基于农林植物表型的智能喷雾机械研究进展

传统喷雾机械通常仅关注无生命的机械作业性能，而忽略了有生命的植物因素，造成喷雾机械智能化水平不高。文中在分析农林植物表型对喷雾机械设计方法和喷雾性能影响的基础上，系统综述国内外开展的智能喷雾机械研究，提出基于植物表型的智能喷雾机械设计方法研究展望，探讨分析基于农林植物表型特征参数的新型、高水平智能化喷雾机械，并指出农林植物表型技术的发展必将推动绿色智能喷雾机械的创新。     

环境友好型农药喷施机械研究进展与展望

在农林病虫害防治中,化学方法仍占主导地位,化学农药施用不当会引起农药浪费、环境污染和农药残留等问题。为此,本文阐述了国内外对农药雾化、在线混药、可变量控制、仿形喷雾、雾滴飘移控制、静电喷雾、智能对靶喷雾集成等关键技术的研究概况;综述了防飘移喷雾机、仿形喷雾机、喷杆喷雾机、杂草防除机械、果园喷雾机、智能喷雾机等6类典型地面植保机械的发展概况,以及包括植保无人机及其关键部件在内的典型航空植保机械的研究发展水平;提出了环境友好型农药喷施机械"绿色环保、精确高效"的研究理念,以及开展植保机器人与专用植保机械(植保机器人及其阵列、专用植保机械)研发、航空施药机具与植保无人机研究、智能物联农药喷雾系统(病虫草害靶标智能监测识别与防治预警系统、无线物联智能植保信息传输系统、立体智能协同农药喷雾系统)研究和植保机械关键技术(新型喷头及在线混药、智能化载运平台)研究等总体发展建议。     

基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法

为了规划出更加高效的植保无人机路径，提出一种基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法，该方法适用于多个具有复杂多边形边界与内部障碍物的三维作业区域。采用扫描方式生成水平面内的作业路径，经过离散化处理后，在三维地形曲面上插值，获得三维作业路径。在此基础上，建立作业路径生成算法，以三维作业路径总长度尽量短、作业路径数量尽量少为目标，对植保无人机作业航向进行寻优。改进蚁群算法通过附加记录作业路径进入点的机制，实现对三维作业路径的合理排序，生成总长度较短的转移路径。经过算例检验，针对同一作业区域规划出的三维作业路径与水平面内的作业路径的航向角存在较大差异，相差最大为92°，这说明考虑三维地形的必要性。算例中，将改进的蚁群算法与贪婪算法进行了对比，针对一系列相同的作业起点，改进的蚁群算法所得的转移路径总长度均较短，比贪婪算法所得结果缩短3%~28%；在未选定作业起点情况下，改进的蚁群算法与贪婪算法求得的转移路径总长度最小值分别为1661m与1763m，说明改进的蚁群算法具有良好的寻优能力。实例检验情况与算例所得结论基本一致。算例与实例中的作业区域边界与地形复杂，涵盖情况全面，表明本文提出的路径规划方法具有一定实用性。     

大型喷杆喷雾机钟摆式主被动悬架自适应鲁棒控制研究

针对大型喷雾机喷杆钟摆式主被动悬架系统存在的参数不确定性和随机干扰导致控制精度低、稳定性差的问题，对基于模型补偿的自适应鲁棒控制算法进行研究。建立了钟摆式主被动悬架的非线性动力学模型和调节机构几何方程，基于模型设计了自适应鲁棒控制器，综合悬架系统和电液位置伺服系统模型中存在的参数不确定性，同时兼顾系统未补偿的摩擦力和外部扰动等不确定非线性因素，通过理论分析和试验证明，在同时存在模型参数不确定和不确定非线性的情况下，设计的控制器可以保证系统输出跟踪控制的暂态性能和稳态精度。以单出杆液压作动器驱动的28m大型喷杆主被动悬架为例，借助建立的大型喷杆悬架半实物仿真平台进行了控制算法的试验验证，并使用Stewart六自由度运动平台模拟底盘的运动干扰，与反馈线性化控制器、鲁棒反馈控制器、PID控制器进行了试验对比，结果表明，设计的基于模型补偿的自适应鲁棒控制器最大跟踪误差0.148°，而反馈线性化控制器最大跟踪误差0.201°，鲁棒反馈控制器最大跟踪误差0.51°，PID控制器最大跟踪误差0.48°。设计的控制器在同时存在参数不确定性和扰动的情况下，使用较小的反馈增益能够保证渐进跟踪性能和稳态跟踪精度。     

