合仿真结果表明，船式起垄侧板最低磨损寿命预测值为 2577.8h, 垄体成型装置成垄稳定性系数为 98.4%;最后进行田间试验，田间试验与耦合仿真试验磨损位置一致，最低磨损寿命为 2430h, 与仿真相差 5.7%, 垄体成型装置成垄稳定性系数为 92.26%, 与仿真相差 6.2%。后期田间出苗效果满足长江流域麦后棉花直播作业要求。本研究方法可为起垄装置、触土部件的设计与优化提供理论支撑与参考。

摘要:棉花打顶是棉花种植生产中的重要管理环节，在复杂田间环境下准确并快速地检测到顶芽是实现精准打顶的一项关键环节。基于此，构建了基于 YOLO11n 的轻量级视觉检测模型 RE-YOLO-QAT。首先对 YOLO11n 框架进行优化，替换轻量级网络 EfficientViT 为主干网络，通过混合注意力与卷积结构，降低计算成本的同时依旧保持特征提取能力。引入重参数化特征金字塔网络 (Reparameteried feature pyramid network,RepCFPN) 有效提高了模型对小顶芽的检测精度。结合量化感知训练 (Quantization-aware training,QAT) 与结构化剪枝，在模型检测精度损失较小的前提下大幅压缩模型体积，降低模型计算成本，提高检测效率，以满足棉花打顶高效作业时的检测实时性需求。经实验验证，RE-YOLO-QAT 模型对田间复杂场景下棉花顶芽识别率达到 94.2%, 模型参数量仅为 1.01×10?, 计算量仅 2.3×10?。对比基准模型在精度损失仅 0.2 个百分点的前提下，模型计算成本下降了 64.06%, 满足模型检测实时性需求。结果表明，该研究可为后续智能化精准打顶作业提供技术理论支撑。

摘要:针对高地隙喷雾机在复杂田间环境下喷杆振动严重影响作业质量的问题，本文以 3WPZ-1800C 型喷雾机为研究对象，采用试验测试与运行工况传递路径分析 (OTPA) 相结合的方法，系统研究了 "激励源一机架一喷杆" 结构链的振动传递特性。通过开展静载发动机激励、单侧脉冲响应和田间行驶激励 3 类工况试验，在 8 个关键测点布置三轴加速度传感器，获取了不同载药量 (0、600、1200、1 800L)、发动机转速 (800、1200、1 600 r/min) 和行驶速度 (6、8、10km/h) 条件下的振动响应数据。结果表明，静载工况下发动机激励对喷杆影响有限，高成分 (>40 Hz) 沿传递路径快速衰减;单侧脉冲激励下喷杆末端呈现典型 "鞭梢效应", 加速度峰值达 40.18 m/s2, 为机架测点的 8.6 倍，喷杆一阶弯曲模态频率约为 1.97Hz;田间行驶工况下喷杆左端加速度均方根较平坦路面增加 310%, 振动主频由 12.20Hz 降至 2.13Hz, 路面低频激励与喷杆低阶模态耦合是振动恶化的根本原因。OTPA 分析表明，典型田间工况 (载药量 1200L、行驶速度 8km/h) 下路面激励贡献 50.88%, 液体晃动贡献 28.53%, 发动机激励贡献 20.59%;液体晃动主段 (0.5~5Hz) 耦合指数达 0.462, 路面激励与液体晃动存在显著协同放大效应。基于多源贡献量分析，提出了 "被动优化抑制共振、主动控制低频跟踪" 的主被动协同控制策略。研究结果可为高地隙喷雾机喷杆悬架优化与振动控制提供理论依据。

摘要:针对高地隙喷雾机作业时易受到路面激励发生侧倾失稳的问题，提出一种基于附加主动转向的操纵稳定性集成控制策略，构建包含高精度魔术公式轮胎模型的 8 自由度整车动力学模型，精确地描述车辆的非线性动态特性，基于滑模变结构控制理论，设计了一种双层结构的侧稳定性控制器：上层控制器为车身姿态滑模控制器，负责计算维持车身稳定所需的附加广义力矩;下层控制器为电液位置伺服滑模控制器，精准执行上层控制器给出的转向调整指令。搭建喷雾机侧稳定性控制试验平台，对控制器的有效性进行验证。试验结果表明：在阶跃工况下，横摆角速度、侧倾角、质心侧偏角的平均误差绝对值分别下降了 15.7%、9.3%、35.0%;在正弦工下，横摆角速度、侧倾角、质心侧偏角的平均误差绝对值分别下降了 17.8%、8.6%、25.0%, 经验证，设计的主动转向策略有效提高了喷雾机的侧倾稳定性。这充分证明了该控制策略在抑制车身侧倾、维持行驶路径方面的有效性，为改善高地隙喷雾机在低速复杂工况下的主动安全性能提供了解决方案。

摘要:为提升高地隙自走式喷雾机在复杂田间工况下的综合转向性能，提高其转向时响应速度与作业行驶稳定性，同时减小转弯半径与轮胎侧滑，基于比例前馈与横摆角速度反馈联合控制策略，设计了一种基于模糊 PID 控制器的全液压转向系统。通过 AMESim 与 Matlab/Simulink 联合仿真分析表明：所设计的控制系统能够实现后轮对前轮转角的最大跟随误差为 2.42°, 符合阿克曼转向理论的范围要求。进一步搭建实物试验平台进行验证，在四转向模式下以 4km/h 速度进行随机转向测试，试验结果表明后转角跟随误差小于 3°, 最大跟随误差为 2.6°, 系统表现出良好的转角跟随特性与转向协调性。同时，四轮转向时的转向半径由两轮转向时的 7.9m 减小至 4.8m, 提升了作业过程中的操纵稳定性与转向灵活性。

