فهرست مطالب

پژوهش های مکانیک ماشین های کشاورزی - سال ششم شماره 2 (پاییز و زمستان 1396)

مجله پژوهش های مکانیک ماشین های کشاورزی
سال ششم شماره 2 (پاییز و زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/11/24
  • تعداد عناوین: 7
|
  • ندا عسگری فر، علی ملکی*، مجید لشگری صفحه 1
    انتقال انرژی مکانیکی،‏ از یک منبع مرتعش به بدن انسان،‏ باعث کاهش بازده،‏ ضایعات اسکلتی،‏ اختلال در راحتی فرد،‏ اختلال های فیزیولوژیکی و روانی انسان می گردد. نبودن سیستم های تعلیق در ماشین های کشاورزی سبب شده تا راننده این ماشین ها در معرض محدوده وسیعی از ارتعاش ها قرار گیرد. یکی از راه های کاهش ارتعاش های وارد بر سرنشین،‏ استفاده از فوم مناسب برای نشیمن گاه صندلی است. در این پژوهش،‏ میزان انتقال ارتعاش توسط فوم و اسفنج پلی یورتان و اثر عوامل مختلف در کاهش ارتعاش وارد بر بدن سرنشین بررسی خواهد شد. در این راستا فوم گرم،‏ فوم سرد و اسفنج پلی یورتان در ضخامت های 6،‏ 8،‏ 10 و 12 سانتی متر و جرم حجمی 5 /12،‏ 20،‏ 30 و 50 کیلوگرم بر مترمکعب،‏ در معرض ارتعاش قرار گرفتند. همچنین،‏ جرم سرنشین در سه سطح 75،‏ 90 و 105 کیلوگرم و شتاب تحریک در سه سطح مختلف در بازه 6-1 متر بر مجذور ثانیه به نمونه ها وارد شد. شتاب های ورودی و خروجی ثبت گردید و تحلیل های تجربی با نرم افزار MatLab و SPSS انجام شد. نتایج نشان داد،‏ انتقال ارتعاش فوم سرد کمتر از اسفنج و فوم گرم است (حدود 10 درصد).
    کلیدواژگان: انتقال پذیری، فوم پلی یورتان، ارگونومی، ارتعاش، صندلی
  • حامد رمضانی، حسن مسعودی *، حسن ذکی دیزجی، غلامرضا اکبری زاده صفحه 9
    با توجه به گسترش استفاده از تراکتور و ماشین های خودگردان کشاورزی،‏ آمار مرگ و میر ناشی از تصادف با ماشین های کشاورزی نیز رو به افزایش است. به همین جهت،‏ وجود یک سامانه هشداردهنده برای تشخیص موانع و انسان جلوی ماشین های کشاورزی جهت جلوگیری از تصادفات می تواند بسیار مفید باشد. در این پژوهش،‏ با هدف توسعه یک سامانه بینایی ماشین برای تشخیص انسان ایستاده در جلوی تراکتور جهت استفاده در سامانه های هشداردهنده یا هدایت خودکار وسایل نقلیه کشاورزی،‏ یک الگوریتم پردازش تصویر خاص،‏ طراحی و در محیط نرم افزار متلب به کار گرفته شد. در این سامانه با نصب یک دوربین در جلوی تراکتور،‏ تصویر جاده جلوی تراکتور به نرم افزار سامانه منتقل شد. در الگوریتم طراحی شده،‏ پس از حذف بخش های زائد تصویر ورودی،‏ با استفاده از اندازه گرادیان و تکنیک های آبگیر،‏ و سپس با تفاضل انسان از پس زمینه،‏ وجود انسان در تصویر تشخیص داده شد. مطابق نتایج به دست آمده از ارزیابی در برداشت های مختلف تصویر،‏ الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با دو روش معمول تشخیص انسان (هیستوگرام گرادیان جهت دار و آبشار) از دقت زیادی در فواصل 4 تا 20 متر برخوردار بود. میانگین مقادیر دقت شناسایی الگوریتم پیشنهادی در این فواصل،‏ 85 تا 94 درصد به دست آمد. نتایج تجزیه واریانس دقت عملکرد در شناسایی انسان نشان داد که اثر روش شناسایی و فاصله بر دقت شناسایی انسان و همچنین اثرهای متقابل تیمارها،‏ در سطح یک درصد معنادار بودند.
