賈夢(mèng)實(shí) 張蓮潔 頓國強(qiáng) 高嵩 黃曉文 王詩雨

摘要：針對(duì)草莓植保機(jī)械化水平低、施藥效果差、農(nóng)藥污染等問題，根據(jù)草莓壟道設(shè)計(jì)一款自走式草莓施藥機(jī)。該施藥機(jī)配備履帶底盤、隔膜泵、機(jī)械臂及噴桿等部件。通過D-H參數(shù)法建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出理論運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，得到噴桿與各關(guān)節(jié)的相對(duì)位姿關(guān)系。通過Matlab軟件進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)仿真，模擬機(jī)械臂作業(yè)空間及軌跡。對(duì)機(jī)械臂作業(yè)軌跡進(jìn)行可靠性分析，得出最佳速度參數(shù)。結(jié)果表明：施藥機(jī)設(shè)計(jì)合理、推導(dǎo)的理論運(yùn)動(dòng)學(xué)方程準(zhǔn)確，能夠滿足施藥作業(yè)的需要，且達(dá)到作業(yè)軌跡可靠性原則的要求。當(dāng)履帶底盤速度為1.32m/s、基座轉(zhuǎn)角速度為10.16（°）/min、大臂轉(zhuǎn)角速度為30.41（°）/min、末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)角速度為81.33（°）/min時(shí)，噴桿與作物能夠保持穩(wěn)定的相對(duì)高度，設(shè)備作業(yè)軌跡與理想作業(yè)軌跡最貼合。

關(guān)鍵詞：植保機(jī)械；草莓施藥；施藥機(jī)械臂；Matlab；運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：S22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2023） 070085

07

Design and trajectory simulation reliability analysis of a self-propelled strawberry applicator

Jia Mengshi， Zhang Lianjie， Dun Guoqiang， Gao Song， Huang Xiaowen， Wang Shiyu

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Northeast Forestry University， Harbin， 150040， China）

Abstract： In response to the problems of low mechanization level， poor application effect， and pesticide pollution in strawberry plant protection， this article designs a self-propelled strawberry applicator for strawberry ridges. The pesticide applicator is equipped with components such as a track chassis， diaphragm pump， mechanical arm， and spray rod. Using the D-H parameter method， the mathematical model of the manipulators movement is established， the theoretical kinematics equation is derived， and the relative position and attitude relationship between the spray bar and each joint is obtained. The motion simulation of the robotic arm is carried out using Matlab software， and the operating space and trajectory of the robotic arm are simulated. Finally， reliability analysis is conducted on the trajectory of the robotic arm to obtain the optimal speed parameters. The results show that the design of the pesticide applicator is reasonable， and the derived theoretical kinematics equation is accurate， which meets the needs of the pesticide application operation and adheres to the reliability principle of the operation track. When the track chassis speed is 1.32m/s， the base angle speed is 10.16（°）/min， the boom angle speed is 30.41（°）/min， and the end effector angle speed is 81.33（°）/min， the spray bar and crop can maintain a stable relative height， and the equipment operation trajectory is aligns closely with the ideal operation trajectory.

Keywords： plant protection machinery; application of strawberry medicine; applicator arm; Matlab; motion simulation

0 引言

草莓作為廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物之一，在生長(zhǎng)、結(jié)果的過程中容易受病蟲害的侵?jǐn)_，為了保證其產(chǎn)量的穩(wěn)定，農(nóng)民需要采用化學(xué)農(nóng)藥來進(jìn)行防治。目前，草莓施藥作業(yè)仍以人工方式為主，存在作業(yè)強(qiáng)度大、效率慢，農(nóng)藥漏撒等問題。植保機(jī)械在保證高效精準(zhǔn)作業(yè)的同時(shí)降低了人工強(qiáng)度和環(huán)境的污染，有助于提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收益和降低成本，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展［12］。