摘要:对于田间环境中棉花受害叶片目标尺度较小、重叠度高及背景复杂等问题，传统检测方法往往难以兼顾精度与实时性，导致在实际应用中效果有限。为此，提出了一种改进的轻量化检测模型。该模型在 YOLO v8n 的基础上，添加了自适应下采样模块 (Adaptive downsampling module,ADown) 以强化局部特征提取，引入空间增强注意力机制 (Spatially enhanced attention module, SEAM) 实现多尺度信息交互，并构建了密集小目标感知的 Focal-EloU 损失函数，有效提升了模型对小目标和复杂背景的适应性。在自建数据集上的试验结果表明，改进的模型在参数量显著减少的同时，检测精度得到明显提升。平均精度均值达到 96.2%;此外，消融试验进一步证明了每个模块在提升棉花蚜害叶片严重程度检测模型整体性能的有效性。综合结果表明，所改进的模型在保证轻量化的同时兼顾检测精度与模型部署效率，为农业害虫智能监测提供了一种可行的解决方案。

摘要:采棉机动力换挡变速器动态特性与换挡响应是影响采棉机换挡品质的关键因素。本文以某型采棉机动力换挡变速器为研究对象，提出了一种基于 Amesim 机液耦合仿真与台架试验的采棉机动力换挡变速器性能研究方法。首先，基于动力换挡变速器的机械传动结构与液压系统原理，构建了采棉机动力换挡机液耦合系统仿真模型。其次，设计并搭建了采棉机动力换挡变速器综合试验台，实现了对动力换挡变速器输入输出转速、转矩及换挡油路压力的实时采集。通过对比典型工况下仿真与试验传动比变化及换挡油压响应，验证了仿真模型的准确性。最后，采用三因素三水正交试验，量化分析了输入转速、负载转矩和主油路油压对输出轴最大冲击度和换挡稳态时间的影响显著性。研究结果表明：仿真与台架实测动力换挡变速器动态响应趋势一致;正交试验极差与方差分析显示，主油路油压是影响输出轴最大冲击度的极显著因素，而输入轴转速是影响换挡稳态时间的极显著因素，为兼顾换挡速度与平顺性，换挡初期应提高主油路油压以缩短接合时间，中后期应降低油压上升速率，从而抑制输出轴冲击，实现换挡时间与冲击度的平衡优化。研究成果可为采棉机动力换挡变速器的性能预测、控制策略优化提供可靠的理论依据和试验平台支撑

摘要:针对小样本条件下机具 - 作物 - 土壤耦合系统的高精度建模与快速参数优化难题，本文以棉秆起拔机的参数优化为例，提出一种融合离散元法 (DEM) 与物理信息神经网络 (PINN) 的跨尺度参数优化方法，包括 DEM 建模、力学关系提取、PINN 物理约束嵌入及 NSGA -II 优化。首先，基于 DEM 构建 "橡胶 - 棉秆 - 土壤" 复合模型，提炼黏滑 - 分离接触机理，将 DEM 提取的一阶切向力 - 压入量关系作为 PINN 的物理约束，并联合动力学方程、接触几何关系构建物理损失函数，形成物理一致性的代理模型。随后，以拔断率、漏拔率为双目标，在工程可行域内并结合敏感性分析采用 NSGA-II 求解 Pareto 前沿并选取膝点工况。结果显示，在相同任务下，单工况计算成本由 DEM 的约 8h / 次降至 PINN 前向推理的 2s / 次，验证集 R2=0.95, 相较传统 NN 代理，引入力学约束后预测精度提高 20%~30%;最优工况对应拔断率 8%、漏拔率 7%, 田间验证偏差小于 2%。该框架在保持物理一致性的同时显著降低优化成本，可为同类机具 - 作物 - 土壤系统优化参数设定提供泛化路径。

摘要:为适应新疆棉区棉秆还田与残膜回收协同作业需求，针对现有棉秆粉碎 - 残膜回收机作业中棉秆粉碎合格率低、粉碎物掉落率高等问题，设计一款残膜回收机前置式 Y 型刀齿式棉杆粉碎还田装置，该装置通过刀齿式甩刀粉碎与螺旋输送器侧抛协同作业，有效提高棉秆粉碎合格率、降低粉碎物掉落率，并减少输送堵塞发生。本研究阐述了装置的工作原理，对刀齿式甩刀、螺旋输送器等关键部件进行了结构优化设计，建立了甩刀运动轨迹方程，确定粉碎装置作业的影响因素，使用 MBD-EDEM 多体动力学 - 离散元联合耦合仿真，建立粉碎装置与秸秆的相互作用模型，选取甩刀数量、刀轴转速、前进速度作为试验因素，以棉杆粉碎合格率及粉碎掉落率为评价指标，进行三因素三水平仿真试验，试验结果表明，当螺旋甩刀为 32 片、刀轴转速为 2100r/min、前进速度为 1.5m/s 时，破碎性能较优，棉秆粉碎合格率为 93.05%、粉碎掉落率为 2.5%, 并在最优组合下对刀轴进行分析，通过 ANSYS 对刀辊进行模态分析，得到粉碎刀最低阶数的固有频率为 73.541 Hz, 远高于工作频率 (31.67~38.33Hz), 不会产生共振，仿真结果表明装置结构与作业工况满足设计要求。田间试验结果表明，棉秆粉碎合格率为 94.3%, 抛撒不均匀度为 13.8%, 平均留茬高度为 75.6mm, 均优于国家标准要求。

