ماشین های کشاورزی

چکیده علی‌رغم توسعه روزافزون استفاده از روبات‌ها در فرآیندهای مختلف، استفاده از بازوهای مکانیکی ماهر در عملیات زراعی بسیار محدود می‌باشد. در این مقاله تحلیل فضای کاری و سینماتیک یک روبات 4 درجه آزادی با سه پیکربندی متفاوت برای انجام یک عملیات زراعی در محیط مزرعه مورد بررسی واقع شده است. محاسبات اولیه براساس روش‌های تحلیلی (هندسی) برای طراحی بازو انجام شده و سینماتیک آن در فضای نرم‌افزارهای Solidworks و Matlab با سه پیکربندی متفاوت در قالب دو آزمون شبیه‌سازی شده‌است. تعریف مسیر حرکت در فضای مفصلی براساس نقاط ابتدا و انتهای مسیر و یک چندجمله‌ای درجه 5 انجام پذیرفت. با مقایسه شاخص‌هایی مانند تحلیل سرعت مجری نهایی، شاخص فضای کاری و معیار چالاکی پیکربندی مناسب از میان 3 نوع پیکربندی مورد بررسی، انتخاب گردید. این انتخاب با نتیجه تحقیقاتی که محققین روی بهترین ساختار سه مفصل اول روبات مشهور پیوما انجام داده‌اند، سازگار بود.

چکیده در این پژوهش، سامانه‌ای شامل یک افزاینده 15 کیلوولتی برای از بین بردن علف‌های هرز و یک سازوکار بازخوردی برای تشخیص علف‌هرز و نابودی آن با استفاده از پایش جریان الکتریکی مصرفی نابودگر علف‌هرز در گروه ماشین‌های کشاورزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران (سال 1399) توسعه داده شد. اجزای این سامانه بر روی یک سکوی رباتیک خودگردان نصب شد‌ که اطلاعات را بین نرم‌افزار رایانه‌ای و سامانه انتقال می‌داد. طبق شواهد هنگامی که الکترود ولتاژ بالا علف‌های هرز را لمس می‌کرد، جریان افزایش ‌یافته و پس از نابودی علف‌های هرز، جریان کم می‌شد. متوسط انرژی مصرفی برای یک علف هرز 250 ژول تخمین زده شد. بر مبنای مقدار جریان مصرفی، سازوکار بازخوردی برای تشخیص و دریافت بازخورد از نابودی علف‌های هرز واسنجی شد. آزمایش‌های نهایی برای مقایسه کارایی کنترل دو حالت کاری استفاده و عدم استفاده از سازوکار بازخوردی انجام شد و مشخص شد که استفاده از این سازوکار به شکل معنی‌داری کارایی نابودگر علف هرز را افزایش می‌دهد. 

چکیده کربن فعال یک جاذب با ظرفیت جذب بالا بوده و در فرآیندهای جداسازی مختلف در فازهای مایع و گاز کاربرد دارد. فرآیند اصلی تولید کربن فعال، شامل پیرولیز ماده خام اولیه است و کربن تولیدشده در کوره فعال‏سازی، فعال می‌شود. باتوجه به اهمیت مرحله فعال‏سازی در خواص کربن فعال تولیدی، در این مقاله تحلیل حرارتی و مکانیکی کوره بخش فعال‌ساز مورد توجه قرار گرفت. مدل اولیه با نرم‌افزار CATIA V5 R27 طراحی و با نرم‌افزار ANSYS R20 تحلیل حرارتی و مکانیکی شد. تغییر طول‌های ناشی از حرارت کوره دوار و همچنین تلفات گرمایی و نحوه گردش جریان گرمایی در داخل کوره بررسی شد. به همین منظور ابتدا تحلیل حرارتی و سیالاتی کوره انجام، سپس نتایج با یک تحلیل مکانیکی ادغام گردید. کوره همراه با واحد گرمایش مرکزی و دامنه اطراف کوره در محیط ANSYS CFX مدل‌سازی شد. نتایج نشان داد که دمای دیواره داخلی حدود 600 درجه سانتی‌گراد است. با توجه به میزان دمای داخلی بدنه و با مهار کردن یک سمت کوره که در مدل واقعی توسط واشر جانبی اعمال می‌شود، میزان تغییر طول کوره در راستای محور افقی، معادل mm 11.75 محاسبه شد. سپس آزمون تجربی روی مدل واقعی انجام گرفت و نتایج حاصل از تحلیل آماری نشان‌دهنده عدم وجود اختلاف معنی‌دار بین نتایج مدل‌سازی و تجربی می‌باشد. در نهایت برای مهار آن از غلتک و تکیه‌گاه‌های مناسب، ورق‌های سایشی همراه با صفحات فشاری و برای مهار تلفات گرمایی از عایق سرامیکی 5 سانتی‌متری استفاده گردید.

