基于离散元法的辊筒输送式鱼饲料投喂系统及图像颗粒计数技术研究

这篇研究论文创新性地设计了一种辊筒输送式鱼饲料投喂装置，通过辊筒输送机制减少自由下落颗粒的视觉重叠，并结合可编程相机模块构建颗粒计数系统。研究采用离散元法（DEM）模拟颗粒流动行为，建立融合自由落体动力学与相机触发时序的动态模型，实现低帧率下的高效颗粒追踪与计数（平均误差0.94%），为精准水产养殖的饲料计量提供了新方法。

　　

亮点

动态模型推导

假设颗粒以相同垂直速度$\hat{v}$进入相机视野区域（ROI），忽略空气阻力与颗粒尺寸，通过重力加速度$g=9.81m/s^2$推导相邻帧时间差$\Delta T$，确保颗粒被捕捉1-2次（图1）。

实验装置

辊筒直径34.7 mm，上方漏斗与辊面形成40 mm宽通道，通过调节槽宽与转速控制饲料流速。

离散元法（DEM）

DEM通过计算颗粒间接触力求解运动轨迹，模拟颗粒流的固-液混合特性，为动态模型提供流速范围$\overline{V_y}\pm 3{\sigma }_y$的关键参数。

动态模型设置与颗粒计数算法

引入水平方向容差范围应对环境振动导致的颗粒轨迹偏移，结合六西格玛原则统计流速边界，优化分界高度${\stackrel{～}{h}}_{\mathrm{div}}$计算，实时剔除重复计数颗粒。

结论

该辊筒输送机制有效减少颗粒重叠，动态模型与DEM的结合为精准投喂系统提供低成本、高效的技术路径，40次重复测试验证了方案的可靠性。