摘要:针对现有牵引式残膜回收机存在作业效率低、残膜回收率不足，以及收膜系统功能分散导致的膜杂分离效果差、田间复杂工况适应性弱等问题，设计了一种自走式残膜回收机，重点设计了集成 "收膜一膜杂分离一输膜一脱膜" 功能于一体的钉齿带收膜系统。结合新疆棉田的农艺要求与残膜抓持力学特性分析，确定了收膜钉齿的错位排列参数及主脱膜驱动辊的关键结构尺寸;基于 ADAMS 软件构建了收膜皮带 - 辊轴系统的动力学模型，分析了系统在 118~158r/min 转速范围内的带节横向偏移与张紧力波动特性。仿真结果表明：在该转速区间内，带节横向偏移量在 4mm 以内，张紧力波动幅度控制在 ±15% 范围内，验证了传动系统的动态稳定性。以机具前进速度、收膜地辊转速和皮带安装倾角为试验因素，采用 Box-Benhnken 试验设计方法开展田间试验，运用响应面法优化得到最优作业参数组合：机具前进速度 8km/h、收膜地辊转速 138r/min、皮带安装倾角 89°。验证试验结果表明，在该参数条件下残膜回收率达到 91.17%。本研究为自走式残膜回收装备收膜系统的优化设计及规模化高效作业提供了理论依据与技术支撑。

摘要:针对窄行处因根茬与土壤作用下滚筒式残膜回收机存在残膜漏捡的问题，设计了一种斜向捡拾残膜回收装置。通过优化捡膜齿排列方式和幅宽密度等方法，提高单位面积内的捡拾次数，进而提升残膜拾净率。通过理论分析确定了捡膜齿间距 160mm, 周向捡膜齿数目 8 个，滚筒上双螺旋排布导程 320mm。通过运动分析确定了装置工作参数范围，机具前进速度为 5~9km/h, 捡拾滚筒转速为 40~80 r/min, 入土深度为 30~50mm。采用 EDEM-Adams 联合仿真进行单因素试验，缩小了工作参数范围，基于单因素试验结果，以机具前进速度、捡拾滚筒转速、入土深度为试验因素，以残膜拾净率为试验指标进行正交组合仿真优化试验，得到最优参数组合为：机具前进速度 6.2km/h、捡拾装置转速 65r/min、捡膜齿入土深度 41mm, 此时残膜拾净率为 98.96%。进行田间试验验证，该装置的残膜回收率平均值为 92.96%, 残膜回收率得到了提升，显著改善了残膜漏捡问题。

摘要:现有残膜回收机普遍缺乏有效的作业状态监测系统，导致操作人员难以实时掌握机具工作状况，无法及时应对突发故障;同时，作业面积计算也依赖人工或滞后统计，缺乏实时性与准确性。这两方面问题严重制约了机具作业效率与回收效果。为此，本文设计了基于 "端 - 边 - 云" 协同的残膜回收机作业状态监测系统，通过机具关键作业参数在设备层的实时感知、边缘层的异常检测与控制，以及云端的数据管理与高效计算，实现残膜回收机作业状态参数的实时采集、异常检测、报警控制和远程监控。首先基于残膜回收机结构和工作原理提出整机监测系统方案，完成软硬件选型、部署与核心程序开发;进而阐述了关键过程数据的处理方法，特别是基于工况信息的有效作业数据提取机制与作业面积计算方法。田间试验表明，该监测系统对车速、打杆转速、捡拾转速及打包转速的监测相对误差分别为 0.84%、0.54%、3.46% 和 1.27%, 仓门状态与捡拾深度报警有效度为 100% 和 98%, 远程监测有效度为 100%。在作业面积计算方面，基于有效作业轨迹的实时增量面积计算方法平均准确率为 92.57%, 基于轨迹点轮廓的闭合面积计算方法准确率为 97.09%。该系统可实现关键作业参数的实时感知、边缘侧智能决策与云端协同管理，不仅提升了作业可靠性、避免了频繁的人工检查，也为残膜回收机的优化设计与作业智能决策提供了有效的数据支撑。

摘要:为解决分量型种质检测与分选设备缺乏、检测效率低的问题，设计了双复合振动排种式种子检测与分选装置，通过双复合振动对种子进行平铺，分选部件根据检测结果选出优质种子。该装置由排种部件、检测部件、分选部件等关键零部件组成，对关键零部件进行结构设计和理论分析，设计出较优零部件。以玉米种子为试验对象，单因素试验确定下料盘和均铺盘的电压、振动频率范围，以粒距合格率、籽粒贴合率和籽粒残留率为试验指标，开展四因素三水试验，建立响应面数学回归模型，分析各因素及交互作用对装置作业的影响。结果表明，下料盘电压为 60V、振动频率为 46.0Hz, 均铺盘电压为 55V、振动频率为 51.6Hz 时，装置的排种效果最优。以最优参数进行试验验证，得到粒距合格率为 90.5%、籽粒贴合率为 2.9%、籽粒残留率为 2.3%, 装置分选速度可达 1000 粒 /min, 满足种质资源精选入库需求。

摘要:为满足不同品系稻种多样化播量需求，提高水稻排种器对不同粒型稻种的播量适应性，本文基于多品系稻种的播种农艺，以 4 类粒型差异显著的稻种为试验对象，基于其基础物理特性，设计了一种腰形型孔开度可调的排种装置。该装置采用型孔式与槽轮式复合结构，通过调节齿轮联动弹簧机构驱动排种轮调节轮横向位移，实现型孔开度 (0~14mm) 无级调节。基于稻种三轴尺寸，优化型孔关键参数为：型孔长 13mm、宽 6mm、深 4mm, 集成柔性清种刷与种量调节板 (种量调节板高度为 58mm)。对该排种器进行三因素试验，试验结果表明：随型孔开度增大 (从 0mm 增大到 14mm), 籼稻平均单穴播量由 1.55~3.30 粒增至 15.95~23.09 粒，粳稻由 1.89~3.98 粒增至 16.54~21.69 粒。在排种轮转速 40~140 r/min 范围内，播量变异系数随开度增加从 67.42% 降至 9.27%。该排种器实现了 3~20 粒无级调节，变异系数为 10%~70%, 满足不同水稻品种的精量播种需求。

