田間除草機(jī)械綜述

1、-作者xxxx-日期xxxx田間除草機(jī)械綜述【精品文檔】田間除草機(jī)械綜述摘要：水稻田間機(jī)械除草技術(shù)在減少除草劑防治和有機(jī)稻草害控制的研究和應(yīng)用中具有重要作用。該文收集和整理國(guó)內(nèi)外水稻田間機(jī)械除草裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀，概括了現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)運(yùn)廣泛便捷的除草機(jī)械，分析了除草機(jī)械主要的技術(shù)核心。結(jié)合我國(guó)具體情況，應(yīng)采用多學(xué)科多技術(shù)聯(lián)合、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相互配合及多功能于一體融合的研究方法研制智能化除草系統(tǒng)，以期提高除草精度和我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。關(guān)鍵字： 除草；機(jī)械式；裝備；現(xiàn)狀；趨勢(shì)Summarization of Field Weeding MachineryAbstract: The mechanical w

2、eed control in paddy field plays an important role in reducing herbicide control and organic rice straw weed control research and application. This paper collects and arranges the domestic and foreign research status of mechanical weeding equipment and technology in rice field, summarizes the weedin

3、g machinery which is convenient and widely used in the market nowadays, and analyzes the main technical core of weeding machinery. Combined with China's specific circumstances, should be multi-disciplinary multi-technology joint, agricultural and agricultural cooperation with the integration of

4、multi-functional research methods in the development of intelligent weeding system in order to improve weeding accuracy and level of agricultural mechanization.Key words: Weeding; Mechanical; Equipment; Status; Trends【精品文檔】0. 引言稻田雜草與水稻爭(zhēng)奪生長(zhǎng)空間、肥料養(yǎng)分、光照、水、熱等資源，影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，是造成水稻產(chǎn)量下降和品質(zhì)降低的主要原因之一，每年由草害引起的水稻產(chǎn)

5、量損失率在15%以上。因此，在水稻的生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)有效地控制草害是確保水稻健康生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?；瘜W(xué)藥劑除草是目前應(yīng)用最廣泛的一種除草方式，它具有快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，85%100%的作物生產(chǎn)中使用了除草劑。然而20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界范圍內(nèi)除草劑的大面積使用，帶來(lái)了諸多負(fù)面問(wèn)題，如雜草的抗藥性、作物藥害、生態(tài)環(huán)境污染，大量施用化肥與農(nóng)藥導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡性連鎖反應(yīng)，各種災(zāi)害頻發(fā)，是一種不可持續(xù)的耕作方式。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)和對(duì)食品質(zhì)量安全問(wèn)題的重視，除草劑減量防除技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，機(jī)械除草、農(nóng)業(yè)防除和生物防治等非化學(xué)除草技術(shù)得到了更

6、多的研究和應(yīng)用。在水稻田間非化學(xué)除草的防治技術(shù)中，機(jī)械除草技術(shù)發(fā)展迅速，并有相應(yīng)的水稻田間除草裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。機(jī)械除草作業(yè)是旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)，是利用各種耕、翻、耙、中耕松土等措施在播種前、出苗前及各生育期等不同時(shí)期進(jìn)行除草，能殺除已出土的雜草或?qū)⒉葑焉盥?，或?qū)⒌叵虑o翻出地面使之干死或凍死。這是我國(guó)北方旱區(qū)目前使用最為普遍的措施。1. 國(guó)外除草機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀作為保護(hù)性耕作的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)外從20世50年代就開(kāi)始了對(duì)機(jī)械除草技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)多年的研究改進(jìn)，目前已經(jīng)形成了一整套成熟的保護(hù)性耕作農(nóng)機(jī)具。1.1 歐 美歐美（美國(guó)、意大利等）及澳大利亞等國(guó)家水稻種植方式以直播為主。

