精确对靶施药室内测试系统的改进设计论文[带图纸].doc

南京林业大学本科毕业设计说明书南京林业大学本科毕业设计题目：精确对靶施药室内测试系统的改进设计学院：机械电子工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师：职称：副教授南京林业大学本科毕业设计说明书致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚谢意！人生的道路有许多的坎坷，不是一条通往光明之路，有痛苦，有伤心，有无助，也有面对一切所不能忍受的，这就是生活。但是生活中确实有许多美好的东西，有些时候你不会看到它的本身的色彩，如果你用这一种方式感受不到的话，不妨换一种方式去感受，也许它正是你所需要的那谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导经由您悉心的点拨再经思考后的领悟常常让我有“山重水复疑无路柳暗花明又一村”感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开种生活方式。千万不要放弃生活，你放弃了它，生活也就放弃了你，人生贵在的是感受，会感受才会有幸福，在生活中如果你感受的多了，那你才会感受到生活中的美好，你才会知道你在前世所选择的是今生的最正确的人生路。南京林业大学本科毕业设计说明书摘要精确对靶施药作为农作物、树木等主要的除病虫害方式，在我国植保措施中具有着十分重要的作用。本文根据对靶施药的发展，简单的阐述了它的研究现状；通过对靶施药的类型和改进的方式详细地介绍了对靶施药的发展状况；分析了对靶施药现状存在的一些问题，针对这些问题，提出了未来的发展趋势；最后对精确对靶施药室内测试系统的改进进行了总结与设想，并对其报以美好的祝愿。Summary:Preciselytargetpesticideapplicationwayascrops,treesandothermajoradditiontopestsanddiseases,plantprotectionmeasuresinChinahasaveryimportantrole.Basedonthedevelopmentofon-targetpesticideapplication,therewillbeabriefexplanationoftheResearch；detaileddescriptionofthestateofdevelopmentofthetargetpesticideapplicationbythetypeofthetargetpesticideapplicationandimproved；analysisofthestatusofthetargetpesticideapplicationexistssomeproblems,solvetheseproblems,thefuturetrendofdevelopment；Finally,asummaryandideasforaccuratetargetpesticideapplicationindoortestsystemimprovements,andreportedgoodwishes.南京林业大学本科毕业设计说明书目录1绪论1.1精确对靶施药概念及技术思想1.2研究背景意义及主要研究内容1.2.1国内外精确对靶施药研究现状及发展趋势1.2.2本文的主要研究内容及研究意义1.3本章小结2精确对靶施药室内试验测试系统的总体设计及零部件强度校核2.1精确对靶施药室内测试系统工作原理及组成部分2.2运动模拟部分设计及校核2.2.1传动方案的确定2.2.2电动机的选择2.2.3传动设计计算2.2.4带轮的强度校核2.2.5轴的设计及校核2.2.6精确校核轴的疲劳强度2.2.7张紧螺栓的选用及校核2.3本章小结3实验台具体单元设计3.1运动台架的设计3.2电动机架的设计3.3喷头移动组合台架的设计3.3.1喷头的横向移动性3.3.2喷头的纵向移动性3.4摄像头的多方位拍摄改进设计南京林业大学本科毕业设计说明书3.5变频器调控板的安放设计3.6水泵的位置优化3.7本章小结4药液的回收利用设计4.1利用泵实现药液的循环利用4.2集水容器的设计处理实验后药液4.3精确对靶施药室内测试系统功能的实现4.4本章小结5主要研究结论及进一步研究建议5.1主要研究结论5.2进一步研究建议参考文献附录南京林业大学本科毕业设计说明书11绪论1.1精确对靶施药概念及技术思想自新中国成立以来，在党和政府的领导下，我国的农业生产取得了很大的成就，在这可观的成就中，施药技术功不可没，但是人们在使用农药过程中存在着很多问题，比如施药过程中忽视田间病虫草害发生差异性和作物信息的差异性以及使用手段落后等，由于上述的问题而使大量的农药流失到非靶标环境中，造成人畜中毒和严重的环境污染，导致食品的污染和生态失衡。其主要原因是喷洒出去的农药只有很少的部分达到要防治的靶标上。Metcalf做了估算，从施药机械喷洒出去的农药只有2550能沉积到作物叶片上只有不足0.03的药剂能起到杀虫作用。这个问题在我国非常突出，目前我国化学防治面积已达2.87亿hm2，并且还在以每年0.13亿hm2的速度增长，每年我国都有100万t的农药制剂，1亿t药液喷洒到农田中，由于使用不当，造成的经济损失达数亿元。我国农药生产技术处予国际先进水平，而我国植保机械和农药使用技术严重落后的现状与我国高速发展的农药水平极不相称，已严重妨碍了农作物病虫害的防治，带来了诸如农药利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染、作物要害、操作者中毒等负面影响。在我国，农药利用率最好的也不足30，农药流失量高达6070，不仅经济损失重大，也造成了严重的“农残问题”和环境污染。喷药技术的落后严重影响着农药效力的发挥，普通的施药机械在田问工作时，不考虑杂草数量在空间上的分布情况将药液均匀的喷洒在整个田地间，这就导致了高密度的杂草区域和不包含或包含很少杂草的区域接受到同等量的药液。