摘要:针对丘陵地带坡耕地垄形不规则、移栽作业栽植深度一致性难以保证的问题，设计了一种可根据垄高自适应调节栽植深度的电动栽植机构。对机构进行了运动学建模，分析了栽植系统的工作原理，基于运动学建模结果开发了栽植机构计算机辅助分析与优化界面，研究了结构参数与栽植轨迹的映射关系。通过建立目标优化函数并设置机构约束条件，采用逐次逼近法得到了机构较优参数组合。开展定深栽植仿真试验，验证了该机构可通过 5 组角度变化实现栽植深度调节，同时满足栽植轨迹与栽植端点速度要求。进行机构静态轨迹试验，结果表明：5 组实际静态轨迹与仿真静态轨迹最低点最大误差为 6.86mm，轨迹高度最大误差为 13.98mm，各组轨迹重合度高。定深栽植性能试验显示，在栽植频率 15 株 /min、机组前进速度 3.6m/min 的条件下，机构在平整垄面与不平整垄面均可实现稳定的定深栽植作业。该机构可有效解决丘陵坡耕地移栽栽植深度不一致的难题，为移栽机栽植部件的优化设计提供了理论与技术支撑。

摘要:针对国内甘薯移栽机构实现水平移栽轨迹的局限性，本文提出基于非圆齿轮的甘薯移栽机构设计方法。首先分析水平移栽农艺要求，规划包含取苗、入土、投苗等阶段的理想轨迹，选取 9 个关键位姿点作为 2R 开链机构求解的输入参数;将非圆齿轮移栽机构简化为平面 2R 开链机构，根据位姿点和圆心点参数建立近似多位姿运动综合方程，通过同伦算法求解机构参数，并引入杆长约束与轨迹优化，获得杆长最优解 (杆 1 长 100mm，杆 2 长 240mm)。开发 Matlab 辅助优化软件，完成非圆齿轮节曲线设计与传动比两级分配，以此参数开展结构设计，并进行虚拟样机仿真分析，验证了甘薯移栽机构设计的正确性。设计甘薯移栽机构物理样机并开展田间试验，结果表明：甘薯苗栽植姿态符合轨迹规划，在栽植速率为 45、55、65 株 /min 时，栽植深度、株距、土下水平度合格率均达到 85% 以上，其中 45 株 /min 时各项合格率均超过 90%，证明该机构的可行性与高效性，为甘薯机械化移栽提供了实用方案。

摘要:为实现农业灌溉主管道探查作业，设计了一种单驱动、低流阻、快速移动柔性管道机器人。该机器人由单个变腔室线性伸长型致动器驱动，外侧套装 6 对轴对称分列排布三角形柔性足，通过单一气路通断实现快速蠕动。研究了单驱动管道机器人蠕行机理，进行了柔性足与躯体致动器结构优化、变形建模与性能测试。建立了机器人前行过程中力和步距模型，并进行了管道内静力学试验。基于规划步态建立了机器人速度模型，利用 3D 运动捕捉系统测试了机器人运动特性，获得了气压与通气频率对速度的影响规律。搭建了农业灌溉主管道模拟管系，分别进行了机器人负载特性、不同管径和多种管道环境爬行测试，并利用机器人前端的视觉传感单元进行了管道内部环境探查作业。结果表明，规划步态下机器人实现快速移动的同时，具有较好的承载能力、适应性及稳定性，动态探查作业过程中行进平稳且捕捉影像清晰。最大移动速度为 40mm/s, 承载能力为 1kg, 可实现复杂农业灌溉管道环境的探查作业。

摘要:针对油菜机械化收获过程中茎秆 - 刀具互作仿真缺乏准确可靠的离散元茎秆模型粘结参数问题，本文以长江中下游地区 "华油杂 62" 适收期油菜茎为研究对象，通过物理试验系统测定其本征参数与接触参数，选用 EDEM 软件中的 Hertz-Mindlin with BondingV2 接触模型构建油菜茎秆离散元双层粘结模型。以测得的茎秆最大弯曲破坏力和最大剪切力的平均值 43.02N 和 186.22N 为双响应值，利用 Design-Expert 软件设计 Plackett-Burman 试验筛选显著因素、最陡爬坡试验缩小标定参数范围和 Box-Behnken 试验优化求解最佳参数组合。结果表明，表皮 - 表皮单位面积法向刚度 X?、表皮 - 内瓤单位面积剪切刚度 X?及内瓤 - 内瓤单位面积法向刚度 X?对模型影响极显著，最佳参数组合中 X?为 6.80×10?N/m3、X?为 5.93×10?N/m3、X?为 3.18×10?N/m3。在此参数组合下建立油菜茎秆离散元双层粘结模型，并进行破坏仿真，得到茎秆最大弯曲破坏力与最大剪切力与实测平均值的相对误差分别为 2.11% 和 2.39%, 且与茎秆实际受到弯曲和剪切作用的力学表现基本一致，该研究可为油菜植株离散元建模及油菜机械化收获机具的设计优化提供参考。