7、直播水稻田稻種與草種同時(shí)萌發(fā)，根系深度無(wú)明顯差異，雜草個(gè)體生長(zhǎng)空間大，草量是移栽水稻田自然發(fā)生量的數(shù)倍；此外，撒播稻田內(nèi)秧苗無(wú)序生長(zhǎng)，植保機(jī)具無(wú)法下田。因此，直播水稻田雜草防治以化學(xué)防治為主，即施用高效除草劑滅草，少見(jiàn)機(jī)械除草方式。近年來(lái)，隨著傳感器和人工智能技術(shù)的發(fā)展，雜草視覺(jué)識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速，并應(yīng)用于除草機(jī)器人的研究。ValeS等人研制的苗間除草裝置利用紅外線傳感器檢測(cè)作物，當(dāng)檢測(cè)到作物時(shí)，信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)控制命令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將鋤刃離開(kāi)作物以避免對(duì)其損傷，之后又回到原位進(jìn)行除草作業(yè)。據(jù)報(bào)道，此裝置在高達(dá)5cm、8個(gè)葉片、株距在1718cm的生菜田間進(jìn)行試驗(yàn)，性能良好。同樣利用紅

8、外線傳感器檢測(cè)作物，荷蘭瓦格寧根大學(xué)研究的苗間除草系統(tǒng)中，兩條或多條除草刀裝在垂直旋轉(zhuǎn)的圓盤上，當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)為雜草時(shí)，圓盤高速旋轉(zhuǎn)，除草刀展開(kāi)伸出至作物苗間將雜草切斷；當(dāng)目標(biāo)位作物時(shí)，轉(zhuǎn)速降低收回除草刀，避免除草刀與作物接觸而損傷作物。Dedousis等人設(shè)計(jì)了一種控制苗間雜草的旋轉(zhuǎn)閥掰鋤，如圖1所示。圖1 除草原理說(shuō)明圖其旋轉(zhuǎn)中心沿與作物行有一定距離且與作物行平行的直線移動(dòng)，鋤上切除部分使鋤通過(guò)作物時(shí)避免與作物接觸，而鋤體在通過(guò)苗間區(qū)域時(shí)破壞土壤，從而達(dá)到保護(hù)作物除去雜草的目的。田間試驗(yàn)表明，選用直徑 175mm、切除部分156°的圓盤和約15mm的入土深度能取得較好效果。另外，在機(jī)

9、器前行速度05m/s的情況下，該機(jī)構(gòu)除草率超過(guò)87%。美國(guó)的JD970滾刀式除草耙，其工作末端執(zhí)行器隨著機(jī)器前進(jìn)，帶動(dòng)刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾切刀外緣的刀刃切斷草根，實(shí)現(xiàn)除草目的，除草效率高，消耗動(dòng)力小，機(jī)具的作業(yè)末端執(zhí)行器為滾動(dòng)部件，因此不會(huì)發(fā)生秸稈堵塞；美國(guó)的JD886型行間管理除草機(jī)具有可調(diào)整的護(hù)苗板，進(jìn)行噴藥除草治蟲或機(jī)械除草時(shí)可以有效地保護(hù)作物，離地間隙高，適宜在秸稈覆蓋的田間進(jìn)行行間作業(yè)。西班牙的Pérezuiz、美國(guó)的Slaughter等人研究了把GPS定位系統(tǒng)用于株間除草工作，其除草末端執(zhí)行器如圖2所示。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：此系統(tǒng)在針對(duì)設(shè)定的靠近植株的區(qū)域(以植株為中心，半徑10m

10、m的范圍內(nèi))的定位精度很高，他們后來(lái)又研究了一個(gè)基于一種精確的測(cè)距傳感器的協(xié)作機(jī)器人(corobot)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)用于控制類似圖2所示的1對(duì)除草刀的開(kāi)閉，在人工輔助監(jiān)控下，以達(dá)到避開(kāi)植株而除去株間雜草的目的。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單廉價(jià)，易于操作。圖2 行作物株間除草刀CCordill和TEGrift研制了一種利用激光控制的用于玉米苗間除草的裝置，如圖3所示。該裝置由4組激光發(fā)射器和相應(yīng)數(shù)量的、與之有一定距離的接收器組成。4組激光發(fā)射器與接收器均平行于地面且處于垂直地面的平面上，當(dāng)玉米莖和雜草位于發(fā)射器和接收器之間時(shí)會(huì)產(chǎn)生二進(jìn)制的脈沖，累積脈沖達(dá)到4組時(shí)即可判斷此組脈沖對(duì)應(yīng)的是玉米莖，其余為雜草。該