    کلیدواژگان: سامانه بینایی ماشین، _ پردازش تصویر، الگوریتم تشخیص انسان، تراکتورهای کشاورزی
  • مهدی رشوند، محمود امید*، حسین مبلی، محمود سلطانی صفحه 19
    عمده ترین روش تقلب در روغن زیتون،‏ مخلوط کردن روغن های گیاهی مانند ذرت،‏ کلزا،‏ آفتابگردان و سویا با روغن خالص زیتون است. هدف این پژوهش،‏ ارزیابی یک سامانه قابل حمل به منظور تشخیص تقلب روغن زیتون به کمک تلفیق فناوری های ماشین بینایی و طیف سنجی دی الکتریکی با حسگر خازنی است. به منظور طبقه بندی نمونه های روغن زیتون تقلبی و اصل با استفاده از ویژگی های فرکانسی و رنگ،‏ از تکنیک‍ های تحلیل مولفه های اصلی (PCA) ،‏ تحلیل تفکیک خطی (LDA) و شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. بهترین شبکه با ساختار 1-6-36 برای پیش بینی نمونه های مخلوط شده زیتون و آفتابگردان،‏ مقادیر ضریب همبستگی 944 /0 و میانگین مربعات خطا 006 /0 را ارائه داد. همچنین،‏ بهترین شبکه با ساختار 1-10-36 برای پیش بینی نمونه های مخلوط شده زیتون و کلزا،‏ مقادیر ضریب همبستگی 946 /0 و میانگین مربعات خطا 0003 /0 را ارائه داد. در گام نهایی از ترکیب ویژگی های دی الکتریک و رنگی به منظور مدل سازی مسئله استفاده شد. مقادیر ضریب همبستگی و میانگین مربعات خطا برای نمونه های مخلوط شده زیتون و آفتابگردان برابر 962 /0 و 008 /0 با ساختار 1-2-38 و برای نمونه های مخلوط شده زیتون و کلزا مقادیر 961 /0 و 0013 /0 با ساختار 1-16-38 حاصل شد.
    کلیدواژگان: تقلب، ماشین بینایی، _ شبکه عصبی مصنوعی، دی الکتریک، روغن زیتون
  • علی رشادصدقی *، اصغر محمودی صفحه 31
    با توجه به امکان مخلوط شدن انواع بادام سنگی،‏ نیمه کاغذی و کاغذی با ارزش اقتصادی متفاوت پس از برداشت محصول،‏ استفاده از یک سامانه جداکننده موثر برای عرضه محصولی یکنواخت به بازار فروش،‏ اهمیت بسزایی دارد. در این پژوهش با به کارگیری سامانه آکوستیکی برای درجه بندی ارقام بادام در سه طبقه بادام سنگی،‏ نیمه کاغذی و کاغذی،‏ سیگنال صوتی حاصل از سقوط و برخورد هسته بادام با صفحه فولادی،‏ با استفاده از یک میکروفون دریافت شد و ویژگی هایی نظیر دامنه،‏ فاز و چگالی طیف توان پس از پردازش سیگنال ها در حوزه زمان و با تبدیل فوریه سریع در حوزه فرکانس استخراج گردید. برای تشخیص و طبقه بندی سیگنال های صوتی،‏ تکنیک های هوش مصنوعی،‏ شامل شبکه عصبی مصنوعی و استنتاج فازی- عصبی تطبیقی (انفیس) به کار گرفته شد و کارآیی آن ها از نظر دقت مورد مقایسه قرار گرفت. شبکه عصبی مورد استفاده،‏ از نوع پرسپترون چندلایه با الگوریتم پس انتشار خطا و تابع یادگیری لونبرگ- مارکوارت (LM) بود. در طبقه بندی با مدل انفیس،‏ به دلیل محدودیت این مدل در تعداد ورودی ها،‏ از سه مولفه اصلی چگالی طیف توان که از اولویت بالاتری برخوردار بودند،‏ به عنوان ورودی و از تکنیک شبکه ای با روش بهینه سازی هیبرید برای آموزش استفاده شد. در مقایسه کارآیی دو تکنیک هوش مصنوعی در درجه بندی ارقام بادام،‏ مدل شبکه عصبی مصنوعی با میانگین دقت طبقه بندی 2 /96 درصد نسبت به مدل انفیس با میانگین دقت 81 درصد،‏ از عملکرد بهتری برخوردار بود.
