孟鵬豪　童俊華　周海麗　李振　葉宏寶　歐俊朗

摘 要： 為了提高獼猴桃在不同傾斜角度下的花粉液沉積量，達(dá)到節(jié)約花粉液和提高授粉效率的目的，提出了一種基于角度調(diào)控的精量對靶授粉方式，并分析了氣壓、液壓、噴霧距離和傾斜角度對霧滴沉積量的影響。首先搭建了精量對靶授粉試驗(yàn)裝置；其次針對不同花朵重疊的情況，設(shè)計(jì)了精量對靶的角度調(diào)控方案、控制參數(shù)試驗(yàn)方案以及沉積量、霧滴粒徑大小測試方法，確定了無傾斜角度下的授粉控制參數(shù)；再次分析了傾斜角度對霧滴沉積區(qū)域面積、理論授粉時間、霧滴逃逸率以及授粉補(bǔ)償時間的影響，確定了最終授粉時間；最后通過驗(yàn)證性試驗(yàn)對精量對靶授粉方式進(jìn)行霧滴沉積量和授粉成功率的分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)授粉液壓為0.070 MPa、授粉氣壓為0.150 MPa、授粉距離為40 cm、授粉基礎(chǔ)時間為3.50 s時，霧滴沉積量可滿足無傾斜角度的充分授粉要求；隨著花朵、噴嘴傾斜角度的增大，霧滴逃逸率和授粉補(bǔ)償時間隨之增大，最大霧滴逃逸率為27%；精量對靶授粉方式在不同傾斜角度下花蕊區(qū)平均霧滴沉積量穩(wěn)定在43.0～46.5 mg，平均單朵花所需最終授粉時間3.67 s，授粉成功率達(dá)到96.7%?；诮嵌日{(diào)控的精量對靶授粉方式在節(jié)約花粉液、提高授粉效率以及提高充分授粉率上具有顯著優(yōu)勢，可為高效自動化精量授粉提供支持。

關(guān)鍵詞： 獼猴桃；傾斜角度；霧滴沉積量；霧滴逃逸率；精量對靶授粉

中圖分類號： S224.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1673-3851 （2023） 03-0263-09

引文格式：孟鵬豪，童俊華，周海麗，等.噴霧參數(shù)對獼猴桃精量對靶授粉霧滴沉積量的影響［J］. 浙江理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2023，49（2）：263-271.

Reference Format： MENG Penghao， TONG Junhua， ZHOU Haili， et al. Effects of spray parameters on the deposition of target pollination droplets by kiwifruit precision［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2023，49（2）：263-271.

Effects of spray parameters on the deposition of target pollination droplets by kiwifruit precision

MENG Penghao1a，1b， TONG Junhua1a，1b， ZHOU Haili1a，1b， LI Zhen1a， YE Hongbao2， OU Junlang1a

（1a.School of Mechanical Engineering; 1b.Key Laboratory of Transplanting Equipment and Technology of Zhejiang Province， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Institute of Agricultural Equipment， Zhejiang Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310021， China）

Abstract：? In order to improve the deposition of pollen liquid of kiwifruit under different inclination angles， and achieve the purpose of saving pollen liquid and improving pollination efficiency， a precision-to-target pollination method based on angle regulation was proposed， and the effects of air pressure， hydraulic pressure， spray distance and inclination angle on droplet deposition were analyzed. Firstly， we set up a precision target pollination test device. Secondly， in view of the overlap of different flowers， we designed the precision target angle control scheme， parameter test scheme， deposition amount and droplet size test method， and determined the pollination control parameters without tilt angle. Thirdly， we analyzed the effects of tilt angle on droplet deposition area， theoretical pollination time， droplet escape rate and pollination compensation time again， and determined the final pollination time. Finally， we analyzed the droplet deposition and pollination success rate of precision target pollination by confirmatory test. The experimental results show that the droplet deposition could meet the requirements of full pollination without tilt angle when the pollination hydraulic pressure was 0.070 MPa， the pollination pressure was 0.150 MPa， the pollination distance was 40 cm， and the pollination base time was 3.50 s. With the increase of tilt angle of flower and nozzle， the droplet escape rate and pollination compensation time increased， and the maximum droplet escape rate was 27%. The average droplet deposition in the stamen area of the precision target pollination method at different tilt angles was stable between 43.0 and 46.5 mg. The average final pollination time required for a single flower was 3.67 s， and the pollination success rate reached 96.7%. The precision target pollination method based on angle regulation has outstanding advantages in saving pollen liquid， and improving pollination efficiency and full pollination rate， which can provide support for efficient automatic precision pollination.