摘要:针对现有 4LZ-3.0Z 型水稻联合收获机作业过程中物料在筛面上分布存在两边多中间少、前多后少的现象，导致物料在清选过程中筛分不充分的问题，设计了一种叶片交错式离心清选风机，通过交错叶轮产生的压强差生成横向气流，改善物料横向分布均匀性。基于风机在工作过程中前后叶片的压力差，建立了叶片夹角与风速的数学模型，结合理论压差与横向风速表达式推导，得出了叶片交错角与横向风速存在非线性函数关系的结论。通过风机流场数值模拟与清选室筛面风速实测，验证了理论分析的合理性并得出了横向风速。通过单因素试验，以分风板倾角、风机转速和叶片交错角度为影响因素，以籽粒含杂率与清选损失率为评价指标，得出各因素对评价指标的影响规律。设计三因素三水平响应曲面试验，通过响应曲面方法和多目标优化得出最优参数：风机转速为 1105.614r/min、分风板倾角为 39.91°、叶片交错角度为 25.073°, 在最优参数下籽粒含杂率为 1.08%, 清选损失率为 0.774%, 优于传统清选装置性能。

摘要:针对我国南方地区大田玉米在收获时其含水率高剥皮困难等问题，在对剥皮过程及其原理分析的基础上，设计了一款在果穗苞叶上划痕后定向摩擦去皮的剥皮装置。根据玉米果穗物理特征参数，对果穗剥皮过程进行力学与运动学分析。并对划痕装置进行设计，该装置能在果穗苞叶表面划痕并使果穗以竖直姿态进入剥皮装置，同时通过 EDEM 软件对划痕装置进行仿真优化试验，确定了其结构和运行参数。采用高速摄像技术对果穗剥皮过程进行研究并验证了剥皮辊在苞叶划痕处能有效抓取苞叶。确定了剥皮辊转速、压送器转速以及压送器与剥皮辊间距是影响剥皮性能的主要因素。采用 Box Behnken 试验设计原理，以剥皮辊转速、压送器转速和压送器与剥皮辊间距作为试验因素，以苞叶剥净率和籽粒损失率作为试验指标，进行三因素三水平正交试验。结果表明：剥皮辊转速为 353.2 r/min、压送器转速为 81.42 r/min、压送器与剥皮辊间距为 37.16 mm 时，玉米果穗苞叶剥净率为 95.67%, 籽粒损失率为 1.45%。在该条件下开展验证试验，得到苞叶剥净率、籽粒损失率分别为 93.33%、1.56%, 与优化参数基本一致，满足玉米剥皮要求。

摘要:为实现多类型果蔬采摘，仿人指设计了一种电流变液驱动多节分控式柔性采摘手爪，该手爪采用模块化集成式设计，柔性手爪由微泵驱动。分控式手指内包含 3 个多腔室的柔指关节，利用内置电流变液微阀通断实现类人指的各关节独立弯曲变形。研究了手指多节分控原理，建立了电流变微阀阈值模型、柔指关节变形模型和手指运动学模型，并进行了相关试验验证，获得了微阀阈值、关节变形规律、手指正压力、手指运动位姿和工作空间。试制了两指采摘手样机，搭建试验平台进行了多种果蔬抓持测试和采摘试验。结果表明，柔性手指动作灵活、柔顺多样，可实现单输入多模态变形，共包含 7 种动作模式，指关节弯曲角度为 121°, 手指最大正压力为 2.3N。两指采摘手具有包、捏、夹等多种取物模式，物形适应性好，适用于小面轻质果蔬采摘。

摘要:针对含杂籽棉在异纤 (如薄膜) 剔除过程中的气流调控问题，使用有限元软件对相关参数进行模拟计算，分析其对流场特性的影响，优化流场结构，提升除杂效率与输送稳定性。首先，构建包含籽棉入口、除杂口、出棉口、喷嘴与补风口的三维模型并完成网格划分，通过残差收敛、关键量验证与网格无关性验证确保计算结果可靠。其次，基于 SST k-ω 湍流模型，对补风口角度和补风速度进行系统仿真分析。结果表明，当入棉口速度为 9m/s、除杂补风口风速为 1m/s、出棉补风口风速为 6m/s、出口压差约 400Pa、补风角度取 15° 时系统整体性能最优。在该组合下，管内仅在近壁存在轻微速度衰减，整体流场均匀、方向一致;回流与小尺度涡旋被有效抑制，剪切层边界清晰，输送连续性增强、堵塞风险降低。应用仿真结果设计制造了工业产线，验证了异纤除率大于等于 90%、连续处理能力约 4t/h。

摘要:针对现有名优茶采摘末端执行器结构复杂、收集效率低、稳定性差以及负压收集易出现附壁且当叶片上附着雨水时效果欠佳的问题，设计一种整机结构简单、效率高、稳定性好以及采摘质量佳的名优茶采收一体的末端执行器。通过漫反射传感器感应嫩梢、柔性同步带夹持输送并配合剪切式刀具剪切实现对茶叶嫩梢的连续采摘和收集作业。通过对末端执行器采摘与收集过程进行分析，得到影响输送成功率与采摘成功率的因素为两同步带间距和滞后时间。采用中心复合设计与响应面分析方法运用 Design-Expert13.0 软件进行试验设计与分析，研究两同步带间距和滞后时间对输送成功率与采摘成功率的影响规律。以输送成功率与采摘成功率最大为优化目标，得到最优参数组合：两同步带间距为 1.79mm，滞后时间为 0.80s。对优化后参数进行茶园验证性采摘试验，结果表明，末端执行器能够有效完成采摘和收集工作，输送成功率、采摘成功率分别为 96.7%、86.3%，试验值与预测值的相对误差小于 5%，优化模型结果可靠。

