作品展示

本机器是专门为芋头规模化种植与覆膜所研发出来的一款全自动化种植设备。该机器的整体结构主要是驱动行走的行走机构、播种机构、覆膜机构和控制系统四部分，机构与系统相互配合从而实现自动规划路径、自动播种、自动覆膜和实时反馈播种覆膜数据等多种功能。在现代农业中，地膜的广泛应用已成为提高农作物产量的有效手段，尤其在芋头种植中具有显著作用。通过地膜的使用，可以有效提升土壤温度、保持土壤湿度、减少营养流失以及抑制杂草的繁殖，为作物提供理想的生长环境，从而改善产量和品质。但地膜铺设和作物种植往往是分开进行的，这使得农民劳动强度的增加和种植周期延长，降低了整体的种植效率，导致了巨大的人力和时间成本。尽管目前存在单一功能的农业机械，但在整个种植流程中的效率提升并不明显，仍需要人工对机器进行操作，而且设备采购和维护成本相对较高，芋头播种覆膜机械和智能化将成为必然趋势。因此，为满足现代农业生产的自动化需求，我们提出设计和开发一款多功能的农业机械，能够同时完成地膜铺设和芋头种植，以提高芋头种植的效率和品质。该机器可以实现自动规划路径、自动播种等功能，通过卫星获取种植区域，利用 SSD 和 RRT 算法得出最适路径并反馈至驱动行走系统和控制系统与与种植系统协同，然后通过传送带将块茎依次放入经过开沟器入土分沟形成的种沟，并同步撒入一定量的肥料，之后通过后部结构进行覆土回土，完成回土后再经过覆膜机构进行覆膜工作。

在构建先进的机器人农业系统时，我们融合了ROS（Robot Operating System）框架与串级PID控制技术。这一组合通过精确的定位系统计算当前位置与目标间的偏差，进而调整农用机械的前进方向，而外部控制器则负责精准操控机械的行驶路线。 为了提升视觉识别的准确性，我们采用了装备高清摄像头的树莓派作为前端识别设备。通过应用高斯滤波等图像处理技术，有效降低了图像中的噪声干扰，提升了识别精度。随后，这些数据会被传输至PC端进行更为深入的分析与处理。 在播种环节，我们引入了高速且精准的链条播种装置与开沟器，确保种子能够准确无误地投放至预定位置，不仅提高了播种效率，还有效防止了堵塞问题，保障了作业过程的流畅性。 此外，我们还充分利用了5G通信技术的优势，实现了图像信息与机器位置信息的快速传输。这些信息能够实时同步至系统APP中，为远程监控与管理提供了极大的便利。 在智能路径规划方面，我们结合了卫星定位技术与先进的SSD（Single Shot MultiBox Detector）和RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法，能够迅速计算出最适合的行驶路径，并将这一路径信息反馈给驱动行走系统、控制系统以及种植系统，实现三者之间的协同作业。 从结构设计上来看，智能芋头种植覆膜一体机主要由种植机构、驱动行走机构和控制系统三大部分组成。它不仅能够自动规划行驶路径、自动播种和自动覆膜，还能够实时反馈播种与覆膜的相关数据，为农业生产提供了全方位的智能化支持。 在材料与供电系统方面，我们采用了高强度且轻质的合金材料，既保证了机器的结构强度，又大大减轻了其整体重量，便于移动与运输。同时，我们还引入了太阳能供电系统，为机器提供了稳定且环保的电力来源，确保在光照充足的情况下能够持续进行作业。 最后，在5G图传技术的支持下，我们能够将实时的图像数据传送至远程控制中心。通过应用YOLOV8这一深度学习算法模型，我们能够对图像进行快速且准确的处理与分析，识别出土壤状况、芋头生长情况以及杂草分布等关键信息，为精准农业管理提供了有力的数据支撑。

智能芋头种植覆膜一体机的主要机构分为三个部分，分别为种植机构、驱动行走机构和控制系统。 种植机构由两部分组成，分别为种植单元和种箱组成。开沟器为了尽可能提高能量效率和减少土壤的紧实情况，开沟器在此选用的是芯锌式开沟器。覆土机构是自行设计焊接的。覆土器有着结构简单，适应性强的特点。行走机构采用的是两轮橡胶轮驱动，搭配设计的电路控制，实现平稳运行。 驱动行走机构采用的是两轮橡胶轮驱动，由于一般芋头种植模式的行距为800，而沟宽一般为300mm甚至更小，因此采用轮式作为行进方式。由于在沟内对地面压力分布要求较低，因此使用轮式，可以拥有相比履带更好的通过性。为了增加行进轮胎抓地性，在行进轮上设计了多个凸起，用以提升抓地力和提供足够的牵引力。 覆膜机构由三个部分组成，分别为地膜夹持器、压膜轮和整土铲组成。整土铲分为前后两部分，前端部分是在铺地膜前将垄坡两端泥土翻出一部分，待地膜铺设好后后端部分将翻出的泥土盖到地膜两侧，防止自然外力因数破坏覆盖好的地膜。 通过卫星获取种植区域，利用 SSD 和 RRT 算法得出最适路径并反馈至驱动行走系统和控制系统与与种植系统协同，然后通过传送带将块茎依次放入经过开沟器入土分沟形成的种沟，之后通过后部结构进行覆土回土，完成回土后再经过覆膜机构进行覆膜工作。 设计理念： 在芋头种植机的设计方面，我们致力于提高机械的智能化和高效化。通过优化机械结构，使其能够适应不同地形，保证地膜平整铺设。同时，我们也重视机械装置的精准种植功能，通过引入先进的感知技术和控制系统，实现对芋头种植过程的实时监测和调整，搭配运动算法，对芋头机工作路径的规划与执行，做到精准标记芋头种植位置、合理密植，便于日后实施精准管理。在续航与环保方面，我们引入太阳能电池板。

国内外芋头种植覆膜多采用半自动或人工的方法，现存多数正在使用的半自动种植机有着智能化程度不高，一种农机播种多种品种农作物等特点，且没有自动覆膜功能，少有专门针对芋头播种与覆膜的智能化机器。随着现代农业发展和人们对高品质产品的需求不断增加，研究关于芋头种植与覆膜一体机的设计和应用已成为当前农业机械化的必然趋势。芋头覆膜机由于其能够提高芋头产量和品质，满足市场需求，因此具有很大的发展潜力。 主要有以下几个原因： ‌ 满足市场增长的需求‌：随着人们对健康和营养的高度关注，芋头作为一种天然绿色食材备受青睐。芋头产品的市场需求不断增加，推动了芋头覆膜机的市场需求。 ‌ 满足现代农业需要，减轻农民负担‌：随着科技的不断发展，覆膜机的技术也在不断提高，使得覆膜机的性能更加优良，使用更加方便，满足了现代农业的需求。 ‌ 满足政策需求‌：政府对环保和能源的重视程度不断提高，对覆膜机的要求也在不断提高，这促使企业不断进行技术创新，满足政策要求，同时也推动了覆膜机的发展。 经过我们不断地实地测试机器，并对机器进行升级，我们已研发出一款能够保证精准种植精准覆膜、同时兼顾芋头后续存活率的机器，提高我国芋头种植的机械化程度。我们还将会致力于研发芋头种植后续管理的的机器，用户可通过电脑软件操控整个种植、管理与采收，用于实现芋头农场无人化。