針對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中常見的農(nóng)藥漏灑污染以及高強(qiáng)度的人工施藥問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)植保機(jī)械進(jìn)行了大量研究。Zaman等［3］設(shè)計(jì)了一款農(nóng)藥實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)噴灑自動(dòng)變速噴霧器，該噴霧器采用超聲波識(shí)別技術(shù)，對(duì)靶向作物進(jìn)行超聲波信號(hào)分析，獲得靶向作物相對(duì)于噴桿的高度，并通過調(diào)整噴桿實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥。權(quán)龍哲等［4］針對(duì)風(fēng)速和設(shè)備移速等因素設(shè)計(jì)了抗風(fēng)擾對(duì)靶機(jī)械臂，通過圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了噴頭的精準(zhǔn)施藥。這些技術(shù)的開發(fā)對(duì)降低農(nóng)藥漏撒和污染的風(fēng)險(xiǎn)，減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果來看，目前針對(duì)草莓作物使用的施藥機(jī)研究相對(duì)較少。本文基于現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)施藥機(jī)械研究，對(duì)機(jī)械臂改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并根據(jù)草莓作物特點(diǎn)進(jìn)行改善，設(shè)計(jì)自走式草莓施藥機(jī)。

1 草莓施藥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 草莓高壟栽培特點(diǎn)

本文以最常見的草莓品種（寧玉草莓）為例，草莓的種植通常采用高壟形式栽培，該形式具有水肥調(diào)控、增產(chǎn)、土質(zhì)松散和滲水性好等方面的優(yōu)點(diǎn)。高壟種植的標(biāo)準(zhǔn)是單一壟面寬約長(zhǎng)60cm，高度約在35cm，每個(gè)壟面上種植一到兩行草莓。在實(shí)際生產(chǎn)中，高壟栽培已經(jīng)成為草莓種植的主流模式，面積占總草莓種植面積的90%以上［5］，如圖1所示。

1.2 施藥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一款適用于草莓作物施藥的自走式草莓施藥機(jī)，該施藥機(jī)的設(shè)計(jì)基于國內(nèi)外植保機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)，采用履帶底盤作為移動(dòng)平臺(tái)，具有較好的減震效果，可以克服地形的凹凸起伏［6］。同時(shí)，隔膜泵和離合器配合的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藥液的停頓，達(dá)到施藥量均勻的效果［78］。在作業(yè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)提供施藥機(jī)動(dòng)力，并通過減速箱帶動(dòng)履帶底盤移動(dòng)。隔膜泵將藥業(yè)箱中的農(nóng)藥抽取到噴桿噴頭中，最終由機(jī)械臂帶動(dòng)噴桿達(dá)到作物冠層面的上方，完成作物施藥作業(yè)，如圖2所示。

在施藥機(jī)作業(yè)過程中，由于草莓植株生長(zhǎng)高度不一，施藥噴灑高度需要根據(jù)作物高度進(jìn)行調(diào)整。為此，施藥機(jī)采用超聲波探測(cè)作物冠層高度，來調(diào)整噴桿高度，確保實(shí)現(xiàn)理想的噴灑效果，從而減少農(nóng)藥的浪費(fèi)與污染。噴桿被設(shè)計(jì)成可以同時(shí)對(duì)六條壟道進(jìn)行施藥作業(yè)。通過對(duì)作物發(fā)射和回收超聲波信號(hào)，測(cè)量作物高度與噴桿的距離，機(jī)械臂根據(jù)信號(hào)調(diào)整噴桿高度。分支噴桿通過定位裝置調(diào)整高度，與壟溝保持適當(dāng)高度距離。機(jī)械臂和噴桿的調(diào)整，能夠根據(jù)壟道的趨勢(shì)來完成草莓施藥作業(yè)，讓藥液完美的覆蓋在作物冠層面上。自走式施藥機(jī)械臂結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自走式草莓施藥機(jī)的施藥模塊由機(jī)械臂的大臂和噴桿部件組成。在作業(yè)中，如果采用傳統(tǒng)的大臂—小臂結(jié)構(gòu)形式，那么機(jī)械臂的腕部下方會(huì)在調(diào)整高度的過程中產(chǎn)生施藥噴灑死角。自走式草莓施藥機(jī)的基座電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)在-60°～60°之間，保證大臂在最外角處時(shí)，末端執(zhí)行器方便更換噴頭。同時(shí)也使得大臂下側(cè)被部件遮擋面積最小化，保證了施藥效果穩(wěn)定。大臂電機(jī)轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)在0°～40°之間。噴桿電機(jī)轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)在0°～15°之間。這樣能夠使得超聲波感應(yīng)器處于合適的接收信號(hào)高度。

