大田对靶喷施机器人喷头位置解析与校正

对靶喷施技术是提高药液利用率、减少环境污染的有效手段,针对植保机械在非结构化农田环境中对靶喷施作业准确率低的问题,该研究采用空间误差补偿技术,基于所设计的大田对靶喷施机器人开展喷头位置解析与校正。采用辅助坐标位置关联法,构建基于机器人坐标、航向与结构参数的喷头位置解析模型,采用误差等效变换法,量化耦合误差分解项,最后综合对比各校正方法性能,优选均值校正法对重构的喷头位置解析模型进行校正。平整场地对靶喷施模拟与田间验证试验结果表明：高斯回归建模方法可实现机器人结构参数的准确估计,喷头与定位点的相对高度、相对距离平均偏差分别为4.3和1.3 mm;喷头距靶标中心的响应距离越长,对靶喷施准确率越高,系统稳定性越好;行驶速度为1 m/s时,0、15和30 cm的靶标引导距离下分别有94.4%、96.6%、99.4%样本的对靶喷施精度≤30 mm,对靶喷施准确率的变异系数分别为0.010、0.017、0.010。该研究可为大田机器人的末端执行器精准控制提供思路和方法,为大田植保机械的精准施药技术性能优化提供参考。     

智能植保机械专题数据库设计技术研究

传统植保机械不仅机械化、自动化、精确化程度不高,而且施药效率较低下,浪费的农药对环境造成了巨大的污染。因此研究智能化植保机械迫在眉睫,以减少防治成本,提高农药使用效率,保护生态环境。在分析植保机械发展现状的基础上,针对智能植保机械分析了建立数据库的必要性,开发完成了包括气象数据库、林木病虫害管理数据库、植保机械数据库、气候条件与喷施农药决策系统、植保机械作业决策系统在内的智能植保机械专题数据库,为科学合理地利用气候条件,提高林木病虫害防治效果提供科学依据和技术支持。     

室外农业机器人导航研究综述

农业机器人是现代农业技术的集中体现和未来发展趋势,当前研究中还存在着许多制约因素,其中导航是完成自动作业的关键,也是制约农业机器人发展的最大瓶颈。在长期的农业机器人自动导航研究中,经历路标、气味、机器视觉及星基导航等多种方式的研究和探索,其中视觉和星基导航逐渐成为当前导航研究的主要内容,星基导航以其成本低、系统结构简单、控制灵活等特点,必将在未来机器人导航领域占有越来越重要的地位。     

基于绿色农业的智能喷药机器人的设计与应用

随着农业生产的发展，传统的喷药方式存在着药剂浪费、环境污染和作物质量下降等诸多问题。通过智能喷药机器人的应用，提高农业喷药的效率、减少药剂的使用量和环境污染，以推动绿色农业发展和提高农产品质量。结合物联网、大数据和人工智能等技术，设计了一款由底盘、四轮驱动机构、自动配药装置、喷药装置及智能控制器、传感器等组成的喷药智能机器人，能在不同路况下行走工作。通过图像识别技术深度分析农作物所受病虫害情况，通过控制模块获取速度传感器、压力传感器及流量传感器瞬时数值动态调整药液浓度、喷药压力，实现喷药过程平稳工作。该系统的设计为后续根据作物生长态势精准靶向喷药及远距离喷药等功能实现提供思路。     

信息技术提升农业机械化水平

为适应中国现代农业建设的需要,保持中国农业机械化水平持续增长,实现中国农业可持续发展,该文提出,应将先进的信息技术融入中国农业机械的设计、制造、作业和管理等环节,使农业机械装备实现信息化和智能化,从而整体提升农业机械化水平。文中介绍了参数化设计、基于知识工程的农机产品设计、基于产品数据管理的并行协同设计等农机产品设计的关键技术;柔性制造、计算机集成制造、虚拟与网络制造等农机产品制造的关键技术;农情信息采集、农业机械导航、田间管理等农业机械作业的关键技术;农业机械管理、农业机械调度等关键技术。分析了这些关键技术信息化的不足,总结了世界各国的发展趋势,指出了用信息技术提升中国农业机械化水平应解决的核心问题。为加强农机装备的信息技术创新,该文建议,应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术;研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品;构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统,从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。     