Challenges and opportunities of unmanned aerial vehicles as a new tool for crop pest control

The application of pesticides is not simply delivering chemicals to the target area. It also involves considering the negative aspects and developing strategies to deal with them during the application process, to ensure the maximization of pesticides use efficiency and the maintenance of the ecosystem. Unmanned aerial vehicle (UAV) sprayers demonstrate unique advantages compared to traditional ground sprayers, particularly in terms of maneuverability and labor intensity reduction, showed great potential for chemical application in pest control. It is undeniable that there exist challenges in the practice of UAV spraying, such as higher potential risks of pesticide drift or pathogen transmission, uncertainty canopy deposition for different crops, and unexpected leaf breakage induced by downwash flow. Maximizing the utilization of downwash flow while avoiding lateral air movement outside the intended target crop area is a major issue for chemical application with UAV sprayers, particularly in light of the increasingly apparent consensus on the need for enhanced environmental protection during the chemical application process. It must be considered that the operation strategy in different scenarios and for different crop targets is not the same, unique requirements should be given on nozzle atomization, flight parameters, adjuvants and aircraft types in specific working situations. In future, the implementation of spray drift prediction, technical procedures development, and other solutions aimed at reducing pesticide drift and improving deposition quality, is expected to promote the adoption of UAV sprayers by more farmers. © 2023 Society of Chemical Industry.     

车载超低容量喷雾机液位自动检测装置的研究

目前喷雾机的药箱一般内置于喷雾机罩内,不易观察其液位的情况,给施药人员带来很多不便。基于这些实际问题而设计出一套液位自动检测及报警的控制模块,即当药箱液位低于设定的阀值时报警装置启动,提示药液不足以进行药箱的换接,从而避免漏喷或施药量不足。     

液压传动技术在烟草打顶机上的应用

针对烟草中后期田间管理阶段的打顶及喷施抑芽剂时,作业人员劳动强度大、生产效率低,严重影响烟草产量和质量的现状,研制出高地隙三轮自走式全液压烟草打顶机。该机采用T型车架及高架式机体,液压驱动行走、转向、制动系统,以及液压操纵烟草打顶、喷施药剂系统。该打顶机液压系统传递功率大、结构紧凑、布置灵活,且易于实现无级调速及过载保护,便于控制、操作简便,可高效地完成烟草打顶及喷施药剂作业。     

微型喷药机构型设计与仿真分析

针对三轮高地隙喷药机田间运行稳定性差和后轮轮距调整不方便等问题,设计了万向节动力转向机构、可伸缩车架及后轮转向机构等部件组成的微型高地隙喷药机。对机架进行了仿真模型建立、有限元应力-应变分析和响应曲面拟合优化设计,并对优化后模型进行了模态分析。结果表明:机架在满足性能和强度要求前提下实现了轻量化,整机各个机构匹配性能均满足设计要求,且车体运行平稳,后轮轮距调整方便,有利于三轮高地隙喷药机的应用与推广。     

自走式喷雾机自动控制系统的研制

根据小型自走式喷雾机在田间固定轨道完成自动行走以及自动喷雾的作业要求，成功研制了基于单片机的喷雾机自动控制系统，利用线性霍尔器件，成功设计了可以远距离检测到磁标志的位置传感器，解决了田间喷雾机移动位置的信号传感问题。该控制系统可以实现自走式喷雾机的运动及喷雾控制。     

刺梅嫩枝扦插育苗技术

使用全日照24h自动化间歇喷雾设备,采用半木质化刺梅嫩枝作插穗带叶扦插生根育苗的方法,具有生根速度快、育苗周期短、一年可生产多批及插穗来源丰富等优点,苗木成活率达97%。