Key words： kiwifruit; tilt angles; amount of droplet deposition; droplet escape rate; precision target pollination

0 引 言

獼猴桃為雌雄異株果樹，授粉方式為異花授粉。在自然條件下昆蟲傳粉極易受到天氣因素的影響；人工輔助授粉可提高授粉沉積量，對提高獼猴桃坐果率和優(yōu)果率效果顯著，可實(shí)現(xiàn)單果重約150 g和果實(shí)大小均勻的目標(biāo)［1-3］。液體噴霧授粉具有授粉速度快、便于控制霧化效果和施藥量、減少霧滴飄移、節(jié)約花粉等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了自然授粉和干粉式授粉的不足，有助于提高花粉利用率［4-6］。噴霧授粉的角度不同，對應(yīng)的霧滴沉積區(qū)域面積也不同；合適的控制參數(shù)能夠提高霧化效果，從而提高花粉液附著率和霧滴沉積量，是節(jié)約花粉液和提高授粉效率的關(guān)鍵。

對靶噴霧技術(shù)可通過確定作物的位置進(jìn)行精準(zhǔn)噴霧，大大提高了藥液的利用率，降低了藥液成本和對環(huán)境的污染［7］。張慧春等［8］和張瑞瑞等［9］針對苦苣和棉花對靶噴霧授粉，研究了噴霧高度、霧滴粒徑等對農(nóng)藥沉積量的影響；代祥等［10］研究了電磁閥控對靶噴霧系統(tǒng)動態(tài)條件下系統(tǒng)壓力等參數(shù)控制下的噴霧流量特性，利用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示線性區(qū)間平均誤差僅0.20，最低誤差0.15；賈衛(wèi)東等［11］研究了對靶噴霧機(jī)噴霧參數(shù)對霧滴沉積分布的影響，結(jié)果表明選擇合適的株距、降低對靶響應(yīng)延遲時間是提高霧滴覆蓋率的有效途徑；常瑞等［12］構(gòu)建了雙流式噴霧試驗(yàn)平臺，分析了一定控制參數(shù)下霧滴粒徑的變化與靶向霧滴沉積量的影響，發(fā)現(xiàn)適宜授粉霧化氣壓為0.125～0.150 MPa；石復(fù)習(xí)等［13］分析了氣壓、液流量等和噴霧距離對授粉沉積量的影響，確定了雙流體噴嘴的對靶噴施控制參數(shù)。上述研究對對靶噴施過程中的相關(guān)控制參數(shù)進(jìn)行了研究，但沒有考慮對靶過程中花朵和噴嘴的傾斜角度對霧滴沉積區(qū)域面積和控制參數(shù)的影響?；ǘ?、噴嘴傾斜角度變大，霧滴沉積區(qū)域面積變小，霧滴逃逸率變大，滿足充分授粉時的最終授粉時間將會隨之變長。

本研究提出了一種基于角度調(diào)控的精量對靶授粉方式，并分析氣壓、液壓、噴霧距離和傾斜角度對霧滴沉積量的影響。首先搭建精量對靶授粉試驗(yàn)裝置；然后針對不同花朵重疊的情況，設(shè)計(jì)授粉角度調(diào)控方案、控制參數(shù)試驗(yàn)方案及參數(shù)測試方法，確定無傾斜角度下的授粉控制參數(shù)；在此基礎(chǔ)上分析傾斜角度對霧滴沉積區(qū)域面積、理論授粉時間、霧滴逃逸率以及授粉補(bǔ)償時間的影響，通過理論計(jì)算及試驗(yàn)確定最終授粉時間、驗(yàn)證精量對靶授粉方式在提高霧滴沉積量和授粉成功率方面的合理性，從而為機(jī)器視覺識別出花朵精準(zhǔn)位置和角度信息的情況下實(shí)現(xiàn)精量對靶噴施技術(shù)提供支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 理論授粉量及精量對靶授粉試驗(yàn)裝置

本研究選擇浙江省杭州市余杭區(qū)大型獼猴桃種植園紅心獼猴桃果樹為試驗(yàn)對象，獼猴桃花朵及果園照片如圖1所示。該獼猴桃品種的花冠直徑7～9 cm，花蕊區(qū)直徑2～3 cm，花朵朝向不一，距離地面150～170 cm。若授粉時采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的花粉液，當(dāng)花粉液沉積量大于42.9 mg時，可認(rèn)為其充分授粉［14］。

