果园对靶喷雾红外探测系统的设计与试验

为了减少农作物非对靶喷施造成药液浪费和环境污染,对具有一定株距非连续种植的农作物采用自动对靶喷雾,将连续性施药转变为间歇性对耙施药,设计了一种基于模拟正弦调制的红外靶标探测系统,并对实际植株进行探测试验.结果表明,所设计的系统可对农作物靶标进行自动探测,探测距离范围为3.2～4.4m,探测间距平均值为0.22 m.     

喷雾施药靶标的红外线探测性能研究

[目的]研究红外线探测技术应用于对靶探测的性能、效果及影响因素,为实体植株的红外对靶探测提供理论依据和技术基础。[方法]以模拟靶标为试验对象,选用不同功率的红外发射管及光电开关放大灵敏度组合,针对不同反射物尺寸、光照强度和反射物反射率条件进行研究。[结果]"D36,F50"探头的探测距离和探测范围综合效果最佳,其最佳参数为:红外发射管功率为0.42 W,放大器灵敏度调节钮置为10档;探头"D20,F55"和"D36,F50"在探测距离上均有一段距离0点较大的空白值,且探测范围随探测距离的增大呈现先增后减的变化规律,并在接近探测距离中点处达到最大值;反射物(靶标)尺寸越大,光照强度越强,反射物表面反射率越高,探测效果越好。[结论]影响红外探测的3个要素为:反射物(靶标)尺寸、光照强度、反射物表面反射率。为获得较好的对靶探测效果,应选配合适的红外探测器。     

多态自动对靶风送式喷雾试验台的设计与试验

针对果园喷雾存在的药液沉积量低、农药浪费及环境污染等问题,拟设计1种集传感器探测技术、电子信息技术和风送式喷雾技术于一体的多态自动对靶喷雾试验台。该试验台主要由机架、风送系统、探测及其控制决策系统、药液管路系统和组合喷头喷洒执行机构等组成。对关键部件进行设计仿真,以获得最佳设计方案;设计控制多组合喷头的控制决策算法,实现多态自动对靶喷雾;进行喷雾性能的对比试验。结果表明,设计的多态自动对靶喷雾试验台,可以实现对不同冠层宽度靶标的多状态喷雾,作业效果良好,雾滴沉积量比普通风送式喷雾提高了34.07%,变异系数降低了25.60%;多态自动对靶风送喷雾相较于普通风送式喷雾的综合省药率大于20%,从而提高了农药的利用率,降低了农药残留量。     

果园喷雾机喷头自适应运动与自动喷雾控制系统研制与试验

为了在丘陵山地果园施药过程中达到自动对靶、精确施药、提高农药的利用率、减少对环境污染的目的,利用多个超声波传感器有效组合,识别果树位置自动调整喷头高度及距离;转动机构能自动调整喷头喷洒方向,使喷头能更好地对准果树,提高农药喷洒效果;系统能根据有无果树实时控制喷头开闭,降低农药损耗.试验结果表明,在车速为0.3m/s的情况下,喷头离树的距离能较好地控制在0.25~0.75 m范围,并能根据果树高矮自动调节喷头高度;转动机构使喷头始终对准果树,使果树侧面农药覆盖率从10%提高到30%以上.该系统实现了喷头自动对靶功能,自动适应果树形态变化;喷头转动机构弥补了系统滞后及超声波传感器分辨率不高的缺点,提高了树冠侧面的喷洒效果.     

可移植的对靶喷雾控制系统设计与试验

为解决果园传统风送喷雾机连续喷雾在果树间空隙引起无效喷雾的缺点,本研究设计了一种可移植的对靶喷雾控制系统,该系统采用3个单激光传感器探测靶标,PLC控制器依据传感器信号的逻辑运算控制相应的电磁阀通断,实现对靶喷雾、间隙不喷雾的功能。由于激光传感器光束较细,树冠内空洞和枝叶间空隙会导致单点对靶喷雾系统中电磁阀频繁开启,为此,本研究提出线性对靶喷雾控制方法。同时,在喷雾系统延时时间基础上引入提前延后时间,保证雾滴完全覆盖靶标。以主干形靶标为探测对象,以3WGF-300C型果园风送喷雾机为搭载平台进行试验,靶标株距为1.5 m,喷雾压力为1×10~5Pa,喷雾机行驶速度为0.48 m/s时,试验结果表明,相对连续喷雾作业方式,单点对靶喷雾作业方式能够节省55%的喷雾量,线性对靶喷雾作业方式能够节省37%的喷雾量;单点对靶喷雾作业上、中、下区域电磁阀分别平均通断44次、57次与40次,线性对靶喷雾作业各电磁阀平均通断20次。综合考虑系统喷雾量和系统稳定性,线性对靶喷雾作业方式在节约37%用药量的前提下大大减少了电磁阀的通断次数,能够降低系统故障率。     