11、裝置在不同條件下傷苗率不同。田間試驗(yàn)分析表明，在3行玉米苗間無(wú)草、3行玉米苗間充滿闊葉雜草、3行玉米苗間充滿禾本科雜草的情況下，傷苗率分別為8.8% 、237% 、237%，更深入的研究尚在進(jìn)行。 圖3 自動(dòng)避障玉米株間除草機(jī)德國(guó)專門研制出一種除匍根冰草機(jī)械，用鋼爪抓耙20cm深地表，把匍根冰草連根拔起堆放喂豬或腐化成肥料。德國(guó)波恩大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種苗間除草系統(tǒng)，如圖4所示。該系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、速度檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集單元和作物識(shí)別系統(tǒng)等組成?？刂栖浖鶕?jù)株距、當(dāng)前鋤臂位置對(duì)數(shù)據(jù)采集單元所收集的作物識(shí)別、機(jī)器前進(jìn)速度、電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，進(jìn)而調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度。據(jù)報(bào)道，該系統(tǒng)可用于缺

12、苗、株距不一致等情況，但至2007年僅在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。圖4 旋耕鋤模型丹麥的 Melander 等人從20世紀(jì)90年代就開(kāi)始對(duì)株間機(jī)械除草技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)當(dāng)時(shí)已研發(fā)出的可同時(shí)進(jìn)行行間和株間除草的刷式除草機(jī)(如圖5)進(jìn)行優(yōu)化分析。在洋蔥地里進(jìn)行試驗(yàn)，研究洋蔥生長(zhǎng)在不同時(shí)期，刷子的轉(zhuǎn)速、拖拉機(jī)的前進(jìn)速度、刷子的工作深度和刷子間距對(duì)除去雜草和洋蔥產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示: 刷子的轉(zhuǎn)速和拖拉機(jī)的前進(jìn)速度對(duì)洋蔥的產(chǎn)量和雜草控制影響較小，刷子的工作深度和刷子間距是很重要的參數(shù)。瑞典的 Fogelberg 等人進(jìn)一步研究了影響刷式除草機(jī)在工作后形成的土壤高度的主要因素。除草刷有兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)向，由此可得到把土壤

13、搬運(yùn)到行間或株間(即拔出或覆蓋株間的雜草) 兩個(gè)效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：影響形成土壤高度的因素有除草刷的轉(zhuǎn)向、除草刷工作深度、土壤濕度、作物和雜草的生長(zhǎng)狀態(tài)。其中，除草刷工作深度越深、土壤濕度越大，形成土壤的高度越高，某種意義上，即除草效果越好。圖5 刷式除草劑一種基于GPS的苗間除草實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)由MPérez uiz等人研制成功，它由苗間除草刀、GPS及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(TK)組成。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RTKGPS確定當(dāng)前的植物為作物時(shí)，苗間除草刀自動(dòng)張開(kāi)以避免損傷作物，隨后關(guān)閉進(jìn)行苗間雜草控制作業(yè)。對(duì)682顆番茄田間試驗(yàn)表明，其前進(jìn)的速度為08、16km/h情況下，沒(méi)有傷苗出現(xiàn)。據(jù)報(bào)道，此技術(shù)可行