چکیده در سال‌های اخیر افزایش آلودگی هوا، قیمت حامل‌های انرژی و تنش آبی به دلیل تغییرات اقلیم باعث شده تا استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌ویژه انرژی خورشیدی افرایش یابد. جمع‌کننده‌های خورشیدی یکی از منابع مهم جمع‌آوری و تامین انرژی گرمایی هستند. در این راستا بازده و کارایی این کلکتورها و اقدامات لازم برای افزایش این عامل‌ها از اهمیت خاصی برخورار است. لذا در این پژوهش عملکرد روزانه یک بازتابنده فرنل خطی جهت استفاده در سیستم گرمایش یک گلخانه در بهمن ماه در شرایط آب و هوایی شهرکرد به‌صورت عددی بررسی خواهد شد. این سامانه دارای یک گیرنده صفحه تخت با 18 مترمربع میدان آینه بوده و به یک مخزن ذخیره‌سازی باحجم 250 لیتر متصل شده است. علاوه بر این، بر اساس تعادل انرژی در جمع‌کننده و مخزن ذخیره‌سازی، یک مدل ریاضی برای پیش‌بینی عملکرد روزانه سامانه مورد نظر تهیه شد. تحلیل‌ها نشان داد که بیشینه بازده حرارتی سامانه برابر با 64 درصد و حداکثر تولید حرارت مفید 1/5 کیلووات است که توانایی گرمایش محیط گلخانه را در طول شب در ماه بهمن را دارد. همچنین از نتایج این پژوهش می‌توان برای ارزیابی سامانه‌های متمرکز خورشیدی و به‌ویژه بازتابنده‌های فرنل خطی استفاده کرد.

چکیده روغن‌های جامد نباتی یا روغن‌هایی مثل پالم دارای اسید چرب اشباع بالا هستند، چنین روغن‌هایی می‌توانند باعث بالا رفتن چربی خون، افزایش کلسترول بدن و در نهایت موجب گرفتگی و انسداد عروق شوند. در این پژوهش از یک سامانه به‌منظور تشخیص میزان پالم در روغن ذرت استفاده شده که شامل ده حسگر نیمه‌هادی اکسید فلزی بود. ویژگی‌های استخراج شده از سیگنال‌های به‌دست‌آمده از بینی‌الکتریکی با روش‌های تحلیل مولفه‌های اصلی، شبکه‌ی عصبی مصنوعی، انفیس و سطح پاسخ پردازش شدند. نمونه‌های مورد آزمایش شامل روغن ذرت خالص، روغن ذرت دارای 25 درصد پالم، روغن ذرت 50 درصد و روغن ذرت 75 درصد است. براساس نتایج به‌دست‌آمده دقت طبقه‌بندی در روش‌های PCA،ANN،ANFIS و RSM به‌ترتیب برابر 87‌، 71.9، 93.8 و 96.9 درصد است و باتوجه به این نتایج روش سطح پاسخ روشی مناسب‌تری برای تشخیص درصد پالم در روغن ذرت می‌باشد. با مدل ارائه شده می‌توان میزان روغن پالم بیش از حد مجاز استفاده شده را تشخیص داد.