1.4 機(jī)械臂軌跡可靠性分析

在理想狀態(tài)下（設(shè)備勻速移動(dòng)、無顛簸），噴桿能夠與草莓作物的冠層面保持絕對(duì)范圍內(nèi)的穩(wěn)定高度，此時(shí)噴灑效果最為理想。但是在實(shí)際中，施藥機(jī)因?yàn)榈妆P和機(jī)械臂各關(guān)節(jié)速度變化等原因?qū)е伦鳂I(yè)軌跡偏差，無法保持實(shí)際軌跡點(diǎn)與理論軌跡點(diǎn)重合。本文基于可靠性的原則，對(duì)設(shè)備移速，機(jī)械臂關(guān)節(jié)變量等因素進(jìn)行分析。根據(jù)多組數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件對(duì)多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的作業(yè)路徑進(jìn)行分析。最終得出設(shè)備的最佳移速以及機(jī)械臂最佳關(guān)節(jié)變量速度。

2 自走式草莓施藥機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

2.1 施藥機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

為實(shí)現(xiàn)自走式草莓施藥機(jī)的精準(zhǔn)施藥效果，對(duì)機(jī)械臂位姿改變的描述非常重要。為了描述和分析機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，需要建立機(jī)械臂各連桿之間、機(jī)械臂與周圍環(huán)境之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。采用建立D-H參數(shù)法，搭建自走式草莓施藥機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，連桿坐標(biāo)系如圖4所示。根據(jù)機(jī)械臂各連桿的尺寸和建立的連桿坐標(biāo)系，可得機(jī)械臂D-H連桿參數(shù)，如表1所示。

運(yùn)用D-H參考系的齊次變換矩陣對(duì)機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行推導(dǎo)，從而獲取噴桿末端位姿。通過齊次變換推導(dǎo)得出i－1iT，如式（1）所示。

i－1iT=

cosθi－sinθicosαisinθisinαiaicosθi

sinθicosθicosαi－cosθisinθiaisinθi

0sinαicosαidi

0001

（1）

式中：

i－1iT——

第i坐標(biāo)相對(duì)于第i-1坐標(biāo)的齊次變化的矩陣。

01T、12T、23T，再將01T～23T依次相乘可得出末端執(zhí)行器（噴桿）相對(duì)于O1X0Y0Z0的相對(duì)位姿03T，如式（2）所示。

03T= 01T12T23T=

noap

0001

（2）

最終可得末端執(zhí)行器的空間位置向量p，計(jì)算如式（3）所示。

px

py

pz

=

c1（a3c23+a2c2）

s1（a3c23+a2c2）

a3s23+a2s2

（3）

草莓施藥機(jī)械臂空間位姿矢量［n o a］記為式（4）。

noa

=

c1s23－c1s23－s1

s1c23－s1s23c1

－s3c230

（4）

其中，s23=sin（θ2+θ3），c23=cos（θ2+θ3），ci=cosθi，si=sinθi。

2.2 施藥機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

自走式草莓施藥機(jī)末端執(zhí)行器的位姿點(diǎn)可以通過噴灑的靶向物坐標(biāo)獲得，即（n，o，a，p）已知。由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械臂整運(yùn)動(dòng)學(xué)中的參數(shù)di為零（關(guān)節(jié)處未產(chǎn)生偏移），所以在計(jì)算機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)時(shí)，只求出關(guān)節(jié)變量θi即可。根據(jù)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可知px，py，pz（末端執(zhí)行器的正運(yùn)動(dòng)位置矢量），因此可得式（5）。