14、，將來(lái)的研究工作在于評(píng)價(jià)此技術(shù)是否具有實(shí)在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國(guó)家研制的苗間除草裝置所用技術(shù)先進(jìn)，而由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地條件等因素不同，我國(guó)仍需結(jié)合本國(guó)國(guó)情、因地制宜地研究本國(guó)當(dāng)?shù)厮璧臋C(jī)械除草裝置與技術(shù)。1.2 日 本亞洲國(guó)家的水稻種植方式通常以移栽為主，其中日本水稻移栽裝備與機(jī)械化水平最高。近年來(lái)，有機(jī)農(nóng)業(yè)在日本發(fā)展迅速，有機(jī)稻米頗受消費(fèi)者的青睞，因此，根據(jù)市場(chǎng)的需求以及有機(jī)稻栽培的生產(chǎn)要求，一些研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)發(fā)了水田除草機(jī)。市場(chǎng)上出售的水田除草機(jī)按切割器類型劃分有圓盤式、甩刀式和往復(fù)式；按與拖拉機(jī)掛接方式劃分有前置式、側(cè)置式和后置式；按照行走方式主要分為步進(jìn)式和乘坐式2種，其

15、中乘坐式又可細(xì)分為三輪乘坐式和四輪乘坐式，不同機(jī)種除草部件的相應(yīng)結(jié)構(gòu)如表1所示。表1 日本主要水田除草機(jī)類型.1 步進(jìn)式水田除草機(jī)圖6a所示的和同產(chǎn)業(yè)MSJ-4型步進(jìn)式水稻田間除草機(jī)，行間除草末端執(zhí)行器為隨動(dòng)的除草輥，株間除草末端執(zhí)行器為一對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的彈齒盤。該機(jī)工作時(shí)水深為810cm，作業(yè)速度為0.2時(shí)，作業(yè)效率為為hm2/h。此外，美善株式會(huì)社研發(fā)的步進(jìn)式水田除草機(jī)的株間除草末端執(zhí)行器也具有一定特色，株間除草工作由一對(duì)隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的傘狀除草盤完成，行間除草末端執(zhí)行器與洋馬步進(jìn)式除草機(jī)類似，如圖6b所示。步進(jìn)式除草機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是其在地頭轉(zhuǎn)向靈活，傷苗較少，但其工作效率較乘坐式除草機(jī)低。圖6 步進(jìn)式水

16、田除草機(jī)1.2.2 乘坐式水田除草機(jī)1998年至2000年期間，日本生研機(jī)構(gòu)、井關(guān)和久保田公司合作開(kāi)發(fā)了一種高精度水田除草機(jī)，且于2003年上市出售。結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)品有洋馬SJVP系列、久保田SJ-6(8)N系列和井關(guān)SJ-6(8)IVZ系列，如圖7所示。該類產(chǎn)品的行間除草末端執(zhí)行器為旋轉(zhuǎn)耙齒，株間除草末端執(zhí)行器為擺動(dòng)梳齒。以久保田SJ-8N為例，機(jī)具工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)（100200r/min）的耙齒除去行間雜草，沿機(jī)具前進(jìn)方向左右擺動(dòng)(頻率3.7Hz)的梳齒完成株間雜草的去除工作。其行間除草作用幅寬為18cm，作業(yè)深度46cm；株間除草作用幅寬13cm，作業(yè)深度24 cm。該機(jī)作業(yè)速度為0.

17、4m/s，作業(yè)效率為1.32hm2/h。圖7 旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式水田除草機(jī)生研機(jī)構(gòu)還研制了一種行、株間都應(yīng)用擺動(dòng)梳齒除草的水田除草機(jī)，并由井關(guān)公司試制，如圖8所示。在生研機(jī)構(gòu)附屬農(nóng)場(chǎng)對(duì)以上2種除草機(jī)的除草性能進(jìn)行了比較試驗(yàn)，如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式的除草末端執(zhí)行器較擺動(dòng)式除草末端執(zhí)行器的行間除草效果好，行間平均除草率可達(dá)到85%以上，擺動(dòng)梳齒式株間除草器的平均除草率在40%50%之間。圖8 擺動(dòng)式水田除草機(jī)表2 2種除草機(jī)作業(yè)性能三菱乘坐式水稻田間除草機(jī)有三輪和四輪2種，如圖9所示。株間除草末端執(zhí)行器均為固定機(jī)架上的除草鋼絲，行間除草末端執(zhí)行器有隨動(dòng)耙齒和除草輥2種。圖9a所示的三菱 LVW