移动式采摘机器人研究现状与进展

采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一，是未来智能农业机械的发展方向。移动式采摘机器人由机械手、末端执行器、移动机构、机器视觉系统以及控制系统等构成。机械手的结构形式和自由度直接影响采摘机器人智能控制的复杂性、作业的灵活性和精度。移动机构的自主导航和机器视觉系统解决采摘机器人的自主行走和目标定位，是整个机器人系统的核心和关键。该文对移动式采摘机器人的研究现状进行综合，提出目前采摘机器人技术发展中面临的技术难题及相应的对策，包括采用开放式控制系统。     

“十五”国家科技攻关计划重点项目“高效施药技术与机具研究开发”核心成果 果园自动对靶喷雾机

果园自动对靶喷雾机是中国农业大学植保机械与施药技术中心承担的国家“十五”攻关项目，2003年10月由国家农机具质量监督检测中心进行了性能检测，并通过了科技部的项目验收和鉴定。果园自动对靶喷雾机为果园病虫害的防治提供了一种新型精准、高效的施药机具，提高了农药的有效利用率和病虫害的防治效果，缩小了中国果园施药技术与国外先进水平的差距，其技术达到国际领先水平。通过生产应用，表明该机能够满足农业生产要求，     

基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平,解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题,该研究研制了一套基于三维Li DAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24m、地隙1.35 m,喷杆喷雾高度在0.5～2.5 m可调。变量施药系统采用16线激光雷达传感器,对作物的三维信息实时探测,安装于机具后端的脉宽调制(PWM,Pulse-WidthModulation)控制器从CAN总线上获取喷雾机的速度信息并传递给计算机,采用Python控制程序,融合激光雷达数据与实时速度信息绘制喷雾量处方图并发送给PWM控制器。建立了作物冠层高度与施药量之间的数学模型,根据作物冠层所需要的喷雾量,由控制器控制电磁阀的开闭实现精准变量施药。系统组装完成后,在甘蔗地进行田间试验测试。结果显示:激光雷达能够准确识别甘蔗株高,最大识别误差为8.42%,最小识别误差为0.17%,平均误差为4.59%,激光雷达将识别到的株高信息准确传递给变量施药系统。变量系统开启后,喷雾机会根据株高变化实时改变喷雾量,雾滴沉积密度满足相关标准要求。在变量施药条件下,植株上中下3层的雾滴沉积密度变异系数均小于15%,满足喷雾机(器)作业质量标准要求,机具整体作业性能良好。变量施药时布样区施药总量为56.43 L,相比常量施药的施药总量78.96 L,减少农药用量22.53 L,减幅28.5%。该研究可为高茎秆作物病虫害高效精准防治提供新的思路和方法,为新型精准变量施药机械的结构设计和高效施药技术性能优化提供参考。     

基于知识的视觉导航农业机器人行走路径识别

目前的农业生产方式引起了环境污染、生态恶化等诸多问题，研制具有精确作业能力的视觉导航农业机器人因而被较多关注。针对导航视觉系统采集的农田非结构化自然环境彩色图像，探讨了用于行走路径识别的适宜的彩色特征，并结合农田作业时农业机器人行走路径的特点，运用路径知识启发机制识别出行走路径。与传统的阈值分割算法的对比处理试验表明，此识别算法可以明显地改善路径识别效果。     

水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展

传统水产养殖的水下作业任务主要依靠人工完成,劳动强度大,危险性高,水产养殖水下作业面临严峻的人工危机。随着技术进步和制造成本的降低,将水下机器人应用于水产养殖作业有着巨大的需求空间。机器人水下捡拾作业强耦合、多干扰、时变、多体、多环节、作业目标规格形状不一,且作业的精度和速度要求高,机器人水下精准作业是困扰水产养殖界多年的公认难题。本文在对水下机器人-机械手系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)进行了系统分析的基础上,从弱光照、强耦合、非结构化海洋环境下UVMS的精准捕捞作业目标识别、时变多体捡拾作业条件下水下机器人-机械手系统动力学模型、多扰动条件下目标动物位置识别与定位模型、多约束条件下浅海养殖精准捡拾作业的优化控制等4个方面,对UVMS捕捞作业所涉及的关键技术的地位、国内外研究现状展开分析与讨论,并对所述关键技术的研究前景进行了展望,以期为水产养殖水下作业机器人软件开发提供理论依据和综合性参考。     