温室弥雾机控制系统的设计

为实现温室环境人机分离自动变量施药,设计基于Wi-Fi与模糊控制的自走式自动变量风送弥雾机。施药系统以STM32单片机为核心,在Eclipse开发环境下采用Socket编程技术实现移动端与弥雾机端双向通信。为满足施药技术要求,采用Mamdani模型制定施药控制规则,将虫害覆盖率和茄子冠层高度参数作为模糊控制模型的输入,根据施药控制规则自动控制电磁阀和继电器以调控喷雾流量和控制施药时间,共同完成弥雾机变量施药。通过流量测定、模糊控制及自动与手动弥雾的沉积试验对施药系统进行验证,结果表明:1)施药控制系统可根据占空比准确调控喷雾流量,且占空比与喷雾流量线性度较好,拟合度为R~2=0.996 4,满足该设计喷雾范围要求。2)采样点与喷头距离为1~3m时对单位面积雾滴有效沉积量影响显著,且随着茄子冠层高度的增大和蓟马覆盖率的提高均会使单位面积雾滴沉积量显著提高。3)自动弥雾与手动弥雾沉积量的相对误差不超过0.8%,可满足变量喷雾的实际需求。     

葡萄树干精准对靶施药系统设计与试验研究

切根虫是对葡萄生长造成严重危害的害虫之一,它在夜间会从葡萄树根部爬到树冠上啃食新枝和嫩芽,对葡萄产量造成影响,因此必须有效的控制其危害.提出了精准对靶施药系统的设计理念,介绍了该系统的工作原理及结构组成,给出了主要部件的设计过程.通过模拟试验与传统带状施药系统的效果进行对比,得出:环形对靶施药系统在相同条件下,着药率提高了72％,成本节约了67.1％,大大减少了施药量,降低了环境污染.     

大宽幅对行施肥施药车的设计与试验

针对目前我国施肥施药机械存在作业精度差、肥药利用率低等问题,设计了一种大宽幅对行施肥施药车,通过采用幅宽拓展机构实现大宽幅作业,机具集成了3组施肥施药组件,每组施肥施药组件安装有10组施肥头与施药头,完全展开后的作业幅宽为7.5m,可同时对30行农作物进行施肥施药,停止作业后左右两侧的施肥施药组件可收拢至机身两侧,便于机具的道路行走和安放;采用对行调节机构实现施肥施药喷头与作物间的距离在0～140mm范围内可调;采用高度可调机构实现施药喷头距地高度在0.1～1.2m范围内可调,满足不同施药高度需要;基于液压技术设计了机具的液压驱动系统,机具的作业幅宽、对行距离和高度调节动作的实现均采用液压系统驱动;施药采用下倾式风送气力喷雾,利用气流提高农作物间的扰动量,提高药液的穿透力,使用Solidworks软件建立风送喷雾系统的3维模型,并利用Ansys中的Fluent模块对风送喷雾系统进行了仿真分析,计算得出最佳进气速率为0.9 kg·s-1;基于PLC设计了作业控制系统,控制模块的核心控制器采用西门子S7-200PLC,实现了机具操作的自动化控制;试制了施肥施药车样机,试验结果表明:各调节动作运行正常,各施药喷头的距出气口中心40cm处的射流核心速度均值为18.56m·s-1,标准差为0.087,气流速度分布均匀,机具设计合理。     

温室智能装备系列之六十七 出风口自调节风送变量喷药机器人开发及试验

<正>机器人替代人在温室高温高湿环境中进行喷药作业是设施生产的重要发展方向,减轻劳动强度同时提高施药精度,保护作业人员健康同时节省农药用量。采用风送方式作业能够提高施药雾滴均匀性,增大覆盖范围,非常有助于设施环境的施药作业。出风口高度位置和风量根据靶标差异自动调节能更加准确的实现精准喷药和药量节省效果。采用对靶方式识别作物的机器人是未来的研究重点。周恩浩等(2008)指     