θ1=Atan2（py，px）

（5）

根據(jù)代數(shù)解法可知

a2c2+a2c23=px2+py2

（6）

令γ=px2+py2，

根據(jù)式（3）可得

c23=γ－a2c2a3

（7）

s23=pz－a2c2a3

（8）

根據(jù)三角函數(shù)可知

pz－a2c2a32+γ－a2c2a32=1

（9）

根據(jù)式（8）、式（9）整理可得

θ2=

Atan2（pzs2+γc2，pz2+γ2－（pzs2+γc2）2）－

Atan（γ，pz）

（10）

θ3=Atan2（pz－a2s2，γ－a2c2）－θ2

（11）

3 施藥機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

3.1 單位時(shí)刻內(nèi)作業(yè)空間可視化

自走式草莓施藥機(jī)的機(jī)械臂作業(yè)區(qū)間為機(jī)械臂在作業(yè)過程中，單位時(shí)間內(nèi)噴桿能夠到達(dá)空間點(diǎn)的集合。對(duì)噴桿作業(yè)空間的可視化仿真，是檢驗(yàn)機(jī)械臂位姿設(shè)計(jì)合理性的重要一項(xiàng)。根據(jù)D-H連桿參數(shù)，在Matlab中運(yùn)用機(jī)器人工具箱進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖5所示。

由圖5機(jī)械臂作業(yè)空間仿真可以看出，在某單位時(shí)刻內(nèi)，其作業(yè)空間類似于扇形。根據(jù)D-H連桿參數(shù)設(shè)計(jì)的機(jī)械臂作業(yè)過程中，理論設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)計(jì)能夠在大臂下方產(chǎn)生的死角最小化，能夠滿足作業(yè)的需要。

根據(jù)之前設(shè)計(jì)的D-H連桿參數(shù)，在Matlab中使用機(jī)器人工具箱，建立機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，驗(yàn)證機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的正確性。其中，第一關(guān)節(jié)變量q1（-60°，20°，-15°）與第二關(guān)節(jié)量q2（60°，40°，0°）分別代入式（1）和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中。

理論計(jì)算結(jié)果如式（12）所示。Matlab計(jì)算結(jié)果如式（13）所示。

對(duì)比結(jié)果可知，當(dāng)輸入q1與q2數(shù)值，理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果一致，在機(jī)器人工具箱中得到的仿真位姿一樣一致。由此證明理論設(shè)計(jì)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果正確。

同時(shí)，本次試驗(yàn)仍要驗(yàn)證機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)方程。在機(jī)械臂作業(yè)空間內(nèi)隨機(jī)獲取30組關(guān)節(jié)變量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入式（1），得到噴桿最終的位姿，再通過新的噴桿位姿，代入逆運(yùn)動(dòng)方程中求解，最終獲得新的關(guān)節(jié)變量θi。得出30組關(guān)節(jié)變量后，將作業(yè)空間內(nèi)的關(guān)節(jié)變量與新獲得的關(guān)節(jié)變量進(jìn)行差值平均值的計(jì)算。結(jié)果如表2所示。通過計(jì)算結(jié)果可知，在逆運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際相差不大，數(shù)量級(jí)為10-5，趨近于0，結(jié)果表明逆運(yùn)動(dòng)方程正確。