雙流體噴嘴霧化效果好、霧滴粒徑分布穩(wěn)定、噴霧穿透性強(qiáng)，故本研究選用孔徑為1 mm的壓力式錐形雙流式噴嘴，該噴嘴霧錐角15.0°，噴霧距離0～2.5 m。本研究中的雙流體精量對靶噴霧試驗(yàn)裝置由液路、氣路和控制系統(tǒng)組成，試驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示。氣路為噴霧提供穩(wěn)定的、可定時控制的氣壓，由空氣壓縮機(jī)、油水分離過濾器、氣壓表、氣動電磁閥組成；液路為噴霧提供持續(xù)穩(wěn)定、可控流量的花粉液，由隔膜泵、節(jié)流閥、液壓表、水電磁閥組成。氣液兩相分別通過電磁閥控制，本試驗(yàn)選用三菱FX5U系列PLC控制電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)對氣液兩相的精準(zhǔn)控制。電磁閥響應(yīng)時間在50 ms以下，響應(yīng)速度快，可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)噴霧時間，達(dá)到精量對靶授粉、節(jié)約資源的目的。本試驗(yàn)?zāi)M花朵位姿和授粉時的真實(shí)狀態(tài)，搭設(shè)160 cm高授粉架，授粉架上安裝有亞克力板，亞克力板上安裝用于模擬花朵傾斜位姿的傾斜角度模擬支架，將霧滴采集卡固定在傾斜角度模擬支架上作為模擬花蕊區(qū)。由于本試驗(yàn)?zāi)M了噴嘴授粉時的傾斜角度，故將雙流體噴嘴安裝在固定可調(diào)節(jié)角度的裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，雙流體噴嘴朝上對模擬花蕊區(qū)中心，在后續(xù)的授粉實(shí)際應(yīng)用中將采用多關(guān)節(jié)機(jī)械臂進(jìn)行傾斜角度的調(diào)整。

根據(jù)文獻(xiàn)［15］的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定氣壓調(diào)節(jié)范圍為0～0.300 MPa，液壓范圍0～0.080 MPa。其余裝置根據(jù)上述參數(shù)值進(jìn)行選型。雙流體對靶噴霧沉積試驗(yàn)部件的主要參數(shù)如表1所示。

1.2 精量對靶角度調(diào)控方案

在獼猴桃果園調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，盛花期獼猴桃花朵分布情況復(fù)雜，可分為重疊和傾斜兩種情況，重疊情況為2朵重疊、3朵重疊、4朵及以上重疊，如圖3所示。

對重疊花朵授粉時，只有對每個花朵的花蕊中心進(jìn)行授粉，使霧滴沉積區(qū)域覆蓋整個重疊花朵的花蕊區(qū)域，才能確保重疊花朵充分授粉。不同花朵重疊情況下授粉點(diǎn)的選擇及傾斜角度方式均不同，授粉點(diǎn)示意圖如圖4所示。

噴嘴授粉分為4個步驟，如圖5所示。a）獲取授粉點(diǎn)坐標(biāo)信息及噴嘴、花朵傾斜角度信息；b）將噴嘴移動至授粉點(diǎn)下；c）噴嘴傾斜一定角度，對準(zhǔn)各個花蕊中心點(diǎn)，根據(jù)不同的噴嘴傾斜角度和花朵傾斜角度，噴霧一定時間；d）將噴嘴移到下一個授粉點(diǎn)下，重復(fù)上述步驟。其中，本研究采用YOLOv5進(jìn)行圖像識別，然后通過擬合傾斜時花朵和花蕊的位置關(guān)系曲線獲得花朵的坐標(biāo)及傾斜角度信息。

1.3 精量對靶授粉控制參數(shù)試驗(yàn)方案

根據(jù)所選隔膜泵的流量和液壓表的分度值，進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，確定液壓范圍0.030～0.080 MPa，氣壓范圍為0.100～0.200 MPa，噴霧距離20～60 cm，授粉角度為0.0°，噴霧時間為3.00 s，具體試驗(yàn)方案如表2所示。