温室智能装备系列之六十七 出风口自调节风送变量喷药机器人开发及试验

<正>机器人替代人在温室高温高湿环境中进行喷药作业是设施生产的重要发展方向,减轻劳动强度同时提高施药精度,保护作业人员健康同时节省农药用量。采用风送方式作业能够提高施药雾滴均匀性,增大覆盖范围,非常有助于设施环境的施药作业。出风口高度位置和风量根据靶标差异自动调节能更加准确的实现精准喷药和药量节省效果。采用对靶方式识别作物的机器人是未来的研究重点。周恩浩等(2008)指     

基于AVR单片机的自动对靶喷雾控制系统设计

设计以ATmega 16单片机为核心的自动对靶控制系统。该系统利用PC机作为上位机,控制摄像头定时摄取图像,利用2g-r-b颜色特征分割该彩色图像,当绿色颜色分量大于预设阀值时,便判定摄像头下有靶标,用PC机的串口通信系统发送指令到单片机,延迟预设的时间后,控制执行机构进行喷雾,实现自动对靶喷雾,并且可以设定延迟时间,从而实现在不同行走速度下的自动对靶喷雾。     

果园自动对靶施药机器人

本设计是以K60芯片为控制核心的果园自动喷药对靶机器人,主要有主控模块、电源模块、电机驱动模块、垄间道路探测模块、喷药模块、速度检测模块、提示模块。垄间道路探测模块采用夏普公司的红外测距模块对采集到的反射光谱信息进行处理,从而得到相应的距离。经过主控模块对距离的处理后,输出PWM给电机驱动模块,控制电机转动。速度检测模块采用光电对射传感器,对车轮转速进行检测。信息显示模块采用OLED模块,对机器人运动时间、距离和左右轮转速进行显示,还有喷洒药物的次数进行显示。     

一种用于农田激光定位的激光接收器的设计

为研制适于南方水田小面积作业的小型农机定位系统，设计了一套用于农田激光三点定位系统的激光接收器。激光接收器通过靶标随动机构实时调整接收靶的回转角度，确保其有效接收激光发射源发射的信号；为准确识别靶标上的激光光斑中心，建立了基于算术平均值滤波算法、中值滤波算法和α–β滤波算法的激光光斑预处理算法。将激光接收器安装在插秧机上进行激光接收动态试验，结果表明，当插秧机在距离激光发射器约100 m处以5、12、20 cm/s速度运动时，激光接收器均能准确接收激光发射器发射的激光信号，并识别着靶信息，实时反映出插秧机的运动状态。     

基于三维激光点云的靶标探测系统研究与试验

【目的】使用R-Fans-32三维激光雷达(LiDAR)研究植株三维激光点云与植株叶面积之间的关系,为变量喷雾系统提供数据支撑。【方法】假设植株激光点云数量与叶面积之间存在线性关系。搭建基于三维激光点云的靶标探测的试验系统,先测量靶标植株的高度来探究该探测系统的精度,激光雷达以10Hz的扫描频率和1m的探测距离实现对10株番茄的三维点云数据的获取,激光雷达上位机软件Ctrlview实现对三维激光点云数据的储存。利用Cloud Compare软件对储存的点云数据进行处理,利用LiDAR360软件对植株进行高度测量和点云数量的获取。对采集的植株点云进行数量统计,利用CL-202植物叶面积测量仪对采摘的靶标植株叶片测量叶面积,验证植株点云与叶面积之间的关系。【结果】激光雷达探测所得到的番茄植株的高度与手工测量值的最大相对误差为7.92%。利用线性函数拟合植株点云数量与叶面积,拟合度为0.7805,最大相对误差为5.64%。【结论】设计了一种用于探究基于激光点云的变量喷雾系统可行性的试验系统,依据三维激光点云计算植株的叶面积精度良好,R-Fans-32三维激光雷达可作为变量喷雾系统的探测部件。     

温室自动变量施药系统设计

针对温室内手动施药喷雾质量差、容易造成施药人员中毒的问题,基于AT89S52单片机开发环境设计温室自动变量施药系统;研究了喷杆行走速度和喷头流量对作物单位面积雾滴沉积量的影响。实验结果表明:所设计的温室自动变量施药系统可根据上位机对CCD采集的病害信息处理结果,对喷杆行走速度和喷头流量进行控制,实现无人自动变量施药;在喷头型号、喷雾压力一定的条件下,改变喷杆行走速度和喷头流量可使单位面积雾滴沉积量的变化范围为0.27~0.76μg/cm2,很好地实现了自动变量喷雾;单位面积雾滴沉积量与喷杆行走速度和喷头流量均呈线性关系,相关系数R2均大于0.99。     

