喷施农药是温室生产中防治病虫草害的有效手段。传统的人工施药方式,不仅农药利用率低,同时沉积到土壤中的农药会造成环境污染,挥发到空气中的农药会危害人体健康。因此,在设施生产中采用无人施药作业显得尤为重要。本文研制了一套适用于温室生产的机器视觉自主导航的无人施药系统,主要研究内容如下:(1)提出了田间行走道路图像处理的方法,设计了路径识别系统。针对导航路径识别受光线变化影响较大的问题,对获取到的图像选取了合适的颜色空间,并对K-means分割算法聚类中心和聚类数目的选取进行了优化。通过灰度化处理、滤波处理、分割、边缘处理及直线拟合等方法,最终确定了导航中心线。试验表明该系统可有效适应不同光照条件,提取作物行中心线平均耗时12.36ms。(2)搭建了四轮移动机器人施药平台。根据温室施药作业的环境和需求对整机的机械结构进行了设计,完成了硬件选型和布置。明确了移动平台驱动及转向部分的硬件设计。完成了图像采集模块、施药模块和控制器模块的设计。(3)设计了自行走控制系统及施药控制系统。自行走系统选用模糊控制算法。当行走道路中心位置与理论中心位置出现偏差时,采用模糊控制实时调整前轮转角,从而使车体一直沿作物行中心线自主前进。施药系统选用自整定模糊PID控制算法。压力传感器实时检测出水管道压力,将测得的压力值与设定值相比较,以压力偏差和偏差变化率作为输入量,PWM波的占空比为最终输出量,通过调整PWM波的占空比来调节水泵压力,实现施药系统压力恒定。(4)对平台自行走系统和喷雾系统进行了试验验证。自行走试验结果表明:该系统可有效的适应不同光照条件,能在不同光照、不同速度的情况下准确地跟踪路径,最大横向偏差不超过5cm。喷雾试验结果表明:植株叶片正面上、中、下层雾滴覆盖率分别为63.26%、50.89%、75.82%,单位面积雾滴个数平均为55、42、78个/cm2,可满足温室移动机器人自主施药防止病虫害的作业要求。