1.4 參數(shù)測試方法

試驗(yàn)選擇與花粉液密度相差不大的水為試驗(yàn)液體，選用與花蕊直徑大小相近的霧滴采集卡收集霧滴沉積液。采用分度值為0.1 mg的電子天平對噴霧前后的霧滴采集卡進(jìn)行稱量，稱量過程中用干凈的鑷子對霧滴采集卡進(jìn)行夾取和放置，通過計(jì)算霧滴采集卡噴霧前后的重量之差，得到模擬花蕊區(qū)的霧滴沉積量M。加入顯色試劑的花粉液在水敏紙上沉積后，經(jīng)過一定時間的靜置，可顯示出霧滴沉積區(qū)域和霧滴粒徑大小，采用水敏紙對霧滴粒徑大小和霧滴覆蓋程度進(jìn)行定性分析。每組參數(shù)重復(fù)測量3次沉積量，測量結(jié)果取平均值。溫度、濕度和風(fēng)速影響著霧滴的沉積量，本試驗(yàn)選在無風(fēng)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行，試驗(yàn)現(xiàn)場溫度為34 ℃，空氣相對濕度為41%。

2 精量對靶授粉控制參數(shù)試驗(yàn)與分析

2.1 無傾斜角度下控制參數(shù)確定

噴霧距離、噴霧氣壓、噴霧液壓、噴霧時間決定著花粉液霧化效果以及花蕊區(qū)霧滴沉積量的大小，是噴霧授粉過程中的關(guān)鍵控制參數(shù)。在表2的試驗(yàn)參數(shù)下進(jìn)行正交試驗(yàn)，分析模擬花蕊區(qū)的霧滴沉積量大小，對不同參數(shù)下的沉積量、霧滴覆蓋程度、霧滴粒徑大小等結(jié)果進(jìn)行對比，根據(jù)雙流體噴嘴的沉積特性，確定精量對靶授粉最佳控制參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6—圖8所示。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知：在40 cm的授粉距離下，氣壓對霧滴沉積量的影響較小，霧滴沉積量在不同氣壓下能夠保持穩(wěn)定；在0.150 MPa的氣壓下，液壓較小時霧滴沉積量最大，隨著液壓升高，保持持續(xù)穩(wěn)定上升；當(dāng)液壓為0.070 MPa時，霧滴粒徑較小且均勻性較好，霧滴沉積量分布均勻。因此選擇授粉距離40 cm、授粉氣壓0.150 MPa、授粉液壓0.070 MPa作為精量對靶授粉作業(yè)的最佳參數(shù)。

在一定授粉距離、氣壓和液壓的情況下，授粉時間決定霧滴沉積量的大小。在授粉過程中，由于藥液在電磁閥響應(yīng)后從初速度到達(dá)穩(wěn)定流速需要一定時間，因此噴霧授粉存在滯后性。通過測量不同時間下的霧滴沉積量，確定授粉基礎(chǔ)時間，具體測量數(shù)據(jù)如圖9所示。

從圖9可以看出：當(dāng)授粉時間小于3.00 s時，霧滴沉積量較小，此階段下液體流速未達(dá)到穩(wěn)定，受滯后時間影響；授粉時間大于3.00 s時，霧滴沉積量與時間呈正比例關(guān)系，每秒約增加20.0 mg；當(dāng)授粉時間為3.50 s時，多次試驗(yàn)的霧滴沉積量均大于42.9 mg，因此，確定授粉基礎(chǔ)時間T為3.50 s。

根據(jù)上述試驗(yàn)，本研究確定了無傾斜角度下的4個授粉控制參數(shù)：授粉距離40 cm，授粉氣壓0.150 MPa，授粉液壓0.070 MPa，授粉基礎(chǔ)時間3.50 s。

2.2 傾斜角度與霧滴沉積區(qū)域面積、理論授粉時間的關(guān)系

傾斜角度包含了噴嘴傾斜角度和花朵自身傾斜角度，影響著霧滴沉積區(qū)域面積和授粉時間?；ǘ錈o傾斜時，視花蕊區(qū)為圓形，模擬花蕊區(qū)面積S的計(jì)算公式為：

其中：a為花朵無傾斜時的直徑，cm。

花朵、噴嘴傾斜角度及對應(yīng)霧滴沉積區(qū)域面積如圖10所示。當(dāng)花蕊朝X、Y方向傾斜時且噴嘴在授粉點(diǎn)位置時：

其中：c、d分別為花朵傾斜后X方向和Y方向的大徑和小徑，cm；ɑ1、β1分別為花蕊和噴嘴各自在X方向傾斜的角度，（°）；ɑ2、β2分別為花蕊和噴嘴各自在Y方向傾斜的角度，（°）。此時霧滴沉積區(qū)域面積S1和霧滴沉積區(qū)域面積比例k的計(jì)算公式為：

