随着农业机械化和机器人智能化的发展,现代农业机械发展方向已经逐步转向智能农业、设施农业和高效农业。高效、智能和精细成了现代农业机械的发展目标。这一学科集合了机械、电子、控制理论以及植物保护等诸多领域最前沿的研究成果。一定程度上小型移动热雾机在病虫害防治方面填补了玉米、高粱、甘蔗等高大作物中后期难以防治的空白,具有极大的发展空间和研究意义。大田环境下病虫害的防治是现代农业研究的核心问题之一。为了实现小型移动热雾机器人在田间自动实现农药的均匀喷洒,本文以机械化种植并生长到中后期的玉米为研究对象,针对移动机器人在作物行间大面积均匀施药展开核心技术研究,自主研发了作物行间小型移动喷雾机器人,对机器人移动中喷雾的雾滴沉积均匀性进行了研究。针对多行均匀喷雾过程中机器人速度保持下的自主行走的问题,提出了基于径向基函数的单目视觉路径规划方法,分析了在不同移动速度下多行喷雾的雾滴沉积特性,并进行了试验和分析。本文主要研究内容和结果如下：(1)针对热雾机工作原理进行分析,分解热雾机喷雾过程。通过将热雾机喷雾到雾滴沉积在作物表面的过程分解为药液的雾化和雾滴在空气中运动至沉积位置两步骤,根据前人的研究成果,分析热雾机实现大面积喷雾的机理。选用同型号不同孔径喷药嘴时,雾滴最终沉积趋势相似,然而在施药有效距离、平均粒径和覆盖率上仍有差异。(2)针对搭载于移动平台的喷雾系统在不同移动速度下的雾滴分布均匀性、覆盖率和有效距离这三个热雾机工作效率的重要指标。本文提出了一种在大田实验中水敏试纸半定量研究雾滴沉积分布的方法。水敏试纸中反应区域通过450-455nm波长蓝色圆周阵列的光源的照射与试纸本底进行区别,减小了杂散光的干扰,提高了所采集图像二值化分割的效果。引入置信区间估算的方法去除采集数据中的噪声数据。对图像处理的数据可信区间上下限分析进一步去减低系统误差,提高检测精度。此方法对于雾滴的覆盖率计算的系统重复测量误差低于5%；当雾滴覆盖率在10%-20%时,对于雾滴Dv0.5系统重复测量误差也同样低于5%。利用此方法对机器人喷雾系统在不同速度下雾滴沉积的特性进行研究,分别进行雾滴分布均匀性、覆盖率和有效距离的分析。测绘了热雾机移动过程中雾滴覆盖率的分布曲线。(3)研究了机器人在狭小作物行间基于单目视觉的导航方法。通过采取增强光照的方法来削弱光照不均对结果的影响。通过对秸秆图像块的主成分分析、形态学分割和相机的标定,实现了图像中秸秆根部位置的定位;最后利用简化的径向基函数算法根据所得秸秆位置坐标规划行走路径,提高了秸秆块提取的容错能力。采用本系统的导航方法,机器人保持速度为0.6m/s时,与秸秆的最大碰撞率为6.38%。系统的图像处理平均耗时220ms,路径规划的平均耗时为30ms,可以满足运行速度1.2m/s以下的直线自主行驶的响应需求。最后,本文实验样机在涡阳及怀远实验田中进行了多行作业的雾滴沉积研究,测试了在不同速度下雾滴沉积的均匀性和覆盖率,实现了精准施药的优化,实验得到样机的喷雾效率曲线并对各因素进行针对性的分析。研究结果为进一步实现小型移动热雾机器人在大田精准施药的方法的研究提供了实验依据,为提高农药的喷洒效率提供了实验参考。