随着农业机械化的发展，作业面积越来越大，这种施药方式的弊端日趋严重，唯有实行精准施药技术，才能达到高产、优质、环保、经济的目的11。在我国，森林病虫害问题一直很严峻。目前，我国整个植保机械格局以手动和小型机动为主，防治功效低，大部分产品结构简单、价格低廉、技术含量低。近年来，随着各种新型施药技术的发展，大量新型的植保机械研制成功，为森林病虫害的防治工作做出了很大贡献。如防飘移技术，主要考虑的是农药雾滴在喷洒过程中由于风力等原因，使得大量农药未能到达靶标，而是飘散到地面等地，造成农药的浪费和对环境的污染。类似的还有静电技术，使用某种手段使喷洒出的农药雾滴带电，这样雾滴更容易到达靶标。精准施药技术是在认南京林业大学本科毕业设计说明书2定田间病虫草害相关因子差异性的基础上，充分获取农田小区病虫草害存在的空间和时间差异性信息，即获取地块中每个小区中国林业机械协会(每平方米到每百平方米)病虫草害发生的相关信息，采取技术上可行、经济上有效的施药方案，准确地在每一个小区上喷洒农药。对靶施药技术是精确施药技术中的一种，它是采用各种技术，大都是先采集到目标区域的图像，再对图像进行一系列的处理，得到靶标图像，在指导喷药系统对准靶标进行施药。这样同样减少了农药的浪费，降低了对环境的污染，而且大多数采用对靶施药的植保机械都有相应的动力系统，避免了大量人力操作，节省了劳动力12。1.2研究背景意义及主要研究内容1.2.1国内外精确对靶施药研究现状及发展趋势（1）国外的国外精确对靶施药技术的发展情况技术发达，技术应用广泛，YangChun-Chieh等用人工神经网络和模糊控制对除草剂的施用量进行了模拟控制，试验结果证明除草剂的对靶覆盖率为809013；美国伊利诺依大学(UniversityofIllinoisatUrbanaChampaign)农业工程系田磊等人开发的“基于机器视觉的西红柿田间自动杂草控制系统”和“基于差分GPS的施药系统”；美国加利福利亚大学戴维斯分校(UniversityofCaliforniaatDavis)研制的基于视觉传感器对成行作物实施精量喷雾系统等。与此同时，理论知识也得到了相当的积累，提出了许多用于作物杂草识别、决策控制的算法13。（2）国内精确对靶施药技术的发展情况相对于外国而言，我国在这方面科研投入比较少，近年来也很多新的技术在新起，其中研究的主要有：机器人技术，中国农业大学应用机器人技术完成温室精确对靶机器人，此系统适合在温室中使用，可节省农药，并且在整个操作过程中，人可以处于温室外操作，不会因为农药对人体产生危害。红外传感探测技术，中国农业大学的邓巍等人也对自动对靶喷雾的红外探测作了研究，主要确定了靶标特征波长，并建立了自动对靶喷雾的红外探测系统。单片机控制技术，中国农业大学的吴泽秫等人研究出一种基于AVR单片机的自动对靶喷雾控制系统，实验证明此系统运行稳定，在一定速度范围内能实现精确对靶，从而大大提高了农药的利用率。机器视觉技术，南京南京林业大学本科毕业设计说明书3林业大学的葛玉峰等人设计了一套基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统，实验证明此系统在低速状态下，有80左右的药液击中目标，显著提高了喷药的准确性，节省了大量农药6。（3）总体研究现状国内外的同类研究日星月异，随着时间的推移产生了很多新型技术，其中有以下几种：1、机器人技术。机器人技术有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是可以通过编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。中国农业大学应用机器人技术完成温室精确对靶机器人，对靶喷雾机器人整体结构包括移动平台、机械臂、病害信息诊断及变量喷嘴4个主要组成部分。2、红外传感探测技术。所谓的红外探测技术是利用红外线的漫反射来完成对靶标的位置探测，即靶标存在时，红外线接收管能接收到红外线；当靶标不在时，红外线接收管则接收不到红外线。中国农业大学的邓巍等人也对自动对靶喷雾的红外探测作了研究，主要确定了靶标特征波长，并建立了自动对靶喷雾的红外探测系统。3、单片机控制技术。单片机诞生于20世纪70年代末，自单片机问世以来，经过不断改进，逐渐发展为低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。中国农业大学的吴泽秫等人研究出一种基于AVR单片机的自动对靶喷雾控制系统。实验证明此系统运行稳定，在一定速度范围内能实现精确对靶，从而大大提高了农药的利用率。4、机器视觉技术。在对靶喷雾系统中，机器视觉技术使用计算机视觉系统来模拟人眼的视觉功能，通过摄像机等图像采集装置得到目标区域的图像信息，通过对目标图像的信息加以处南京林业大学本科毕业设计说明书4理，最终用于实际测量和控制等。南京林业大学的葛玉峰等人设计了一套基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统，此系统利用机器视觉技术采集实时树木图，通过对图像的处理完成对目标树木的分割与识别，再以图像信息来指导喷药装置，达到精确施药的目的12。目前，在喷雾机上应用注入式混药系统、过滤系统、自清洗系统、无人驾驶喷雾机技术及风送喷雾、静电喷雾、防漂移喷头、防风屏等技术，使喷雾机在更新结构，提高安全性能、药液在靶标上的附着率以及防治雾滴漂移方面都取得了明显的效果。低量喷雾和微量喷雾通过减少雾滴直径的方法来提高喷雾质量，有效地减少了常量喷雾对环境的污染。进入21世纪后，在喷雾机上应用图像识别技术和3S技术使自动对靶喷雾技术取得突破性进展。自动对靶喷雾技术主要有基于地理信息技术和实时信息采集与处理2种系统。自动对靶施药机械能够根据靶标的有无和靶标特征的变化有选择性地对靶施药，有效地提高农药在作物上的附着率，明显地减少农药在非靶标区域的沉降，获得了较好的施药效果，能够降低生产成本和减少农药对环境的污染13。1.2.2本文的主要研究内容及研究意义本文的主要研究内容如下：测绘现有试验台架。在保持现有试验台架基本型式不变的基础上重新设计带传动结构。设计摄像头与传动台