چکیده در سال‌های اخیر استفاده از یادگیری عمیق در کشاورزی دقیق به‌منظور تشخیص و شمارش آفات و یا بیماری‌های گیاهان، سمپاشی هوشمند، تخمین سطح زیر کشت و نظارت بر روند رشد گیاهان جهت مقابله با عوامل بازدارنده و یا کاهش‌دهنده رشد و با هدف افزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی به سرعت رو به افزایش است. در این مقاله، به طراحی الگوریتمی برگرفته از شبکه عصبی عمیق YOLOv5s جهت تشخیص و شمارش خودکار کاکل‌های گیاه ذرت پرداخته شده است. برای این منظور، از تصاویر اخذ شده توسط پهپاد از مزرعه ذرت در دو تاریخ متفاوت جهت آموزش و ارزیابی شبکه استفاده گردیده و با توجه به نوع و اندازه داده به اعمال تغییراتی در معماری و تابع فعال‌سازی الگوریتم اصلی YOLOv5s با هدف افزایش تعداد پارامترهای شبکه، کاهش بیش برازش و افزایش دقت تشخیص پرداخته شد و الگوریتم Modified YOLOv5s که به اختصار MYOLOv5s نام دارد به‌عنوان نسخه بهبودیافته YOLOv5s با قابلیت شناسایی و شمارش کاکل‌های ذرت با مقادیر ضریب تبیین (R²) 99.28 درصد و دقت متوسط (AP) 95.30 درصد حاصل شد. همچنین، عملکرد روش پیشنهادی به‌کار گرفته شده در این مقاله با الگوریتم‌های معتبر معرفی شده در این زمینه ,TasselNetv2+ Faster R-CNN و RetinaNet مقایسه گردید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که مقادیر ضریب تبیین برای این سه شبکه به‌ترتیب 77.86، 86.83 و 95.53 درصد می‌­باشد. همچنین برای الگوریتم‌های Faster R-CNN و RetinaNet مقادیر دقت متوسط 76.99 و 77.66 درصد به‌دست آمد. این نتایج نشان می­‌دهند که الگوریتم MYOLOv5s حداکثر مقادیر ضریب تبیین R² و دقت متوسط (AP)، دقت (Precision) و یادآوری (Recall) را دارد که بیانگر کارایی بالای روش پیشنهادی در تشخیص کاکل ذرت است. شایان ذکر است MYOLOv5s با دارا بودن سرعت پردازش 84 فریم بر ثانیه سریع‌ترین روش در تشخیص کاکل ذرت محسوب می­‌گردد.

چکیده در بین محصولات کشاورزی، برنج یکی از اصلی‌ترین منابع غذایی در کشورهای خاورمیانه، به‌ویژه ایران است. مقابله موثر و به‌هنگام با آفات مزارع برنج، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش رو در زمینه زراعت این محصول است. کرم ساقه‌خوار برنج (Chilo suppressalis) از آفات کلیدی گیاه برنج در شمال ایران می‌باشد. در حال حاضر، تشخیص نوع آفت‌هایی که به مزارع برنج هجوم می‌برند به نیروی انسانی و تجربه کافی متکی است. تشخیص آفت در مراحل اولیه به‌منظور به حداقل رساندن خسارت به‌عنوان اقدام پیشگیرانه ضروری است. توسعه هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، دریچه جدیدی را در صنایع مختلف از جمله کشاورزی صنعتی ایجاد کرده است. با استفاده از یادگیری ماشین می‌توان تا حدود زیادی از خطا‌های موجود در شناسایی آفت جلوگیری کرد. از طرف دیگر در سال‌های اخیر همگانی شدن استفاده از تلفن همراه هوشمند و توسعه شیوه دریافت اطلاعات داوطلبانه، امکان پایش خودکار به‌منظور کاهش نیروی انسانی برای کشاورزان فراهم شده است. هدف از این تحقیق، شناسایی خودکار کرم ساقه‌خوار برنج با استفاده از تصاویر تلفن همراه و معرفی و توسعه یک برنامه کاربردی برای کشاورز جهت شناسایی دقیق آفت است. از برنامه کاربردی توسعه‌داده شده برای کشاورز به‌منظور دریافت تصاویر کرم ساقه‌خوار برنج برای آموزش شبکه عصبی عمیق استفاده شد. سپس، با استفاده از تکنیک­های یادگیری عمیق به آموزش مدل پرداخته شد. نتایج حاصل نشان داد که مدل آموزش‌دیده با استفاده از تصاویر تلفن هوشمند با دقت 92 درصد و صحت 88 درصد عملکرد مناسبی در تشخیص آفت کرم ساقه‌خوار دارد.