    کلیدواژگان: استنتاج فازی، عصبی تطبیقی (انفیس)، استنتاج فازی، درجه بندی آکوستیک، بادام، آکوستیک، شبکه عصبی مصنوعی
  • حسین باقرپور*، حسنا محمدی منور صفحه 41
    اخیرا استفاده از حسگر GreenSeeker به دلیل دقت و سرعت مناسب در تشخیص شاخص سبزینگی مورد توجه بسیاری از کشاورزان قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش،‏ بررسی قابلیت این حسگر در اندازه گیری شاخص سبزینگی و امکان جایگزینی آن نسبت به روش های متداول است. در این پژوهش،‏ مقدار سطح کل برگ های کانوپی ها به روش پردازش تصویر اندازه گیری شد و بهترین تابع جداسازی کانوپی گیاهی از خاک،‏ G-R به دست آمد. با تحلیل نتایج،‏ همبستگی مناسبی بین شاخص سبزینگی و سطح بالایی کانوپی ها به دست آمد (84 /0R2=). نتایج نشان داد که بین این دو شاخص به دست آمده از این حسگر و دستگاه کلروفیل سنج مدل SPAD-502 همبستگی مناسبی (82 /0=R2) وجود دارد و این حسگر قابلیت مناسبی در اندازه گیری مقدار سبزینگی گیاه دارد. در بررسی اثر مواد آلی سطحی،‏ ریشه میانگین مربعات خطای حاصل از مواد سطحی بر خروجی حسگر 048 /0 به دست آمد که نشان می دهد این مواد تاثیر قابل توجهی بر خروجی حسگر ندارند. از آنجایی که هر کدام از محصولات دارای بازتاب ویژه ای در محدوده باند طیفی قرمز و مادون قرمز هستند بنابراین مدل به دست آمده در این پژوهش تنها مختص ذرت بوده و برای سایر محصولات لازم است به طور جداگانه مدل مربوطه استخراج گردد. در انتها می‏توان چنین نتیجه گیری کرد که حسگر GreenSeeker اگر در دوره سبزینگی گیاه مورد استفاده قرار گیرد،‏ قابلیت مناسبی در سنجش سطح کل برگ و سبزینگی گیاه خواهد داشت .
    کلیدواژگان: شاخص NDVI، _ ذرت، حسگر GreenSeeker، شاخص سطح کانوپی
  • سجاد درفش پور *، عارف مردانی صفحه 49
    امروزه یکی از محدودیت های جدی در پهنه مزارع کشاورزی،‏ وضعیت خاک های زراعی و تراکم خاک در اثر تردد ماشین های کشاورزی است. مدیریت تردد ماشین بر روی خاک،‏ وابسته به مولفه های هر سه بخش ماشین،‏ خاک و عملیات زراعی است. این پژوهش با هدف بررسی اثر سرعت پیشروی و بار روی چرخ و همچنین اثرهای تعدد عبور چرخ بر تراکم خاک لومی رسی انجام شده است. آزمایش های تجربی،‏ در محیط انباره خاک و با استفاده از یک آزمونگر تک چرخ انجام شد. بار روی چرخ در سه سطح 2،‏ 3 و 4 کیلونیوتن و سرعت پیشروی در سه سطح 5 /0،‏ 1 و 5 /1 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد. عمق نشست چرخ و میزان شاخص مخروط خاک به عنوان متغیرهای هدف در قالب ترکیب های مختلف تیماری و عبورهای مکرر چرخ در هر مسیر اندازه گیری شده است. نتایج حاکی از روند متغیر افزایش مولفه های مرتبط با تراکم خاک با تکرار عبور چرخ بوده است. اثر بار بر افزایش عمق نشست تنها تا تردد ششم معنی دار شده است. از طرفی میزان بار و تعداد تردد،‏ اثر معنی داری بر افزایش شاخص مخروط خاک داشت و در مقابل،‏ اثر سرعت پیشروی بر این مولفه با تکیه بر بررسی های آماری قابل چشم پوشی بود. همچنین،‏ تاثیر تعداد عبور چرخ بر عمق رد چرخ و نیز شاخص مخروط خاک در قالب مدل های رگرسیونی استخراج شده است.