摘要:国土综合整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务功能有积极的促进作用，优化分区是国土综合整治与生态修复工程安排中不可或缺的重要环节。本文以广西壮族自治区贺州市昭平县为例，提出了基于潜力 - 动力 - 压力框架的县域国土综合整治与生态修复分区方法，研究结果表明：国土综合整治潜力从农用地整理潜力、土地开发潜力等方面进行分析，生态修复潜力从植被恢复潜力、水源涵养潜力、防风固沙潜力和生物多样性潜力方面进行分析，各潜力空间分布不均匀;国土综合整治与生态修复动力中，归一化植被指数和林地覆盖率总体水平较高，草地覆盖率北部高于南部，水域面积比西部高东部低，建设用地面积比空间分布不均衡;国土综合整治与生态修复压力中，人均耕地面积南部高于北部，地均生产总值东部高于西部，农村居民人均纯收入西北高东南低;分区结果显示，昭平县 1 个乡镇属于优先整治修复区，4 个乡镇属于重点整治修复区，7 个乡镇属于适度整治修复区。研究结果可为区域国土综合整治与生态修复的工作部署与工程布局提供重要指导。

摘要:利用遥感技术快速获取冬小麦种植区域及其变化信息对于保障国家粮食安全、实现区域农业可持续发展具有重要意义。本研究利用 Google Earth Engine (GEE) 平台上冬小麦物候期间的 Sentinel-1 SAR 和 Sentinel-2 光学遥感影像建立了冬小麦、冬油菜和其他地物类型的特征时间曲线，通过定性、定量地分析特征之间的时间序列差异及其类别可分性，确定提取冬小麦的优势特征，基于优势特征构建了冬小麦层级分类提取方法。该方法通过指数时间序列初步区分冬季作物与非冬季作物，接着利用 OTSU 算法分离冬小麦与冬油菜，最终实现冬小麦的高精度提取。研究结果表明，3 种层级分类方法中，"NDPI_TWDTW&NDSVI_OTSU" 方法的冬小麦提取精度最高 (OA 为 0.927，Kappa 系数为 0.854)，且与 "RF 全特征" 方法的精度相当 (OA 为 0.931，Kappa 系数为 0.863)，3 种方法的 "决策级融合" 对精度提升作用有限;SAR 图像受到斑点噪声影响，VV (OA 为 0.879，Kappa 系数为 0.757) 与 VH (OA 为 0.898，Kappa 系数为 0.796) 波段的冬小麦提取精度低于 NDSVI 光学遥感指数的精度 (OA 为 0.927，Kappa 系数为 0.854);Sentinel-1 SAR 与 Sentinel-2 光学数据在时空分辨率与特征信息上互为补充，在多云多雨条件下，SAR 数据可有效补充光学遥感数据用于冬小麦提取，提升区域遥感监测的时效性与稳定性。本文提出的层级分类方法在特征分析上具备机理性与可解释性，且复杂度低、精度高、稳健性强，可有效应用于大范围、长时间序列的冬小麦识别与变化监测。

摘要:水稻生长过程中，氮肥的合理施用对其生长发育和产量提升具有决定性影响。传统单模态数据（如光谱或图像）难以全面捕捉水稻幼苗的复杂生理状态与氮素响应机制。本研究构建了多模态数据融合网络（Multi-modal fusion network, MMFN），以满足施氮水平识别需求。通过采集近红外光谱数据、叶片图像数据和水稻幼苗在不同施氮浓度条件下的生长指标，构建一个多模态数据集。通过引入改进的通道注意力机制（Improved channel attention mechanism, ICAM）和 Concatenate 机制，构建基于 MMFN 的识别模型，实现物理生长指标与图像特征信息等多模态数据融合。试验结果表明，融合模型在施氮水平识别中，准确率为 97.55%，召回率为 95.34%，精度为 95.87%，F1 分数为 95.72%，显著优于单一模态。本研究提出的模型为水稻氮素的精准监测与肥力调控提供了技术支持。

摘要:针对现有模型在不同光照条件、遮挡情况、天气状况及远距离存在目标等复杂环境下对红枣果实识别精度低、正常果和裂果区分能力差的问题，本研究在自然环境下采集了田间红枣图像，通过模拟 4 种天气条件实现数据增强，创建了用于模型训练、验证和测试的数据集，以 YOLO v8n 模型为基础，引入 GSConv、RFCAConv 模块，构建了 GR-YOLO 模型，并在红枣数据集上进行了模型训练和测试。试验结果表明，GR YOLO 模型对红枣识别的精确率为 95.14%，召回率为 97.71%，平均精度均值为 97.64%，模型存储量为 4.9 MB，模型推理速度为 289.8 f/s，参数量为 2.38×10^6;相较于参数量相近的模型，精确率提升 1.82~2.61 个百分点，召回率提升 3.04~8.48 个百分点，平均精度均值提升 2.40~7.88 个百分点;与现有主流模型相比，GR-YOLO 模型在识别效果和参数量方面表现最优。改进后的模型不仅提高了红枣目标的识别精度，还能够有效区分正常果与裂果，同时实现了轻量化。

摘要:针对大豆田间杂草识别中传统模型参数量大、实时性差及轻量化不足等问题，提出了一种改进 YOLO11n 的轻量化杂草检测模型 YOLO 11n-ADS。该模型通过引入可切换空洞卷积 (Switchable atrous convolution, SAConv) 模块和自适应下采样 (Adaptive downsampling,ADown) 模块，增强多尺度特征提取能力和抗干扰能力，提升了复杂环境下杂草的检测精度。YOLO11n-ADS 模型的检测精度、mAP50、mAP50-95 及召回率分别为 90.6%、92.0%、86.0%、92.6%，较基准模型 YOLO 11n 分别提升了 1.1、2.6、5.0、3.6 个百分点，参数量由 2.6×10^6 降至 2.2×10^6，浮点数运算量由 6.3×10^9 降至 4.6×10^9。采用 TensorRT 框架将模型部署到 Jetson Nano 边缘平台，静态推理速度可达 35f/s。田间验证试验结果为：端到端检测平均帧率为 28/s，检测精度、mAP50、mAP50-95 及召回率分别为 89.5%、91.0%、84.0%、91.4%。与 YOLO11n 相比，在光照不均、目标遮挡等复杂场景下展现出更强的鲁棒性和实时性。本研究为大豆田间的实时杂草检测提供了高效轻量化的解决方案，适用于边缘计算设备部署，助力精准农业智能化管理。