因此理論授粉時間t1的計(jì)算公式為：

2.3 傾斜角度對霧滴逃逸率的影響

趙東等［16］研究了氣液兩相流的3種吸附液滴及其逃逸形式，發(fā)現(xiàn)當(dāng)花朵與噴嘴之間存在傾斜角度時，由于滾動起動逃逸、懸浮起動逃逸、碰撞起動逃逸3種形式的霧滴逃逸，導(dǎo)致真實(shí)霧滴沉積量與垂直狀態(tài)下的霧滴沉積量出現(xiàn)較大差異，這個差異被稱為霧滴逃逸率。以傾斜角度模擬支架模擬花朵傾斜、噴嘴不傾斜以及花朵傾斜、噴嘴傾斜兩種情況，選擇5個角度，每組情況測量3次，最后取單張霧滴采集卡霧滴沉積量平均值M1。在理論授粉時間下，測得不同角度范圍下的真實(shí)霧滴沉積量并計(jì)算出最大霧滴逃逸率，霧滴逃逸率E的計(jì)算公式為：

由調(diào)研可知，花朵在X、Y方向傾斜最大角度皆不超過30.0°，噴嘴在X、Y方向的最大傾斜角度按照2朵、3朵、4朵重疊時形成的多邊形和線段為例，最大傾斜角度為6.5°，在此情況下，進(jìn)行花朵單獨(dú)傾斜以及花朵、噴嘴同向傾斜試驗(yàn)。首先設(shè)置不同傾斜角度的花朵，計(jì)算出其理論授粉時間，具體試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)如表3、表4所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)花朵及噴嘴同時傾斜最大角度時，由于噴嘴與花蕊之間傾斜角過大，霧滴在后續(xù)高流速噴霧的推動下不能較好的附著在花蕊上，此時霧滴逃逸率最大，達(dá)到27%。

2.4 傾斜角度與授粉補(bǔ)償時間的關(guān)系

由于噴霧授粉過程中存在霧滴逃逸，因此需要對理論授粉時間進(jìn)行補(bǔ)償。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傾斜角度＜15.0°時，霧滴沉積量＞42.9 mg，滿足授粉需求；當(dāng)傾斜角＞15.0°時，隨著霧滴逃逸率的增大，霧滴沉積量逐漸不能滿足充分授粉要求。因此分別對15.0°～20.0°、20.0°～25.0°、25.0°～30.0°、30.0°～36.5°這4種情況下的傾斜角度進(jìn)行最大授粉補(bǔ)償時間計(jì)算，確保在相應(yīng)傾斜角下花蕊區(qū)能夠得到充分授粉。分別對每個角度范圍內(nèi)的最大補(bǔ)償時間進(jìn)

行計(jì)算，授粉補(bǔ)償時間t2的計(jì)算公式為：

其中：ɑ3和β3分別為花朵、噴嘴在X方向和Y方向總傾斜角度，（°）；d為ɑ3和β3中取最大角度時的霧滴逃逸率。

根據(jù)計(jì)算可得，分別對15.0°～20.0°、20.0°～25.0°、25.0°～30.0°、30.0°～36.5°補(bǔ)償授粉時間0.09、0.20、0.35、0.65 s，以確保每朵花在極限狀態(tài)下授粉量在±2 mg的誤差內(nèi)滿足授粉需求。因此，最終授粉時間t的計(jì)算公式為：

2.5 精量對靶授粉驗(yàn)證性試驗(yàn)

為進(jìn)一步研究花朵在不同傾斜角度下的精量對靶充分授粉成功率，本試驗(yàn)搭設(shè)授粉架，通過傾斜角度模擬支架模擬花朵傾斜情況，如圖12所示，用直徑9 cm大小的亞克力板模擬花朵區(qū)，用直徑大小為3 cm的霧滴采集卡模擬花蕊區(qū)。分別通過傾斜角度模擬支架模擬2、3、4朵花重疊時的情況，如圖13所示。

根據(jù)花朵和噴嘴的傾斜角度，計(jì)算出最終授粉時間，測量霧滴沉積量，每種重疊情況設(shè)置3組數(shù)據(jù)，霧滴沉積量＞42.9 mg時即認(rèn)為授粉成功，授粉成功率Z的計(jì)算公式為：

其中：h為充分授粉的花朵數(shù)目；H為授粉花朵總數(shù)目。

對單朵花、2朵重疊、3朵重疊、4朵重疊這4種情況分別進(jìn)行模擬試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，選用共30朵模擬花朵進(jìn)行試驗(yàn)，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。

