摘要
农药喷洒是农业生产过程中防治病虫害的重要手段，在温室密闭、高温高湿的环境中导致了病虫害情况相比大田更为严重，同时具有繁殖快和防治难度大的特点，严重时损失高达50％，但在农药使用上存在频次高、剂量大的问题，对温室环境中造成了严重的污染也影响了食品安全，同时也在危害着作业人员的人身健康，因此如何减少温室环境中的药物污染是现在面临的严峻问题。 本文基于国内外对靶喷雾研究现状，设计了一种基于激光雷达的温室对靶喷雾机器人，机器人能够在温室中自主行走，同时检测两侧有无作物信息，实时控制电磁阀的开闭，以达到对靶喷雾的目的，由连续喷雾变为间歇喷雾，减少了药物浪费。其主要的研究内容及结果如下: (1)对对靶喷雾机器人机械结构部分进行选型与设计，包括自主移动底盘、激光雷达、喷雾单元及机架等，采取了以激光雷达作为传感器，确定了风送式喷雾方式，阐述了喷雾单元的工作原理并对自动对靶喷雾机器人进行整机构建。 (2)介绍了自动对靶喷雾机器人控制系统整体结构和底盘自主行走原理，确定了自动对靶喷雾机器人对靶喷雾系统设计方案。上位机获取作物冠层位置信息，向下位机发送位置开关信息，实时控制电磁阀的开闭，以达到对靶喷雾的目的。 (3)对激光雷达进行了靶标间距测试。测试了激光雷达在不同行驶速度、与靶标不同距离下的靶标间距探测能力，当检测角度为15。，检测距离为1m时，激光雷达在设定的行驶速度下和有效检测范围内，可以识别的最小为0.2m的靶间距，其识别间距性能随着行驶速度与水平距离的增大而减小。对底盘行走系统进行了精度测试，并分析了对靶喷机器人工作时产生的滞后喷雾。 (4)对对靶喷雾机器人进行整机喷雾性能测试，在不同喷雾参数下连续与对靶两种喷雾方式下的对比试验中表明:当行驶速度从0.5m/s变化到1.0m/s时，对靶状态下的平均雾滴覆盖率由60.2％下降到43‰变异系数也从11％增大到14％，说明速度对对靶方式的影响较大。在空隙比为40％和33.3％的番茄作物行中，在0.5m/s的行驶速度下省药率为42.7％和35.3％，对靶喷雾准确率分别为95.5％和97.1％;在1.0m/s时，省药率可以达到43.3％和36.3％，准确率为94.5％和95.6％，取得了较好的效果。在作物空隙位置，喷雾机器人能够自主关闭喷雾，有效的减少药物浪费。
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