摘要:奶牛产前行为的精准监测和及时干预，对保障奶牛健康、提升繁殖效率、提高养殖效益等具有重要价值。翘尾、塌陷等奶牛产前行为，存在目标偏小、特征重叠等问题，受复杂环境因素干扰，识别难度大、易出现混淆。为实现复杂牛舍环境下奶牛产前行为的快速准确识别，本研究提出了一种基于改进 YOLOv8n 的奶牛产前行为识别方法，主网络采用改进的 HGNetV2，在 Head 部分的 C2f 模块后引入轻量级 ECA (Efficient channel attention) 注意力模块，采用 MPDIoU Loss 替换 CIoU 损失函数。通过上述改进措施增强了对特定行为的聚焦能力、减少计算量并优化定位与分类，显著提升了模型在复杂牛舍环境中对翘尾和塌陷等行为的识别准确率、鲁棒性与检测速度。在自建数据集上开展对比实验，与基线模型相比，改进模型对 4 种产前行为识别的平均检测精度 mAP@0.5 达到 92.9%，提高了 1.6 个百分点;翘尾和塌陷行为的平均精度分别提高了 5.6、1.7 个百分点，降低了模型对两种行为的混淆程度;与 Faster R-CNN、SSD、EfficientDet、DETR、YOLO v5n、YOLO v7-tiny、YOLO v10n、YOLO 11s 和 YOLO 12s 等模型相比，改进模型的 mAP@0.5 分别提高了 9.6、10.5、10.9、6.5、3.0、2.8、1.0、1.0、1.1 个百分点。本研究所构建的模型展现出较强的鲁棒性，能够在复杂的养殖环境以及全天候条件下，实现对奶牛产前行为的精确识别。

摘要:针对传统蚁群算法在农业机器人路径规划中存在的收敛速度慢、搜索效率低、全局搜索能力差等问题，提出了一种多策略融合改进蚁群算法 (MSFIACO)。以多层视野扩展搜索策略为基础，引入带有角度判断机制的初始信息素非均匀性设定策略，赋予更靠近起终点连线的优势路径更高的初始信息素浓度，在蚂蚁前进方向上引入奖惩约束，提升搜索的针对性与效率;引入改进的自适应伪随机状态转移策略，实现全局搜索与收敛速度的平衡，并通过平滑因子减少路径转向次数;提出一种自适应启发式信息策略，兼顾早期高效收敛与后期全局搜索需求;通过改进的信息素更新规则，辨析 "蚁群优劣"，集中搜索优势路径的邻域。实验结果表明，MSFIACO 算法显著缩短了路径长度，减少了转折点，加快了收敛速度，降低了路径节点数量，且具有较强的鲁棒性与兼容性，提升了农业机器人在复杂环境下的路径规划能力。

摘要:为满足农业植保无人机的作业需求，保证其飞行效率和安全，提出一种用于无人机路径规划的改进沙猫群优化算法 (Hybrid improved sand cat swarm optimization algorithm,HISCSO)。首先，设计一种非线性控制因子动态平衡算法的阶段转换;其次，在开发阶段引入黄金正弦策略，增强算法的局部开发能力并加速收敛;最后，融合平滑探索策略的优势，保持种群的多样性，提升算法全局寻优能力。通过 CEC2022 测试集检验算法性能，测试结果表明，与原始算法等 7 种算法相比，HISCSO 在 75% 的函数上展现出最优性能。考虑满足多目标约束的成本函数，并基于数字高程模型地图构建丘陵地区的无人机作业空间。在 4 种具有不同复杂度的飞行环境中，HISCSO 生成的路径最平滑且长度最短，对比原始算法，稳定性分别提升 10.21%、36.59%、29.27% 和 46.46%，验证了其在植保无人机路径规划领域的实用性和可靠性。

摘要:路径跟踪是实现菠萝田间管理无人驾驶农机自主行走的基础。为了提高导航精度与安全，提出一种模型预测控制 (Model predictive control,MPC) 集成自适应 PID 的路径跟踪控制方法。首先，开发了无人驾驶实验平台，并建立了其运动学模型。其次，基于该运动学模型构建了 MPC 算法。然后，为实现高精度的路径跟踪，提出了一种 MPC 和自适应 PID 相结合的控制方法。通过仿真和田间实验对 MPC 集成自适应 PID 控制方法、MPC 控制方法和自适应 PID 控制方法进行了比较。仿真和田间实验均表明，MPC 集成自适应 PID 控制方法具有更高的路径跟踪精度、更小的横向误差和平滑的航向角变化，并且在田间曲线路径，该控制方法在速度 1m/s 和 2m/s 时的横向误差和航向角误差仍然保持在 - 0.162~0.162m 和 - 6°~6°。该研究为菠萝田间管理无人驾驶农机的路径跟踪提供了可行的解决方案和理论支撑，为其他无人驾驶农机的路径跟踪控制提供了参考思路。