چکیده تولید مواد غذایی در محیط شهری راهکار مناسبی برای به‌کارگیری فضاهای بلااستفاده می­باشد. هدف اصلی این پژوهش طراحی و ساخت یک کارخانه گیاهی مجهز به نور مصنوعی جهت استفاده در مناطق شهری می­‌باشد. از آن‌جا ‌که تامین نور مناسب از مهم‌ترین ویژگی‌های تاثیرگذار بر کارایی یک کارخانه گیاهی محسوب می‌شود، تعداد 8 تیمار نوری (B=1, G=0, R=2)، (R=2, G=1, B=0)، (R=1, G=0, B=2)، (R=0, G=1, B=2)، (R=1, G=1, B=1)، (R=0, G=0, B=1)، (R=1, G=0, B=0) و نور خورشید به‌عنوان شاهد و در سه تکرار مورد آزمایش قرار گرفت. گیاه مورد استفاده تربچه با نام علمی Raphanus sativus بود که پس از 5 هفته برداشت شد و پارامترهای مختلفی از قبیل کلروفیل، وزن تر و خشک، قند و طول گیاه اندازه­‌گیری گردید. بیشترین میزان کلروفیل a 0.964 و کمترین مقدار آن 0.318 میلی‌گرم بر گرم وزن تر برگ ثبت شد که به‌ترتیب برای تیمارهای (B1, G0, R2) و (R1, G0, B0) به‌دست آمد. بیشترین و کمترین مقدار کلروفیل b نیز به‌ترتیب مربوط به تیمار (R2, G0, B1) با مقدار 0.666 و تیمار (R1, G0, B0) با مقدار 0.229 میلی‌گرم بر گرم وزن تر بود. بیشترین و کمترین مقدار کارتنوئید نیز به‌ترتیب مربوط به تیمار (R2, G1, B0) با مقدار 74.75 میلی‌گرم بر گرم وزن تر برگ و تیمار (R1, G0, B0) با مقدار 30.6 میلی‌گرم بر گرم وزن تر برگ بود. بیشترین میزان قند 0.717 و کمترین مقدار آن 0.02 میکروگرم بر گرم وزن خشک برگ ثبت شد که به‌ترتیب برای تیمارهای (B1, G0, R2) و (R1, G0, B0) به‌دست آمد. همچنین بالاترین وزن تر و خشک گیاه مربوط به تیمار (R2, G0, B1) با مقادیر 0.27 گرم و 0.014 گرم و کمترین آن مربوط به تیمار (R1, G0, B0) بود که به‌ترتیب 0.155 و 0.007 گرم ثبت شدند. اما تیمارها بر طول گیاه تاثیر نداشتند و اختلاف معنی‌­داری مشاهده نشد. نتایج نشان داد که ترکیب نوری (R2, G0, B1) مناسب­‌‎ترین تیمار در سامانه طراحی شده بود.

