温室自动作业装备与技术:草莓实例

温室种植已成为我国农业机械化的主要短板和重点发展领域，温室环境和园艺作物的特点及其种植的特殊农艺，使传统适用于大田的机械化作业模式和装备方案没有用武之地。本书以温室草莓种植为对象，以装备的小型化、自动化、轻简化为目标，开展了通用底盘与导航技术和基质摊铺、移栽、施药、授粉、收获关键作业装备与技术研发，并对其与农艺深度融合、全程化、信息化、休闲化的未来发展趋势和路径进行了展望。 本书内容面广，体系鲜明，既反映我国智能农业装备领域的近期新研究进展，又注重读者广度与学术深度的结合，适合广大设施农业与装备智能化技术爱好者和研发人员阅读。

丛书序
序
前言
第一章 全球草莓产业及机械化生产现状与趋势 1
第一节 全球草莓种植现状 1
一、草莓的价值 1
二、草莓栽培的历史 2
三、草莓的种植模式 3
四、全球草莓的种植规模与分布 6
五、我国草莓的种植规模与分布 7
六、我国草莓的生产现状与特点 8
第二节 草莓的生产管理作业 9
第三节 草莓生产的作业装备现状 12
一、欧美草莓生产作业装备现状 12
二、日韩草莓生产作业装备现状 18
三、我国草莓生产作业装备现状 20
第四节 我国温室草莓生产作业装备的发展目标 24
参考文献 25
第二章 草莓的特性与温室栽培农艺特点 28
第一节 草莓的植物学特征 28
一、草莓植株 28
二、草莓秧苗 30
第二节 草莓的物理特性 31
一、草莓穴盘苗的物理特性试验 31
二、草莓叶柄的物理特性试验 33
第三节 草莓的力学特性 35
一、草莓穴盘苗的力学特性试验 35
二、草莓叶柄的力学特性试验 40
第四节 草莓的长季节栽培 41
第五节 温室草莓栽培的环境特征 41
一、高垄草莓栽培 41
二、高架草莓栽培 43
第六节 温室草莓栽培的农艺特点 46
一、土壤、基质管理 46
二、移栽 47
三、施药 49
四、授粉 51
五、采收 51
第七节 温室草莓生产机械化的特殊性 52
一、草莓的特性 52
二、行走要求 53
三、操控模式 55
参考文献 58
第三章 温室草莓生产管理的智能底盘技术与装备 60
第一节 温室草莓管理作业对底盘的要求 60
一、温室草莓生产对底盘的要求 60
二、高架间移动作业对底盘的特殊要求 60
三、跨垄移动作业对底盘的特殊要求 61
第二节 高架底盘与导航技术 61
一、高架轮式底盘设计 61
二、高架履带底盘设计 65
三、基于光电开关圆弧阵列的沿边导航方法 67
第三节 仿形行走高垄轮式底盘与技术 82
一、仿形行走高垄轮式底盘总体方案设计 82
二、高垄仿形部件设计 84
三、高垄仿形行走的 EDEM 仿真与方案改进 86
第四节 底盘通用化技术 96
一、轻简智能控制的提出 96
二、遥控极少干预的轻简智能控制技术模式 98
三、多作业模块快速换接与自主匹配技术 100
第五节 样机开发与试验 103
一、沿边导航轮式底盘开发与试验 103
二、跨垄仿形行走底盘开发与试验 109
参考文献 114
第四章 高架草莓生产的智能基质摊铺技术 116
第一节 引言 116
一、立体栽培的基质管理需要 116
二、立体栽培的基质填换方式 116
三、高架栽培的基质机械化填换问题 117
四、高架栽培的基质机械化摊平问题 118
第二节 基质特性与自动装填方案构思 119
一、栽培基质的流动特性 119
二、方案构思 122
第三节 面向高架栽培的基质移动摊铺机开发 127
一、整机方案与工作原理 127
二、基质箱出料装置设计 128
三、浮动式双侧落料与摊平装置结构设计 131
第四节 面向高架栽培的基质堆料装箱机开发 133
一、整机方案与工作原理 134
二、自动铲料机构设计 134
第五节 样机研制与控制实现 135
一、基质堆料装箱机开发 135
二、高架基质摊铺机开发 136
第六节 试验验证 137
一、基质堆料装箱机性能试验 137
二、自动摊铺部件性能试验 140
三、自动摊铺整机性能试验 142
参考文献 146
第五章 温室草莓秧苗自动移栽技术与装备 147
第一节 草莓苗自动移栽机的总体方案设计 147
一、草莓苗移栽的特殊性 147
二、高架与高垄移栽作业的差异性 147
三、移栽机总体方案设计 148
第二节 草莓大苗移栽的取苗爪研发 153
一、取苗爪总体方案设计 153
二、电动式定角直插式双指四针取苗爪结构设计 156
第三节 高架草莓苗换向变距移栽单元设计 160
一、弓背朝向调整方案设计 160
二、电动换向变距取苗单元的参数设计 161
三、电动换向变距取苗单元的开发 163
四、气动换向变距取苗单元的开发 166
第四节 打孔单元设计 172
一、高垄与高架的打孔单元总体方案 172
二、高垄打孔试验 174
三、高架打孔试验 176
第五节 便捷换盘-间歇进给单元设计 180
一、便捷换盘-间歇进给单元总体方案设计 180
二、高垄草莓苗移栽机载便捷换盘-间歇进给单元 182
三、高架草莓苗移栽机载便捷换盘-间歇进给单元 184
第六节 高垄草莓苗全自动移栽机的研发与试验 185
一、整机开发 185
二、高垄草莓苗的前打孔-后放苗移栽协调控制 188
第七节 高架草莓苗全自动移栽机的研发与试验 196
一、整机开发 196
二、控制优化 199
三、现场移栽试验 207
参考文献 213
第六章 温室草莓自动施药技术与装备 215
第一节 高架草莓侧向摆动式小型施药机设计与试验 215
一、草莓特殊施药要求 215
二、喷施方案 215
三、总体结构与工作原理 216
四、关键部件设计 217
五、摆动式侧向微风雾化棚内喷雾试验 218
六、结论 220
第二节 草莓植株的侧倾微风送施药方案与仿真分析 220
一、侧倾微风送施药方案的提出 220
二、雾滴运动/沉积特性研究的必要性 221
三、雾滴群体沉积运动模拟仿真 221
四、基于CFD的雾滴沉积规律分析 223
五、辅助气流场测定试验与分析 226
六、雾滴运动轨迹数学模型 230
第三节 草莓植株风振试验研究 231
一、风速对草莓植株花序损坏试验 231
二、草莓叶片叶柄的风振运动特性试验 232
第四节 高架草莓侧倾微风送施药机设计 244
一、总体方案设计 244
二、关键部件设计 245
三、样机开发 247
第五节 侧倾微风送施药机棚内施药试验 248
一、试验材料 248
二、标定 249
三、试验方法 250
四、样本处理 252
五、雾滴沉积分布规律分析 254
参考文献 260
第七章 温室草莓生产的其他智能技术与装备 261
第一节 温室草莓智能授粉装备与技术 261
一、草莓授粉的特殊性 261
二、草莓机械化授粉的问题 261
三、草莓智能授粉总体方案设计 263
第二节 温室草莓智能采摘技术与装备 271
第三节 温室草莓生产智能装备的发展趋势 274
一、与农艺的深度融合 274
二、全程化 277
三、信息化 277
四、休闲化 278
参考文献 278