摘要:针对当前菇房模型预测控制存在数据驱动模型泛化性差、空间异质性表征不足等问题，本研究以工厂化菇房节能降耗为目标，提出一种面向异质菇房的数据机理协同建模与全域温度场协同控制方法。首先，构建面向全间异质性菇房的环境传感器优化选点模型，实现少量传感器对复杂热环境场的感知。其次，设计以全连接网络为基础架构的简化物理信息神经网络 (Physics-informed neural networks,PINNs)，嵌入简化 Navier-Stokes 方程与能量守恒方程作为物理约束，提升温度场预测能力。最后，构建以温度跟踪偏差与控制能耗为联合优化目标的模型预测控制 (Model predictive control,MPC) 框架，并在北京市房山区榆黄蘑装配式方舱菇房与北京市通州区标准化海鲜菇工厂化菇房 2 类典型环境中开展系统验证。结果表明：在仅使用 6 个传感器的稀疏监测条件下，所提方法对方舱菇房全域温度场的反演均方根误差 (Root mean square error,RMSE) 为 0.267℃;PINNs-MPC 在工厂化菇房实现全域精准控温，温度稳定在 14.2~15.2℃，而在方舱菇房中受强扰动与非规范农事操作影响，局部区域出现超限现象;PINNs-MPC 较传统阈值控制节能 10.7%，因控制策略偏保守，节能潜力略低于基于热平方程约束的 MPC，后者节能率达 13.1%。本研究有效融合物理规律与稀疏观测数据，显著提升了温度场建模精度与空间感知能力，为异质农业空间的智能节能调控提供了理论支撑与技术路径。

摘要:以同一品种小麦的精制粉和全谷物粉为原料，采用回添发酵方式制作了酸面团馒头，通过比较全麦和白面酸面团微生物和馒头性质的差异，探究精制和全谷物小麦粉对回添发酵酸面团微生物群落及其馒头理化性质的影响。结果表明，成熟白面和全麦酸面团菌群不同主要体现为真菌群落结构的差异，白面酸面团优势真菌为 Blumeria graminis，全麦酸面团优势真菌为 Saccharomyces sp.。全面比较了回添发酵全麦和白面馒头理化性质和感官品质的差异，主成分分析结果表明，制作方法是影响馒头理化性质的主要因素，而面粉类型 (精制粉和全麦粉) 是次要因素。最后 Person 相关性分析证明 6 种关键微生物与白面和全麦馒头多个理化性质具有显著的特异性影响。总之，研究结果证明回添发酵可以有效改善和提高小麦馒头的综合理化性质，全麦粉比精制粉能够进一步提高小麦馒头的营养、功能和感官品质，这些结果为全麦馒头食品的开发和应用提供了新的理论见解和实验依据。

摘要:茶叶加工是影响茶叶理化成分组成及风味品质形成的关键因素。采用自动氨基酸分析仪测定黄大茶加工过程氨基酸组成及含量，对比分析所测氨基酸组分在茶叶加工过程中的动态变化，并以鉴定的氨基酸组分对黄大茶加工过程进行主成分分析。结果表明，黄大茶加工过程样品中共检测出氨基酸组分 22 种，其中包括 19 种蛋白源氨基酸，3 个非蛋白源氨基酸 (茶氨酸，β- 丙氨酸及 γ- 氨基丁酸 (GABA)); 黄大茶加工过程中氨基酸组成及含量差别较大，22 种氨基酸组分均能在鲜叶、杀青及揉捻样品中检测出来，而经历高温烘焙工序的黄大茶成品茶中只鉴定出 12 种氨基酸，且相应氨基酸的含量相较于鲜叶或复闷样品均显著降低;高温烘焙工序之前样品中，茶氨酸、天冬氨酸、谷氨酸及谷氨酰胺是含量最多的氨基酸，后三者含量均在 2.0mg/g 左右，而茶氨酸含量均大于 9.40mg/g，并在揉捻样品中含量最高 (13.43mg/g); 单个氨基酸成分在黄大茶加工过程中的变化存在显著差异，其中色氨酸的变异系数最大 (227.48%)，半胱氨酸的变异系数最小 (17.26%); 主成分分析能够较好地将黄大茶鲜叶、成品茶、杀青、复烘与其他加工过程进行区分，表明热处理，尤其是高温烘焙处理对茶叶氨基酸组成及含量影响显著，而氨基酸作为香气前体或反应底物参与热反应产生挥发性成分是其含量减少的可能原因。研究结果可为黄大茶风味品质形成研究提供数据支撑，并为茶叶加工及品质调控优化提供科学理论依据。

摘要:针对丘陵果园传统农用动力底盘存在的整机通过性差、对复杂地形适应性不足等问题，设计了一款履带式双侧协调摆臂通用动力底盘，利用空间连杆机构的运动原理实现两侧履带行走系根据地形起伏协调升降摆动，并依靠液压系统为前置挂载机具提供作业动力。首先，根据丘陵果园地块分散、垄间通道狭窄的作业环境特征，完成整机尺寸与结构参数设计;其次，为增强底盘在复杂地形条件下的行驶稳定性，提出并设计了双侧协调摆臂机构，针对底盘关键部件进行结构设计;最后，针对丘陵果园典型工况开展底盘行驶稳定性分析，并对双侧协调摆臂履带底盘与常规履带底盘在崎岖路面的行驶姿态开展对比仿真分析和实地试验，结果表明：仿真验证了双侧协调摆臂机构对地形起伏具有良好适应性，试验进一步证明双侧协调摆臂履带底盘在崎岖路面的行驶稳定性较常规履带底盘提升 61.29%;动力底盘直线行驶偏移率为 4.03%，最小转弯半径为 725.8mm;在坡度为 16° 的路面可正常上下坡、横向行驶，无倾覆或滑移现象，越障过程平稳，满足丘陵果园作业行驶要求;挂载机构具备 - 5°~32° 的举升范围，可满带机具左右横移 100mm，挂载除草机具作业时动力输出充足，且连续工作 2h 液压油温上升较小，满足果园作业需求。