智能喷雾机器人的喷雾性能试验评价

摘要：该文对智能喷雾机器人温室对靶喷雾性能进行了试验评价。喷雾机器人采用视觉传感器采集植株和病害图像,提供病灶定位和病情信息。3自由度直角坐标系施药机械臂驱动变量喷嘴进行施药,根据病灶位置和病害程度选择性开闭喷嘴。试验对喷杆定位精度定量和药液节省率进行了试验分析。温室对靶施药机器人在3种病情等级下进行了试验,与传统施药方式相比,药液节省率达到60%以上,实现了对黄瓜等篱笆型植物精准施药。     

中国果园植保机械化技术与装备研究进展

果园植保是果园管理关键环节,其机械化发展水平直接影响水果种植的经济效益。为明确中国果园植保机械化技术与装备未来发展方向,该研究首先介绍了中国果园的主要种植方式、植保机械化发展水平及发展制约的因素,然后重点阐述了管道喷雾、风力辅助喷雾、静电喷雾、循环喷雾、变量喷雾和航空施药等植保机械化关键技术与装备的研究进展,概括分析了上述植保装备的农药利用率情况,最后结合中国果园种植特点提出了推广标准化果园种植方式、发展立体植保施药技术、推广专业化机械植保服务模式和研发智能植保机器人4个方面的建议,以期为中国果园植保机械化发展提供参考。     

基于WoS文献计量学和知识图谱的农业机器人进展与趋势

随着物联网、大数据、人工智能等技术的进步,全球农业机器人研究迅速发展.为了解全球农业机器人的发展现状,该研究基于Web of Science(WoS)核心数据,利用知识图谱可视化软件,绘制农业机器人研究领域知识图谱.研究表明:农业机器人研究大致可以分为4个发展阶段,当前农业机器人研究进入加速发展期,逐步向多功能、智能化...     

农业机器人视觉传感系统的实现与应用研究进展

论述了农业机器人视觉传感系统的主要实现技术和当前的应用现状，包括基于视觉传感原理的距离检测技术，基于视觉传感原理的工作对象特征识别技术和基于视觉传感原理的运动导航技术。基于双目立体视觉的测距方法可应用于葡萄和番茄采摘机器人，配备激光光源和红外光源的测距系统可在室外有效抵抗日光变化对检测结果的影响。几何形状、灰度级、颜色，尤其是农产品表面的反射光谱特性，可以用于农业机器人识别操作对象。人工路标方法是实现农业机器人视觉导航的简单方法，另外，直接基于田间作物在空间排列的特征也可实现农业机器人的视觉导航。最后讨论了农业机器人视觉传感系统的未来发展趋势。     

农用智能移动作业平台模型的研制

智能移动作业平台是实施“精细农业”的基础。自动导航控制技术是智能移动作业平台的重要技术之一。为了开展农田智能移动作业平台及其导航控制技术研究,将计算机技术、传感器技术、GPS技术和数据通讯技术等集成与融合,研制了一种以蓄电池为电源,电动机为动力的农用智能移动作业平台模型。在平台模型的基础上,开发了基于GPS和电子罗盘的导航控制系统。详细论述了导航控制系统的工作原理、控制方法。试验结果表明,该平台模型能按预定的路线行走,直线行走偏差在1 m以内,弯道行走偏差在2 m以内。通过对导航误差进行分析,提出了进一步改进的方法。该研究为“精细农业”作业平台研究进行了有益的尝试。     

自走式棉田打顶定向施药管理机的设计与试验

为解决棉田机械打顶施药效率低的问题,设计了一种基于自走式高地隙通用底盘的棉田打顶施药作业机。该机由高地隙通用底盘提供动力,通过传动系统带动药液泵、液压马达和离心风机等工作。该文重点论述了高地隙通用底盘、液压系统、风送系统、打顶装置以及定向施药装置等关键部件的设计。田间试验结果表明:当该机工作速度为1.5 km/h时,有风送时雾滴沉积量比无风送时提高60.38%,变异系数降低25.64%,机械百株打顶率是人工打顶的7~8倍,百株漏打率比人工打顶提高了30%,雾滴沉积性能和定向喷雾性能良好,整机作业时棉田通过性较强。该研究为提高棉田机械的作业效率,实现农机、农艺相结合的作业要求提供了参考。     