    کلیدواژگان: چرخ، انباره خاک، تراکم خاک، تردد، شاخص مخروط
  • اررنگ جوادی، صاحب میرپناهی* صفحه 59
    مطالعه حاضر با هدف تعیین اختلال های اسکلتی- عضلانی و ارزیابی خطر ابتلا به این اختلال ها روی رانندگان تراکتورMF 399 در استان کهگیلویه و بویراحمد انجام شد. در این مطالعه،‏ وضعیت های بدنی 160 نفر از رانندگان تراکتور از میان کل رانندگان تراکتور استان با استفاده از جدول کرجی مورگان،‏ در چهار وظیفه و 20 وضعیت کاری با استفاده از روش ارزیابی سریع وضعیت کل بدن،‏ ارزیابی شد و میزان شیوع اختلال های اسکلتی- عضلانی به کمک پرسش نامه نوردیک به دست آمد. تجزیه و تحلیل نتایج با استفاده از آزمون های آماری t مستقل،‏ Chi-Square) X 2) و آزمون نسبت ها انجام شد. 9 /91 درصد از افراد مورد مطالعه در طی 12 ماه کار،‏ حداقل در یک ناحیه از بدن دچار اختلال های اسکلتی عضلانی بوده اند. بیشترین فراوانی مربوط به گردن (54 /83 درصد) و کمر (33 /75 درصد) و کمترین فراوانی مربوط به پا و قوزک پا (36 /17 درصد) بود. همچنین،‏ نتایج حاصل از تکنیک REBA نشان داد در میان 20 وضعیت کاری بررسی شده،‏ 7 وضعیت در سطح خطر متوسط قرار دارند که انجام اقدامات اصلاحی در مورد آن ها ضروری است و 13 وضعیت در سطح خطر بالا قرار دارند که اقدامات اصلاحی در مورد آن ها باید هرچه زودتر انجام شود. براساس نتایج به دست آمده،‏ عمده ترین مشکل ارگونومیک در پژوهش انجام گرفته وضعیت نامطلوب،‏ نیروی وارد بر زانو،‏ نیروی وارد بر کمر و خمش و پیچش گردن می باشد که نیازمند انجام اقدامات اصلاحی است.
    کلیدواژگان: روش REBA، _ تراکتور MF399، پوسچر، ارگونومی، اختلال های اسکلتی، عضلانی
|
  • N. Asgarifar, A. Maleki *, M. Lashgari Page 1
    Transmission of mechanical energy from vibration source to human body has different effects, such as reduced efficiency, skeletal lesions, disorder in the comfort, physiological and psychological problems. The lack of suspension systems on agricultural machines has causedthat the operators of agricultural machinery to be exposed to a wide range of vibrations indirectly. Use of suitable seat foam is one solution to reduce the vibrations. In this study, the vibration transmission of Polyurethane foam or sponge and effect of various factors for reducing vibrations is investigated. Therefore, different types of foam and sponge with a thickness of 6, 8, 10 and 12 cm, and densities of 12.5, 20, 30 and 50 kg/m3 were exposed to the vibration. Also the passenger mass and stimulation acceleration in three different levels were applied to the samples. Acceleration Data were records and the experimantal analyses were then performed with SPSS and MATLAB software. The results showed that vibration transmissibility of the cold foam was less than that of hot foam (about 10%). Considering the Anthropometrics data and the range of tractor operators mass in Iran (72-90 kg), and also due to the principles of ergonomics, the use of cold foam with a density of 50 kg/m3 (transferability of 26%), the thickness of 8-10 cm in acceleration of 3-4 m/s2 (transferability of 17%) is the most appropriate choice for the machines with high vibration seat.