3.2 理想機(jī)械臂作業(yè)軌跡

在設(shè)備勻速狀態(tài)下，由于此時(shí)設(shè)備移動(dòng)加速和機(jī)械臂角加速度為零，所以機(jī)械臂任意單位時(shí)刻的軌跡點(diǎn)均處在理想作業(yè)軌跡上［9］，機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)都處于平穩(wěn)狀態(tài)下時(shí)，機(jī)械臂的作業(yè)軌跡是最為理想的。在作業(yè)過程中機(jī)械臂要根據(jù)草莓作物的高度進(jìn)行關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以本文對(duì)此時(shí)狀態(tài)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速以及設(shè)備移速進(jìn)行分析研究［10］。理想機(jī)械臂作業(yè)軌跡如圖6所示。為了研究設(shè)備移速，關(guān)節(jié)變量速度對(duì)于軌跡的影響，故將履帶底盤視為機(jī)械臂移動(dòng)關(guān)節(jié)研究對(duì)象，并取設(shè)備移動(dòng)2m作為研究區(qū)間（A點(diǎn)為作業(yè)軌跡起點(diǎn)）。由圖6可知，在設(shè)備作業(yè)時(shí)，要根據(jù)壟道走勢(shì)和草莓植株高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證農(nóng)藥噴灑精準(zhǔn)的效果。

4 施藥機(jī)械臂作業(yè)軌跡可靠性分析

4.1 施藥機(jī)械臂作業(yè)隨機(jī)參數(shù)分析

對(duì)于機(jī)械臂可靠性的分析不同于對(duì)剛體可靠性的分析。對(duì)于機(jī)械臂可靠性的分析，分為機(jī)構(gòu)可靠度分析、結(jié)構(gòu)可靠度分析。本文選擇對(duì)機(jī)構(gòu)可靠度進(jìn)行分析，針對(duì)機(jī)械臂位移、平移速度、加速度等因素進(jìn)行研究。

自走式草莓施藥機(jī)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要基座、大臂、末端執(zhí)行器等部件轉(zhuǎn)動(dòng)以及履帶底座移動(dòng)。所以將以上變量作為隨機(jī)變量，在各個(gè)變量速度下，所產(chǎn)生的作業(yè)軌跡進(jìn)行分析［11］。以末端執(zhí)行器的末位置點(diǎn)以及設(shè)備作業(yè)2m時(shí)位置點(diǎn)進(jìn)行研究，取運(yùn)動(dòng)誤差閾值為5.0mm理想設(shè)備移速為1.3m/s。機(jī)械臂可靠度區(qū)間如圖7所示。

4.2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)隨機(jī)變量參數(shù)分析

對(duì)于機(jī)械臂作業(yè)軌跡變化的原因主要有設(shè)備行駛速度Vc、基座旋轉(zhuǎn)角速度Vj、大臂旋轉(zhuǎn)角速度Vd，末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)角速度Vm等?；谝陨献鳂I(yè)中的隨機(jī)變量，隨機(jī)取得6組速度數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析［12］，最終得到設(shè)備最貼合理想狀態(tài)下的參數(shù)。設(shè)備運(yùn)動(dòng)學(xué)變量的6組試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。設(shè)定機(jī)械臂初始位姿為［0，0，pi/9，pi/6，pi/3］，末端位姿為［0，2000，pi/12，-pi/6，pi/9］，采樣點(diǎn)為80。

4.3 關(guān)節(jié)變量速度結(jié)果分析

將表4中的關(guān)節(jié)變量輸入之前建立好的機(jī)械臂模型中［13］。在各組關(guān)節(jié)變量影響下，形成的軌跡如圖8所示。由圖8可知在各個(gè)不同變量速度下（B為施藥機(jī)作業(yè)方向），所產(chǎn)生的作業(yè)軌跡各不相同［14］，為了使設(shè)備噴灑更加精確，避免漏撒發(fā)生，基于機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)可靠性原則對(duì)6組軌跡進(jìn)行分析，最終得到與理想軌跡最為貼切的關(guān)節(jié)變量速度。