Y型棚架式果园的3WZ-300风送喷雾机设计与试验

目的 针对Y型棚架式果树的需风特性设计一款风送喷雾机,探究机具对此树形的施药规律,为新式果园栽植工艺的植保机具设计提供参考。方法 结合棚架梨树Y型树冠需风特性,设计一款异形导风管,确定发散型射流口,喷雾范围可全面覆盖冠层,并进行整机配置,风机使用无级调速带轮进行调速。以作业速度、出口风速、出风口与冠层中部高度差作为试验参数,以靶标雾滴覆盖率、靶标雾滴沉积量以及地面雾滴沉积量作为评价指标,设计田间试验。利用Design-Expert软件建立响应曲面分析参数对指标的影响,并对机具作业参数进行优化。结果 优化结果表明：3WZ-300风送喷雾机在作业速度0.8 m/s、出口风速22 m/s、出风口中部与梨树冠层中部高度差为5.1 cm时,靶标雾滴覆盖率为39.79%,靶标雾滴沉积量为9.89 μL/cm²,地面雾滴沉积量为5.41 μL/cm²,有效附着药液占比60.1%。结论 该喷雾机满足果园作业要求,施药效果较好,为棚架式果园喷雾机的设计及机具参数优化提供了参考。     

基于农田环境因子模拟农药雾滴飘移特性

农药飘移污染辐射面广,极易造成非靶标区农作物药害、环境污染、生态平衡破坏等。开展雾滴飘移特性研究,对研发精准施药装备、优化喷雾参数具有重要的科学意义和指导意义。野外环境因素的多样性与多变性使得田间雾滴飘移特性研究复杂困难,试验结果存在不确定性。因此,基于低速风洞对温度、湿度、风场等农田环境因子的精准模拟,针对风速、雾滴粒径、雾滴群释放高度等3个影响雾滴飘移特性的主要因素开展试验研究,探讨其对雾滴运动规律的影响。结果表明,增大雾滴粒径有助于减少雾滴飘移;随着风速的增大,雾滴飘失量与飘移距离呈明显的递增趋势,且小粒径雾滴的飘移更易受风速影响;作业时喷头高度过高,会使雾滴更易于向远处飘移。     

几种杀虫剂对苹果黄蚜防治作用研究

通过试验,明确了各种试验药剂对苹果主要害虫蚜虫的防治效果和施药技术,以及对非靶标有益昆虫的安全性,筛选出高毒农药替代产品,为安全、合理使用和大面积推广提供一定理伦依据。     

翔龙3WWDZ-10型无人植保机

正近日,江苏沃得生产的翔龙3WWDZ-10型无人植保机隆重上市,该机单日作业量可达500亩,为人工作业效率的50倍以上,实现了更高的作业效率。据了解,翔龙拥有3部高精度毫米波雷达,前后两部斜视雷达可预先探测地形,让飞行器提前调整高度,并结合下视雷达进行精准定高。另外,沃得翔龙根据各种农作物的实际情况,进行了大量的仿地飞行试验,积累了可靠的数据,行业首家研发出多种农作物施药环     

设施蔬菜自动对靶喷药技术研究现状与分析

【目的】回顾与总结国内外设施蔬菜自动对靶喷药技术的研究现状与进展,为该技术在设施蔬菜自动对靶喷药机器人的发展应用上提供理论和科学依据。【方法】采用相关文献资料、实地调研的方法,汇总、整理及分析。【结果】导航技术国外主要采用基于GPS、机器视觉、激光雷达等技术开发的路径识别及智能避障技术,国内主要采用电磁诱导、基于GPS、激光雷达和视觉技术的道路边缘获取与道路识别技术。病虫害检测现阶段国外主要采用图像识别、红外成像和高光谱及基于深度学习的病虫害识别技术,技术较为成熟,国内现阶段主要采用图像识别技术,利用作物颜色、纹理及形状特征进行识别。国外对靶喷药采用机器视觉、激光主动视觉和超声波技术并结合传感器对目标作物进行识别,利用变速喷药技术在生菜、番茄等作物上进行了应用,国内开发了温室自主喷药机器人,采用机器视觉技术获取靶标病虫害位置信息,对喷头进行单独控制,以达到精准对靶施药的效果。【结论】导航技术、病虫害识别技术及对靶喷药技术是自动对靶喷药技术的核心。导航方面在温室中利用机器视觉和激光雷达技术相比GPS技术更加可靠、灵活,精准度更高,高光谱与病虫害识别技术可提高病虫害识别的效率,对靶喷药技术中目标作物的识别与冠层稠密程度的判断是发展趋势。