    Keywords: Seat, Vibration., Transmissibility, Polyurethane foam, Ergonomics
  • H. Ramezani, H. Masoudi *, H. Zaki Dizaji, G.R. Akbarizadeh Page 9
    These years, the use of tractors and self-propelled agricultural machines has been caused to increase the human death numbers due to accidents with them. Hence, having an alarm system on agricultural vehicles for humans and obstacles detection can be beneficial to reduce the accidents. This study was aimed to develop a machine vision system for human detection to use in agricultural tractors. A camera was installed in front of the tractor, and an algorithm was then designed in MATLAB for image processing. After trimming the input image, the human was identified using watershed and gradient magnitude techniques, and also subtracting human from the background. According to the results of the algorithm evaluation in various image acquisitions, the proposed algorithm had high accuracy at distances of 4 to 20 meters compared with two common human detection methods (Histogram of oriented gradient and Cascade). Average accuracy of the proposed algorithm in these distances was within 85 - 94 %. The results of variance analysis for accuracy of human detection showed that the effect of identification method and distance on the accuracy of human detection were significant as well as the interaction effects between different parameters were significant at the 1% level.
    Keywords: Agricultural tractors, Machine vision system, Human detection algorithm, Image processing
  • M. Rashvand, M. Omid*, H. Mobli, M. Soltani Firouz Page 19
    The main fraud way in olive oil adulteration is mixing with other vegetable oils such as maize, canola, sunflower and soy oil. Therefore, the aim of this study was to evaluate a portable system to detect adulteration in olive oil using combination of machine vision and capacitive methods. To identify adulteration in olive oil by using frequency and color features, Principal Component Analysis (PCA) and Linear discriminant analysis (LDA) were thus applied. The best neural network model with 36-6-1 structure had R2 of 0.944 and mean square error of 0.006, for prediction of adulterated olive oil with sunflower oil. Also, the best model of neural network for olive-canola mixture had the structure of 36-10-1, R2 and mean square error of 0.946 and 0.003, respectively. Finally, a combination of frequency and color properties was used to develop the models. The R2 and mean square error of mixed samples of olive-sunflower were obtained as 0.962 and 0.008 for 38-2-1 network. For mixed samples olive-canola, the R2 and mean square error were obtained 0.961 and 0.0013 for the structure of 38-16-1 neural network.
    Keywords: Olive oil, Adulteration, Dielectric, Machine vision, Neural network
  • A. Reshadsedghi *, A. Mahmoudi Page 31
    Due to the possibility of mixing hard, semi soft and soft almonds with different market value after harvesting, using an effective separation system for supplying uniform products to the market is essential. In this research, in order to classify almond varieties, an intelligent impact-acoustic system was used. The system operation was done by dropping almond nuts onto a steel impact plate through a pipe. Then some features such as amplitude, phase and power spectral density (PSD) of almond nuts were extracted from the analysis of sound signal gained by a microphone in both time and frequency domains by means of Fast Fourier Transform (FFT). Principal component analysis method was used for reduction of the features. Two types of artificial intelligence techniques including Artificial Neural Networks (ANNs) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) were used to classify almond nuts and their performances were then compared. The ANN model used the multi-layer perceptron network with back propagation algorithm and Levenberg–Marquardt algorithm (LM) learning function. In ANFIS model, due to the limitation of inputs number, three principal components of PSD feature that had higher priority were selected as inputs and the almond classes as outputs. Also, hybrid optimization techniques were used for classification. By comparing the artificial intelligence techniques used here, ANN model with about 96.2% accuracy had better performance to classify almond nuts than that of the ANFIS model with 81% accuracy.
