사탕수수 줄기는 기계 수확 과정에서 압축, 고정, 굽힘 등 복합적인 하중을 받지만, 기존 연구는 개별 하중 조건에서만 특성을 분석하여 방향성 및 길이 방향의 기계적 변동성을 충분히 반영하지 못했습니다. 이는 수치 모델의 정확도를 제한하는 요인이 됩니다.
본 연구는 이러한 변동성을 통합적으로 특성화하고 횡등방성 유한요소 모델에 적용하기 위한 실험 및 모델링 프레임워크를 구축했습니다. 성숙한 Guitang 21 품종의 사탕수수 줄기 기저부와 중간 마디를 대상으로 축 방향 압축, 반경 방향 압축, 3점 굽힘 시험을 수행했습니다.
실험 결과, 기저부 마디는 축 방향 탄성 계수 96.95 MPa, 등가 반경 방향 변형 매개변수 17.66 MPa, 등가 굽힘 반응 매개변수 174.10 MPa를 보였습니다. 중간 마디는 각각 65.90 MPa, 14.47 MPa, 140.39 MPa로 나타났습니다.
이러한 결과는 두 가지 일관된 기계적 특성을 보여줍니다. 첫째, 줄기 축 방향의 저항이 반경 방향보다 훨씬 크며, 둘째, 기저부의 기계적 저항이 중간 마디보다 체계적으로 강하다는 것입니다. 정량화된 매개변수와 검증된 모델은 기계 수확 장비의 고정, 이송, 절단 부품 설계를 개선하는 데 중요한 기반을 제공할 것입니다.
정밀 농업, 자산 관리 및 자율 운송 관리를 위해 농업 기계의 자동 시각 식별 시스템은 필수적입니다. 그러나 실제 농업 환경 이미지는 높은 클래스 내 다양성, 클래스 간 유사성, 그리고 가림, 눈부심, 모션 블러와 같은 통제 불가능한 환경 요인으로 인해 심각한 문제를 야기합니다.
본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 딥러닝 아키텍처인 MoEffNet을 제안합니다. MoEffNet은 EfficientNet 백본에 Mixture of Experts 레이어를 통합하고, 새로운 메타휴리스틱 알고리즘인 Refined Addax Optimization Algorithm (RAOA)을 통해 훈련 하이퍼파라미터를 최적화합니다. 이 동적 시스템은 입력값을 전문 전문가 서브네트워크로 라우팅하여 기계의 시각적 서브클래스에 대한 특징을 적응적으로 추출합니다.
MoEffNet은 12가지 유형의 기계 이미지 18,742개로 구성된 공개 데이터셋에서 98.72%의 Top-1 정확도를 달성했습니다. 이는 EfficientNet-B4, Vision Transformers, AMTNet 등 7가지 최첨단 방법보다 우수한 성능이며, 추론 처리량 또한 매우 빨라 엣지 컴퓨팅 환경에 적합합니다. Grad-CAM 분석 결과, 모델은 배경 아티팩트가 아닌 판별적인 기계 부품에 집중하는 것으로 나타났습니다.
이 연구는 비전 기반 농업 장비 인식 분야의 새로운 표준을 제시하며, 생체 영감 메타휴리스틱이 도메인 특화 신경망 아키텍처 개선에 효과적임을 보여줍니다.
본 연구는 잡종 벼 종자 생산 과정에서 발생하는 종자 오염, 협폭 재배 환경에서의 기계화 제초 어려움, 그리고 모본 손상 가능성 문제를 해결하기 위해 보행형 자율주행 웅성 불임계 파쇄 및 절단기를 개발했습니다. 이 기계는 핵심 절단 장치, 무중력 작물 분리 장치, 그리고 크롤러 주행 메커니즘의 세 가지 주요 구조로 구성됩니다.
절단 장치는 메인 샤프트 회전이 플레일 블레이드의 관성 자동 회전을 유도하고, 스토퍼 바가 최대 스윙 진폭을 물리적으로 제한하여 500mm의 작업 폭을 보장하는 혁신적인 메커니즘을 특징으로 합니다. 특히, 무중력 작물 분리 장치는 인접한 모본을 안전하게 밀어내어 기계적 손상을 효과적으로 방지합니다. DEM 소프트웨어 EDEM을 사용하여 유연한 식물 모델과 운동학적 모델을 구축했습니다.
3인자 3수준 직교 실험 결과, 웅성 불임계 절단율에 대한 영향 요인의 주요 순서는 전진 속도 > 플레일 블레이드 회전 속도 > 블레이드 배열 순이었습니다. 최적의 시뮬레이션 매개변수는 전진 속도 0.4 m/s, 블레이드 회전 속도 1700 r/min, 직선-곡선 블레이드 배열이었으며, 이때 시뮬레이션 절단율은 97.60%에 달했습니다.
현장 테스트에서는 복잡한 논 환경과 자연적인 식물 도복의 영향으로 실제 평균 절단율이 91.39%로 나타났습니다. 본 기계는 우수한 통과 성능과 파쇄 성능을 보여 농업 및 농업 기계 통합의 요구 사항을 완벽하게 충족시켰습니다.