由本試驗(yàn)4種重疊情況的霧滴沉積量平均值可知，模擬花蕊區(qū)實(shí)際霧滴沉積量基本與理論計(jì)算量保持一致，由于授粉補(bǔ)償時間均是在對應(yīng)范圍角度內(nèi)以最大霧滴逃逸率計(jì)算得出，因此真實(shí)霧滴沉積量穩(wěn)定在45.0 mg左右，有2朵花霧滴沉積量出現(xiàn)突變，考慮到測量誤差以及高溫等原因，在合理范圍之內(nèi)。對比普通豎直噴霧授粉，精量對靶授粉方式通過對花朵傾斜角度的尋找以及對多朵花重疊情況下制定相應(yīng)授粉策略，精確的找到了花朵的角度，對花朵進(jìn)行充分授粉，充分授粉花朵數(shù)目為29朵，授粉成功率達(dá)到96.7%，平均每朵模擬花朵所需最終授粉時間3.67 s，消耗花粉液約3 mL，30朵模擬花朵消耗花粉液90 mL，約消耗花粉0.09 g。

將精量對靶授粉和電動噴霧器、手動噴霧器和人工點(diǎn)粉三種授粉方式［13］進(jìn)行比較。具體數(shù)據(jù)如表5所示。表5中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在花粉消耗量上，精量對靶方式授粉30朵模擬花朵所需花粉0.09 g，比手工點(diǎn)授的花粉消耗量略低，比電動噴霧和手動噴霧節(jié)約授粉量70%和55%；在授粉效率上，實(shí)現(xiàn)精確化的精量對靶授粉需要通過機(jī)械裝置對授粉角度進(jìn)行一定時間的調(diào)整，從而會導(dǎo)致整個授粉過程時間變長，雖然電動噴霧器和手動噴霧器速度快，但這兩種方式噴霧角度分散，霧滴沉積量不固定，難以達(dá)到充分授粉的效果，授粉成功率遠(yuǎn)低于本研究。本研究中的精量對靶授粉方式，在節(jié)約花粉液、提高授粉效率以及提高充分授粉率上優(yōu)勢突出，可為高效自動化精量授粉提供技術(shù)支持。

3 結(jié) 論

本研究提出了一種基于角度調(diào)控的精量對靶授粉方式，分析了氣壓、液壓、噴霧距離和傾斜角度對花蕊區(qū)霧滴沉積量的影響，設(shè)計(jì)了授粉角度調(diào)控方案、控制參數(shù)試驗(yàn)方案及參數(shù)測試方法，在得出無傾斜角度下授粉控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，分析了傾斜角度對霧滴沉積區(qū)域面積、理論授粉時間、霧滴逃逸率以及授粉補(bǔ)償時間的影響，在理論計(jì)算的前提下，對不同情況下的模擬花朵進(jìn)行噴霧試驗(yàn)，得出的主要結(jié)論如下：

a）在授粉距離40 cm、授粉氣壓0.150 MPa、授粉液壓0.070 MPa、授粉基礎(chǔ)時間3.50 s這4個基本授粉參數(shù)下，精量對靶授粉可滿足豎直向下無傾斜花朵的充分授粉要求。

b）隨著傾斜角度的增加，霧滴逃逸率不斷增大，最大達(dá)27%。傾斜角度小于15.0°時滿足充分授粉要求；傾斜角度大于15.0°時，由于霧滴逃逸率過大，對15.0°～20.0°、20.0°～25.0°、25.0°～30.0°、30.0°～36.5°分別補(bǔ)償授粉時間0.09、0.20、0.35 s和0.65 s，可滿足充分授粉需求。

c）模擬花朵重疊和傾斜情況并進(jìn)行精量對靶授粉驗(yàn)證性試驗(yàn)，結(jié)果表明，模擬花蕊區(qū)平均霧滴沉積量穩(wěn)定在43.0～46.5 mg，單朵花平均授粉時間3.67 s，消耗花粉液3 mL，授粉成功率達(dá)96.7%，比電動噴霧和手動噴霧節(jié)約花粉量70%和55%。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：康 鋒）

收稿日期： 2022-10-11網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-01-17網(wǎng)絡(luò)出版日期

基金項(xiàng)目： 浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃（2022C02055）；浙江理工大學(xué)科研啟動基金（19022456-Y ）

作者簡介： 孟鵬豪（1997- ），男，河南漯河人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的研究。

通信作者： 李 振，E-mail：lizhen3251193@163.com