    Keywords: Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), Almond nut, Acoustic classification, Artificial Neural Networks (ANN)
  • Hoseein Baqerpuor *, Hoosna Mohamadi * Page 41
    Recently, optical GreenSeeker sensor, because of its accuracy and user friendly, has attracted the attention of many farmers to use it for measuring Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The main objective of this study was to measure the total leaf area of plants using this optical sensor and investigate the possibility of using this sensor instead of conventional methods. The images of all plots were recorded using camera and the G-R (Green-Red) was determined as a best function to distinguish soil from the leaf. Based on the Results, an appropriate relationship between total leaf area and NDVI was obtained (R2=0.84). Results of comparing Greenseeker and chlorophyll meter SPAD-502 indicated a promising accuracy of the Greenseeker sensor (R2=0.82) in measuring the plant chlorophyll. The root mean square error resulted from the effect of organic matter on sensor output was found to be 0.048. It must be noted that every product has a specific reflection in the red and infrared bandwidth, so the model obtained in this study just can be used for corn. For the other crops it is necessary to develop specific models. Finally, it is concluded that the GreenSekeer sensor can be used to determine the total top area of canopy and it provides the possibility of comparing the total leaf area of canopy between fields.
    Keywords: Canopy Leaf Are Index, Corn, Greenseeker, NDVI
  • S. Derafshpour*, A. Mardani Page 49
    One of the major limitations in farmlands is soil compaction caused by trafficking of agricultural machinery. Machinery trafficking management on farmland in terms of how and why is depended on the parameters of each section, soil and crop operations. This study was aimed at investigating the effects of wheel forward velocity, load and multi-pass on clay loam soil compaction. Experimental tests were conducted in the soil bin facility equipped with single wheel tester. Input parameters were velocity at three levels (i.e. 0.5, 1 and 1.5 m/s) and wheel load at three levels (i.e. 2, 3, 4 kN). Rut depths and cone index as research target variables were measured in different combinations of treatment and repetition of wheel passes in each direction. The effect of wheel load on the increase of rut depth was only significant up to sixth levels. Moreover, wheel load and number of passes over the same path had a significant effect on the increase of cone index. In contrary, the effect of forward velocity on this parameter is ignorable based on the statistical analysis performed. Furthermore, the effect of wheel pass number on rut depth and cone index was extracted as regression models.
    Keywords: Multi- pass, Soil bin, Cone index, Compaction, Tire
  • Arzhang Javadi, Saheb Mirpanahi * Page 59
    This study was aimed to determine human and machine causes including musculoskeletal disorders for 399MF tractor drivers in Iran, Kohgiluyeh and Boyer Ahmad province (city of Yasouj, Dena, Dehdasht and Gachsaran). The data was collected by using musculoskeletal and aided Nordic questionnaire and analyzed by SPSS 21 software as well as independent T-test and (Chi-Square) X 2. The mean age of the study population, was noted to be 36.33, mean weight and mean height were 85.35 kg and 172.82 cm, respectively. it was found that 91.9% of studied drivers suffered at least once in one part of the body during 12 months. The most frequent injuries and disorders proved to be neck (83.54 %) and back (75.33%), respectively and the lowest was the feet and ankles (17.36 %). The results obtained from Rapid Entire Body Assesment (REBA) technique proved that in 20 investigated work condition, 13 cases were in a high dangerous status and 7 ones were in mid dangerous status which need special attention. Main ergonomic problems were the force exerted on the knee, bending and torsion force on the waist and neck. This study indicated that the prevalence of work-related musculoskeletal disorders of MF399 tractor drivers needs to be urgently modified.
    Keywords: Musculoskeletal disorders, Technique REBA, Posture, MF399 tractor., Ergonomics