设施农业专用喷雾机器人研究进展

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摘要：设施农业生产环境特征是高温高湿，生长过程中病虫害危险较大，病虫害防治和根外追肥用工较多，对喷施人员健康影响较大。以自主研发的智能遥控喷雾器产业开发为平台，研究基于RaspberryPi的智能喷雾机器人技术，填补了国内设施农业智能机器人高效喷雾技术的空白。

关键词：设施农业；专用；喷雾；机器人；研究；进展

设施农业是将农业工程技术、农业机械化、农艺标准化与信息管理技术、环境控制技术有机结合的现代农业生产模式，是“互联网+现代农业”的最重要方式，具有提高生产能力和抗风险能力、增强农业企业市场竞争力的优点。大力发展设施农业，对促进我国农业现代化发展、保障农产品有效供给、促进农民增收致富都具有十分重要而深远的影响。推进我国设施农业发展要以设施装备、信息技术、环境智能控制技术为重点，以强化科技创新为核心，研发先进适用的设施农业机械装备，加快发展设施农业智能化管理，不断改善设施农业生产条件，提高设施农业有效供给能力。

1设施农业专用喷雾机器人研究的目标

设施农业生产环境最基本的特征高温高湿，在为作物提供优良生长条件的同时，也为大量植物病菌和部分害虫的繁殖提供了很好的发育环境，使得设施农业生产具有高投入、高产出、高风险的特点。设施农业生长过程中的病虫害危险增大，造成设施农业产品品质和产量降低，设施栽培的经济效益下降。因此，必须尽快提高我国设施农业装备水平，这样才能提高设施农业生产的安全性，满足居民对农产品质量要求，降低单位成本，提高设施农业生产效率，增强我国设施农业生产的综合竞争力。喷雾机器人就是针对设施农业生产中病虫害防治和根外追肥工作量大、喷雾质量要求高、封闭环境对喷药人员健康危害大等关键因素开发的喷雾装备。

2设施农业专用喷雾机器人研究历程

针对设施农业生产中病虫害防治和根外追肥要求，提高病虫害防治效率，减少劳动力成本，保障设施农业生产人员身体健康，研发小组自主研发了智能遥控喷雾器产业开发平台，研究基于RaspberryPi的智能喷雾机器人，填补了国内设施农业高效喷雾技术的空白。经过两年多的探索和研究，关键技术取得重要进展。甘肃省科技厅于2017年及时立项支持喷雾机器人研发计划，对研发人员给予大力鼓舞和支持，喷雾机器人的研究也取得了较大进展，目前研发已经进入中试阶段，在参加第二届兰州科技博览会展示期间，受到了广泛的关注和市场认可。

3设施农业专用喷雾机器人研究进展

3.1研发平台和基础

喷雾机器人研究以恒丰公司智能遥控拉杆移动式温室专用喷雾机为开发平台，恒丰公司半自动遥控喷雾器获国家科技部中小企业创新基金支持，通过有关部门组织的验收，实现了批量化生产，并具有良好用户使用口碑。研发团队在此基础上开发全智能喷雾机器人，结合甘肃金瑞园农业科技有限公司智能机器人底盘、智能控制内核等自主成熟技术，具有良好的技术可靠性。

3.2喷雾机器人的自主开发

为了减少温室喷施时农药的浪费，有效控制农药残留污染，针对温室栽培作物株行距较大的果菜类作物施药的农艺技术要求，设置了对应行和垄沟的测距传感器，实时采集喷杆到植株冠层的距离信息，通过信号调幅消除垄沟不平整产生的影响。将调幅后的冠层高度信息进行模式分析，从而达到精准喷雾，并且降低作业误差[1]。利用JRY-2型履带式农业机器人底盘，喷雾机器人已实现自主运动、自主工作，现阶段研究团队将进行机器人对工作环境数据的处理和在工作过程中机器人与操作人员的相关数据交流，数据交流技术是甘肃金瑞园农业科技有限公司在“日光温室智能化控制器”中使用的成熟技术，该控制器已成熟运用于多家设施农业基地，具有较强的技术依托，能够比较完整地移植于机器人数据交互应用[2]。

3.3喷雾机器人生产试验情况

JRY-PW-2智能喷雾机器人从提案研发开始甘肃金瑞园农业科技有限公司以比例缩小的方式进行模型定制，同步实现实际工作要求，用于获得控制程序及配件的可靠性论证，实验阶段模型具有良好的可靠性，各项功能完备。实地模拟试验中设备能够保证基本的使用功能，特别在JRY-2型机器人底盘的具有优秀的稳定性，使用过程中平稳可靠[3]。采用这种结构具有以下几个方面的优势：一是设计结构轻巧简单，适应性较好[4]；二是采用履带式移动装置，在垄沟地面不够平整时，具有一定的自动调节功能，实现平稳作业；三是喷头上升和下降过程中偏移较小，比其他升降机构喷施精度高；四是伺服电机摇臂和喷雾连杆在同一条直线上，有利于保护伺服电机，提高使用寿命。

3.4项目产品技术检测情况

基于RaspberryPi智能喷雾机器人，其电动喷雾设备获得技术鉴定成果，控制内核、喷头导轨、机器人底盘甘肃金瑞园农业科技有限公司内部进行相关的技术鉴定，具有使用寿命长、控制平稳、精准等特点。

4喷雾机器人使用的可靠性和安全性

JRY-PW-2智能喷雾机器人定型研发后，制作第一台测试版本，用于测试设备运动控制、越野能力测试，测试过程中底盘运动平稳，动力充沛，履带式驱动方式在转弯等地方具有较强优势。动力方面采用的2×8W直流电机，转速为50r/min，采用低速电机在运动过程中除提供充沛的动力之外，具有较强的安全性。

5喷雾机器人发展前景

设施农业专用喷雾机器人研发基于RaspberryPi设计，具有智能化程度高、喷雾均匀、节省用药、病虫害防治效果好、设备成本较低等特点，经济效益和生态效益显著。我国日光温室保有量基数大，智能化程度低，劳动强度大，喷雾机器人的批量化生产和推广应用市场前景广阔。

参考文献

[1]刘雪美，李扬，李明，等.喷杆喷雾机精确对靶施药系统设计与试验[J].农业机械学报，2016，（3）.

[2]朱大奇，颜明重.移动机器人路径规划技术综述[J].控制与决策，2010，(7).

[3]赵栋杰，张宾，王学雷，等.基于图像矩的室内喷雾机器人自动对靶研究[J].农业机械学报，2016，（12）.

[4]李猛，孙维连，赵树朋，等.农业喷雾机器人的机械结构创新设计[J].农机化研究，2018，(1).

作者：师丽丽 石建业 张小泉 石磊 李向伟 单位：定西市农业科学研究院