果园喷雾机自动对靶喷雾控制系统研制与试验

为提高农药利用率,减少环境污染,该文针对中国果园机械化作业条件差和传统果园喷雾机连续喷雾时存在果树间空隙无效喷雾的特点,设计了自动对靶喷雾控制系统,该系统以GY8履带自走式果园喷雾机为载体,采用传感器测距方式探测果树,实现自动对靶喷雾。通过对超声波、红外和激光3种传感器进行性能比较,及对超声波和激光2种传感器进行静态识别间距测试与分析,红外传感器受光强影响较大,超声波传感器识别间距超过800 mm,均不满足果园精确对靶喷雾控制要求,激光传感器静态识别间距只有20 mm,具有工作稳定、响应快速、方向性好等特点,故将激光传感器选为自动对靶喷雾机探测装置,并将激光传感器安装于喷头组件前方220 mm。采用连续3次检测靶标判别法设计了自动对靶喷雾系统,该系统可有效避免因激光光束较细而导致的将树冠内空洞、枝间间隙等误判为果树间空隙而出现的电磁阀频繁启闭动作。行驶速度为0.5 m/s时,自动对靶喷雾控制系统的动态靶标识别间距介于100~150 mm之间,行驶速度1.0 m/s时,动态靶标识别间距为200~250 mm。此外,该系统还具有提前及延后喷雾功能,自动对靶喷雾系统提前靶标95.0~157.5 mm距离开始喷雾,离开靶标100 mm距离停止喷雾,使喷雾完全覆盖整个树冠。与连续喷雾相比,对靶喷雾可有效节省施药量,对于空隙比为20.0%、35.2%、52.9%靶标行枣树,行驶速度为0.5 m/s时省药率分别达27.9%、53.7%、76.9%,行驶速度为1.0 m/s时省药率分别达27.3%、54.5%、81.0%。因此,该自动对靶喷雾系统对稀疏果园的精确对靶病虫害防治具有较好的实用价值。     

国外农业航空静电喷雾技术研究进展与借鉴

农业航空静电喷雾技术作为中国发展精准农业航空应用技术的内容之一,对农药的有效利用和减少环境污染有积极意义.农业航空静电喷雾技术在国外发展较早也相对成熟,美国已有应用于有人机的商业化产品,并在美国、巴西等国各类粮食作物、经济作物和杂草防治作业中开展了大规模田间应用.该研究首先从基础研究、田间应用和优化工作等方面梳理了国外...     

无人直升机喷雾参数对玉米冠层雾滴沉积分布的影响

为了阐明喷洒药械N-3型无人直升机(N-3 UAV)在玉米生长后期雾沉积效果及应用前景,研究了喷洒参数对玉米冠层雾滴沉积分布的影响。该试验研究以染料Rhodamine-B溶解成一定浓度的溶液代替农药进行喷雾,通过改变飞机的作业高度和横向喷洒幅度进行喷雾试验;采样点设置沿玉米高度方向分4层,用聚酯卡作为雾滴取样器采集雾滴。用荧光分光光度计测定雾滴在玉米某一区域的沉积量,由此获得雾滴沉积量在玉米植株不同层间分布的规律。结果表明:作业高度为5 m时,雾滴在目标上的总沉积量最少,离散程度最大,极差值为0.17;作业高度为7 m时,雾滴在目标上的总沉积量比作业高度为5和9 m时的沉积量大,雾滴沉积量的离散程度最小,极差为0.10;不同作业高度时,雾滴在玉米顶部、上部、穂部、下部的沉积效果和分布均匀性的变异系数不同,雾滴在玉米上部和穗部的沉积量高于顶部和下部的沉积量。在同一作业高度下(7 m),横向喷幅为5和9 m时,多喷幅雾滴沉积百分比的极差为38.4%和38.1%,变异系数为41%和34.4%;横向喷幅为7 m时,多喷幅雾滴沉积百分比的极差为26.3%,变异系数为25%,雾滴分布均匀性最好。小型无人直升机在玉米生长后期喷洒农药时,作业高度和横向喷洒幅度会影响雾滴在植株上的沉积量和分布均匀性,综合考虑雾滴沉积特性和喷洒效果情况下,应该选择飞行高度为7 m,横向喷洒幅度为7 m作为作业参数。该研究可为喷雾器具的优化设计、性能改进以及正确使用等提供技术依据;对合理喷施农药、提高喷洒效率、防治病虫害大面积暴发具有重要意义。