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引言
常见的茄果类蔬菜有茄子、番茄和辣椒等，经常出现在人们的餐桌上。这类蔬菜都有一个特点，就是其食用对象不是其本身，而是其果实。这类蔬菜的种植一般在冬季前或初春时节，对日照长短没有太高的要求，但花期需要充足的光照。但是更重要的是需要足够的养分，才能够有好的产量。这类蔬菜在种植时有较小的株距，较大的行距，能够方便通风和管理，所以对于这样的条件有机会实现施药自动化和机械化。在茄果类蔬菜的生长期内，易出现的病虫害主要有灰霉病、疫病、黄萎病、软腐病、红蜘蛛、蚜虫等，在大棚内更甚，并且易引发爆发性的病虫害。一旦出现病虫害后，不但对植株本身有害，而且会直接影响果实的质量。目前国内通常采用的是人工施药或者固定喷头施药，并且是均匀喷洒，所以必然会导致施药效率低下，不能很好的适应各种程度的病虫害，从而对产量和质量有较大的影响。因此，一款能够适应大棚内的环境，在不损伤植株的情况下，能够实现自主导航，并且能够根据植株受病虫害影响的程度和部位等进行变量施药的机器人是非常必要的。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外施药机械的研究现状
国外尤其是发达国家的适用于设施农业的机械起步早、起点高，已经达到了相当高的水平，成为相对成熟的产业，目前，世界上农业机械化比较发达的国家主要有荷兰、以色列、日本、美国、西班牙、法国和加拿大等国家[8]。温室植保机械已经得到了全面、快速的发展，其机械化、自动化水平都比较高[9]。国外通过应用先进的技术，实现了农业机械化和自动化，进而大幅度地提高了农业经济效益，并且一定程度上改善了生态环境。
澳大利亚国家温室中心研制的自主喷雾机器人可在热水管道上行走，当机器人结束一行作业时会发出报警信息，以此提示操作者执行换行操作，这种机器人在当地应用非常广泛[10]。
如图11所示，美国迪尔公司研制了一款基于GPS导航的4000系列自走式喷雾机，其内部采用平行追踪系统，可实现在一定范围内自动控制转向机构转向，但在控制喷雾机器人转弯方面性能欠缺[11]。
图11 美国迪尔公司4000系列自走式喷雾机
Belfortc.G等研发的温室机器人可实现温室中低成本的精准施药操作[12]。Mehta等人实 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: *351916072* 
现了温室内轮式机器人视觉位置标定的功能，通过确定目标物的位置实现轮式机器人实时位置标定的功能[13]。
美国的Singh等开发了六轮差动驱动的温室喷雾小车及其控制系统，基于视觉传感器和激光雷达实现精准导航，以达到精准施药的目的[14]。
1.2.2 国内施药机械的研究现状
随着国外设施农业机械化、智能化施药机械的发展，国内各高校、研究所等也相继投入对设施农业机械的研究。近年来，国内在此领域取得了一些长足的进步与发展。
张俊雄[15]等研发了一套温室内移动对靶喷雾系统，实现了对黄瓜等篱架型植物的精准喷雾。该系统主要由移动平台、机械臂、病害信息诊断和变量喷嘴4部分组成。移动平台采用高架导轨安装模式，可根据黄瓜垄地位置停车。
白如月[7]研制了一套适用于温室生产的机器视觉自主导航的无人施药系统，提出了田间行走道路图像处理的方法，设计了路径识别系统；搭建了四轮移动机器人施药平台；设计了模糊控制算法的自行走控制系统及施药控制系统。
高彬[16]研制了基于激光传感器实时采集温室路径以及靶标植株信息的变量喷雾机器人，运用嵌入式微型计算机和单片机实时分析处理激光传感器采集的深度信息，实现了喷雾机器人自主行驶和变量喷雾。
车延超[17]为实现田间自主导航行走、智能洒施药剂等功能，研究了基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人的结构及控制原理，其关键技术在于机器视觉的应用。机器人主要由COMS摄像头、承载系统、电机驱动系统、四杆机构的转向系统、基于模式识别的定点喷洒系统、中央控制系统六个部分组成。
江城[18]对超声雾化原理进行了研究，设计了适用于行距为6070cm的黄瓜大棚中行走的履带式机器人。结合黄瓜病虫害的实际情况，选配了超声喷头、超声发生器、气泵以及水泵等其他雾化器件。以喷头角度和施药距离为变量，根据黄瓜植株上中下部位不同，实现了变量施药。
1.2.3 存在的主要问题
从国内外在农业机械化方面的相关研究可以看出，国外研发的一些施药机械比较大型，并且相关技术比较先进，很多都运用到了实际中，并且取得了一些实际效益。但是国内的一些相关研究还在实验阶段，很多技术都还不成熟，很少有大规模应用的例子。另外，对于不同的对象需要不同的施药机械，国内外的研究中没有对施药机械进行详细的结构设计，绝大多数都是对其算法、控制等进行研究。所以总的来说对施药机械的机械结构方面的研究和设计是比较欠缺的。
1.3 论文的主要内容和安排
1.3.1 论文的主要内容
本文的主要研究内容是适用于设施茄果类蔬菜的施药机器人，主要是以大棚茄子和番茄为对象，能够适应大棚内的环境，可以实现自动导航和变量施药。主要研究内容有以下几个方面：
第一章绪论通过阅读文献，了解了设施农业、施药机械、自动导航等相关领域的内容，分析和总结了本课题的背景和意义，对国内外的研究现状作了简要的分析与总结。
第二章总体方案设计和第三章整机设计与硬件选型中以茄子和番茄的种植条件和环境，设计了施药机器人的机械结构和施药装置，将机器人分为了驱动、控制、施药、检测和支承五个部分，并对其硬件进行了选型和计算；
第四章有限元分析与校核用ansys软件对部分重要零件进行了分析和校核，再进行了相应的改进；
第五章自动导航和变量施药原理分析和方法选择中分析和总结了自动导航和变量施药的原理和方法，并对其进行了选择，为后续的研究作了基础。

原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/jdgc/610010.html