作物喷施是农业生产过程中的重要环节。为实现喷施药剂的高效利用,本文以田间移栽种植的花椰菜为对象,展开田间作物对靶喷施机器人关键技术研究,提出了作物和作物行视觉信息获取方法,设计了基于自主横移辅助人工驾驶的对行控制方法、以及基于机器视觉的作物对靶喷施控制方法。在此基础上研制了对靶喷施机器人系统,并进行了试验与分析。主要研究内容与结果如下：(1)研究了基于颜色和作物分布特征的作物识别与定位方法。采用(G-R)&&(G-B)固定阈值对作物图像进行背景分割,对分割后的图像行向投影或列向投影得到像素直方图,采用最大类间方差求出像素直方图中波峰波谷的分割阈值,对阈值以上的像素直方图全搜索找出波峰区域边界,即为作物行或作物区域边界。根据移栽种植具有行距相等的特征,设计了与行距最大匹配度的滤波方法,使图像检测作物行数与实际作物行数相匹配,保证了后续图像处理的正确进行。对多帧作物图像进行作物识别试验的结果表明,算法平均耗时为18ms,平均正确识别率为94.93%,平均错误识别率为5.07%。(2)研究了基于最小二乘法的作物行中心线提取方法。采用投影搜索法识别与定位各作物区域边界,对各作物区域同向边界求均值确定作物中心坐标,以图像中间作物行区域内所有作物中心为数据点,采用最小二乘法拟合直线,该方法准确度高,耗时短。(3)研究了基于自主横移辅助人工驾驶的对行控制方法。通过驾驶转向信息指示作业人员操作拖拉机驾驶转向调整拖拉机相对垄畦位姿,同时消除较大的对行偏差,采用基于机器视觉的自主横移进一步消除对行偏差,从而实现辅助人工驾驶对行控制。依次进行“人工驾驶对行”、“驾驶指示辅助人工驾驶对行”以及“驾驶指示和自主横移辅助人工驾驶对行”3步试验,结果表明,前进速度为0.161m/s时,对行偏距均值依次为42mm、30mm、20mm。(4)研究了基于机器视觉的对靶喷施控制方法。采用机器视觉检测喷头作物间距和作物冠宽,融合实时测速和计时定位喷头与作物区域边界的相对位置,定时控制喷头靠近作物时开启喷施,离开作物时关闭喷施,实现作物对靶喷施。对靶喷施试验结果表明,前进速度为0.609m/s时,有效喷施率为85.88%,误喷率为11.76%。(5)研制了田问作物对靶喷施机器人系统,主要由视觉系统、横移机构、喷施水路、控制系统、拖拉机动力等构成。设计了以汽油发电机为主的多级电源结构,为控制系统提供电源,并对拖拉机一路液压输出改造设计为两路输出,分别提供横移机构和前置三点悬挂的液压动力源。对行和对靶喷施综合试验结果表明,前进速度为0.609m/s时,有效喷施率为81.18%,误喷率为15.29%。