4.4 最佳關(guān)節(jié)變量速度

根據(jù)機(jī)械臂可靠原理，在理想作業(yè)軌跡上，取設(shè)備移動(dòng)2m以及末端處進(jìn)行研究。在理想作業(yè)軌跡處畫出機(jī)械臂可靠性闕值區(qū)間，將闕值區(qū)域外部路徑定為不可靠變量速度［15］。在可靠區(qū)間內(nèi)的作業(yè)軌跡根據(jù)其在XYZ軸上的分量差值進(jìn)行總結(jié)。機(jī)械臂可靠分析結(jié)果如表4所示。其中Vc-V0代表實(shí)際速度與理想速度差值，rx-rx0代表試驗(yàn)路徑與理想路徑在X軸上的差值，ry-ry0代表試驗(yàn)路徑與理想路徑在Y軸上的差值，rz-rz0代表試驗(yàn)路徑與理想路徑在Z軸上的差值，負(fù)值代表試驗(yàn)路徑在分量上處于可靠闕值范圍之內(nèi)。

表4可知，在試驗(yàn)組1與試驗(yàn)組2的關(guān)節(jié)變量速度下，作業(yè)軌跡并不可靠，超出可靠闕值區(qū)間。由試驗(yàn)組3試驗(yàn)組5可知，3組變量速度下，作業(yè)軌跡均處于可靠區(qū)間內(nèi)，但是試驗(yàn)組3的分量與闕值差值最小，由此可知試驗(yàn)組3的關(guān)節(jié)變量速度最貼合理想。

5 結(jié)論

1）? 基于草莓作物種植特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款自走式草莓施藥機(jī)，包括履帶底盤、機(jī)械臂、噴桿等?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)草莓作物精準(zhǔn)施藥作業(yè)，降低環(huán)境污染及種植成本，提高經(jīng)濟(jì)收益。

2）? 運(yùn)用D-H參數(shù)法建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，在Matlab中仿真自走式草莓施藥機(jī)的機(jī)械臂作業(yè)空間和作業(yè)軌跡，校準(zhǔn)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。

3）? 通過對(duì)自走式草莓施藥機(jī)的機(jī)械臂作業(yè)軌跡可靠性分析，在6組數(shù)據(jù)的對(duì)比中得到組3數(shù)據(jù)最貼合理想作業(yè)軌跡。在可靠球域內(nèi)，施藥機(jī)移速僅差0.02m/s，X軸僅差-0.17mm，Y軸僅差-0.23mm，Z軸僅差-0.21mm。在此參數(shù)下能夠滿足草莓施藥的需要，為相關(guān)草莓施藥機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論參考。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 何雄奎. 高效植保機(jī)械與精準(zhǔn)施藥技術(shù)進(jìn)展［J］. 植物保護(hù)學(xué)報(bào)， 2022， 49（1）： 389-397.

He Xiongkui. Research and development of efficient plant protection equipment and precision spraying technology in China： A review ［J］. Journal of Pesticide Science， 2022， 49（1）： 389-397.

［2］ 何雄奎. 中國精準(zhǔn)施藥技術(shù)和裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議［J］. 智慧農(nóng)業(yè)（中英文）， 2020， 2（1）： 133-146.

He Xiongkui. Research progress and developmental recommendations on precision spraying technology and equipment in China ［J］. Smart Agriculture， 2020， 2（1）： 133-146.

［3］ Zaman Q U， Esau T J， Schumann A W， et al. Development of prototype automated variable rate sprayer for real-time spot-application of agrochemicals in wild blueberry fields ［J］. Computers and Electronics in Agriculture， 2011， 76（2）： 175-182.

［4］ 權(quán)龍哲， 酈亞軍， 王旗， 等. 考慮風(fēng)擾的對(duì)靶噴霧機(jī)械臂藥液噴灑動(dòng)力學(xué)建模與試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2018， 49（6）： 48-59.

Quan Longzhe， Li Yajun， Wang Qi， et al. Modeling and testing on liquid pesticide spray of serial manipulator target weeding robot considering wind disturbance ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2018， 49（6）： 48-59.