چکیده مدت زمان مجاز مواجهه کاربر با ارتعاش یکی از عامل‌های اصلی در حفظ سلامت کاربر از یک طرف و بهینه‌سازی ماشین‌ها و تجهیزات از طرف دیگر می‌باشد. تحقیق حاضر به‌منظور محاسبه مدت زمان مجاز مواجهه کاربر با ارتعاش تراکتور ITM475 صورت پذیرفته است. آزمایش‌های این پژوهش با استفاده از یک ارتعاش‌سنج سه جهته و بر اساس استاندارد بین‌المللی ارتعاش ISO 2631-1 انجام گرفت. اطلاعات به‌دست ‌آمده براساس اندازه‌گیری‌های به‌عمل‌آمده از 18 تیمار و 3 تکرار مورد تجزیه ‌و تحلیل قرار گرفت. عامل‌های مورد بررسی شامل دور موتور در سه سطح 1500،1000 و 2000 دور در دقیقه، موقعیت دنده در سه سطح دنده 1، 2 و 3 و نوع جاده در دو سطح خاکی و آسفالت بود. بیشترین میزان ارتعاش کل بدن و به تبع آن کمترین مدت زمان مجاز مواجهه در جاده خاکی، دور موتور 2000 دور بر دقیقه، و دنده 3 بوده که مقدار آن‌ها به‌ترتیب برابر 1.49 متر بر مجذور ثانیه و 1.16 ساعت بود. ضمن رعایت مدت زمان مجاز مواجهه توسط کاربران این تراکتور، نیاز است تمهیداتی برای کاهش ارتعاش تمام بدن کاربر تراکتور مورد نظر اندیشیده شود.

چکیده مرحله برداشت از مهم‌ترین مراحل تولید بادام‌زمینی است. برداشت بادام‌زمینی به‌صورت دو مرحله‌ای است: مرحله اول شامل درآوردن کامل بوته‌ها از خاک است که به‌صورت یکسان انجام شد و مرحله دوم خشک‌کردن و جداکردن غلاف بادام‌زمینی از بوته گیاهی است. در این پژوهش، سه روش برداشت بادام‌زمینی در مرحله دوم بررسی شد. آزمایش بر پایه طرح کرت‌های خردشده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار انجام شد. کرت‌ اصلی شامل میزان رطوبت خاک در زمان برداشت در سه سطح: a₁-21%، a₂- 18% و a₃- 15% و کرت‌ فرعی شامل جداکردن غلاف بادام‌زمینی از بوته گیاهی در سه سطح: b₁- استفاده از کمباین کششی مخصوص بادام‌‍‌زمینی، b₂- کوبش با خرمن‌کوب پشت تراکتوری، b₃- روش دستی بود. پارامترهای اندازه‌گیری‌شده شامل ظرفیت مزرعه‌ای موثر، زمان موردنیاز برداشت، درصد تلفات مرحله اول و دوم برداشت، درصد تلفات کل و تعداد کارگر مورد نیاز بود. نتایج نشان داد مناسب‌ترین محتوی رطوبتی خاک برای شروع برداشت مرحله اول 18% بود. تفاوت اکثر پارامترها در میان تیمارها در سطح یک درصد معنی‌دار بودند. بیشترین و کمترین ظرفیت مزرعه‌ای موثر به‌ترتیب برای کمباین کششی و روش برداشت دستی برابر با 0.46 و 0.006 هکتار در ساعت بود. کمترین و بیشترین تلفات کل به‌ترتیب با 5.95 و 10.58 درصد مربوط به روش دستی و برداشت با کمباین کششی مخصوص بادام‌زمینی بود. بنابراین با توجه به نتایج به‌دست‌آمده کمباین مخصوص کششی برای برداشت زودهنگام بادام‌زمینی و روش دستی از لحاظ کیفیت مناسب محصول به‌دست‌آمده برای منطقه توصیه می‌شود.