［5］ 劉繼展， 吳碩. 草莓全程生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備研究進(jìn)展［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2021， 52（5）： 1-16.

Liu Jizhan， Wu Shuo. Research progress and prospect of strawberry whole-process farming mechanization technology and equipment ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（5）： 1-16.

［6］ 初曉慶， 張曉輝， 劉剛， 等. 有邊界式棉田噴霧機(jī)的研制與試驗(yàn)［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2016， 37（7）： 51-56.

Chu Xiaoqing， Zhang Xiaohui， Liu Gang， et al. Development and experiment on bounded type cotton field sprayer ［J］. Journal of Chinses Agricultural Mechanization， 2016， 37 （7）： 51-56.

［7］ 李志強(qiáng)， 陳黎卿. 農(nóng)業(yè)植保機(jī)器人研究現(xiàn)狀及展望［J］. 玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020， 41（3）： 1-14， 2.

Li Zhiqiang， Chen Liqing. Research status and prospect of agricultural plant protection robot ［J］. Journal of Yulin Normal University， 2020， 41（3）： 1-14， 2.

［8］ 王克奇， 張維昊， 羅澤， 等. 擊打式松果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2020， 51（8）： 26-33.

Wang Keqi， Zhang Weihao， Luo Ze， et al. Design and experiment of hitting pine cone picking robot ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（8）： 26-33.

［9］ 李揚(yáng)， 程維明， 宮成文， 等. 5-DOF機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2018， 39（9）： 16-21.

Li Yang， Cheng Weiming， Gong Chengwen， et al. Kinematics analysis and motion trajectory planning of 5-DOF manipulator ［J］. Journal of Chinses Agricultural Mechanization， 2018， 39（9）： 16-21.

［10］ 王林軍， 鄧煜， 羅彬， 等. 基于MATLAB Robotics Toolbox的ABB IRB1660機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真研究［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2017， 38（1）： 102-106.

Wang Linjun， Deng Yu， Luo Bin， et al. Study on motion simulation of ABB IRBI1660 robot based on MATLAB Robotics Toolbox ［J］. Journal of Chinses Agricultural Mechanization， 2017， 38（1）： 102-106.

［11］ 馮嘉珍， 張建國， 賈慶軒， 等. 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡可靠性分析的自更新響應(yīng)面法［J］. 北京郵電大學(xué)學(xué)學(xué)報(bào)， 2017， 40（4）： 35-40.

Feng Jiazhen， Zhang Jianguo， Jia Qingxuan， et al. Manipulator trajectory could self updating response surface method for reliability analysis ［J］. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications， 2017， 40（4）： 35-40.

［12］ 楊銘濤， 梁喜鳳. 番茄枝葉裁剪機(jī)械臂設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021， 42（4）： 8-14.

Yang Mingtao， Liang Xifeng. Design and kinematics analysis of a tomato branch and leaf cutting manipulator ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（4）： 8-14.

［13］ 王麗燕， 胡玲， 李劍敏， 等. UR10工業(yè)機(jī)械臂位置精度及可靠性分析［J］. 現(xiàn)代制造工程， 2020（9）： 46-52.

Wang Liyan， Hu Ling， Li Jianmin， et al. Analysis of UR10 industrial manipulator positioning accuracy and reliability ［J］. Modern Manufacturing Engineering， 2020（9）： 46-52.

［14］ 張樹剛， 趙佳. 基于S型曲線的包裝堆垛機(jī)器人軌跡規(guī)劃［J］. 包裝工程， 2018， 39（1）： 136-140.

Zhang Shugang， Zhao Jia. Trajectory planning of packaging palletizing robot based on S-curve ［J］. Packaging Engineering， 2018， 39（1）： 136-140.

［15］ 張豪. 基于可靠性的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)優(yōu)化控制與仿真研究［J］. 內(nèi)燃機(jī)與配件， 2018（23）： 7-9.