18、-8型除草機(jī)株間除草作業(yè)深度為35cm，作業(yè)幅寬16cm。該機(jī)作業(yè)速度約為m/s，作業(yè)效率為左右。圖9 三菱水田除草機(jī)此外，實(shí)產(chǎn)業(yè)公司生產(chǎn)的三輪乘坐式水稻田間除草機(jī)，其株間除草部件為羽輪結(jié)構(gòu)，如圖10所示。三輪乘坐式除草機(jī)除草末端執(zhí)行器在前后兩輪之間，在作業(yè)過(guò)程中，更有利于操作者觀察，可減少除草過(guò)程中對(duì)稻苗的損傷。圖10 RW-50型水田除草機(jī)目前日本市場(chǎng)上出售的水田除草機(jī)種類較多，已經(jīng)在水稻生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，但機(jī)械除草效果（除草率）仍較化學(xué)除草有很大差距，尤其是株間除草率不高，因此，急需加強(qiáng)對(duì)株間除草末端執(zhí)行器的研究和改進(jìn)，改善株間除草效果。2. 國(guó)內(nèi)除草機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始

19、研究苗間除草機(jī)械，隨著除草劑在中國(guó)水稻生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，水田機(jī)械除草方式在中國(guó)幾乎絕跡。近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)保和健康的重視，減量或無(wú)化學(xué)藥劑除草方式得到提倡，水田機(jī)械除草技術(shù)又被重新關(guān)注，部分研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)機(jī)企業(yè)研制了新型水田除草機(jī)，但目前仍未大面積應(yīng)用。除草機(jī)械工作末端執(zhí)行器有旋轉(zhuǎn)鋤式、彈齒式、垂直圓盤式、水平圓盤式、錐形圓盤式、鏈齒式、輕耙式等多種形式。其中，垂直雙圓盤除草末端執(zhí)行器因具有結(jié)構(gòu)合理和除草效果好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣。黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院研制的3ZS-2型中耕除草機(jī)是以GTX-2（3）型小型通用耕作機(jī)機(jī)架為主框架。為了提高機(jī)具的殺草率，苗間除草采用垂直雙圓

20、盤除草末端執(zhí)行器，壟幫和壟溝分別選用單翼鏟和雙翼鏟除草末端執(zhí)行器，從而保證了全面除草和松土。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院研制的XQ-7型驅(qū)動(dòng)式中耕除草復(fù)式作業(yè)機(jī)，設(shè)置了3種工作部件，即除草輪、旋耕部件和噴藥裝置，通過(guò)配置除草輪來(lái)完成除草作業(yè)。除此之外，遼寧省林業(yè)廳國(guó)有林廠管理局專門針對(duì)農(nóng)業(yè)菜地、果園、苗圃除草生產(chǎn)作業(yè)量大、成本費(fèi)用高的特點(diǎn)，研制了5ZSC-50型手扶松土除草機(jī)。目前，東北墾區(qū)農(nóng)場(chǎng)大田作物機(jī)械化滅草主要是采用整地誘草、封閉除草、蒙頭土、苗耙、三桿尺深松及窄苗帶中耕培土等技術(shù)。圖11為南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的2BYS-6型水田中耕除草機(jī)，其行間采用旋轉(zhuǎn)部件，株間使用擺動(dòng)部件除草，經(jīng)鑒定相

21、對(duì)除凈率為78.1%。圖11 2BYS-6水稻田間除草機(jī)復(fù)式中耕除草機(jī)是按照大豆和玉米等農(nóng)作物中耕壟作要求。在機(jī)架前部安裝深松鏟，在深松鏟后部安裝了具有抖動(dòng)作用的側(cè)深施肥的施肥開(kāi)溝器，然后安裝垂直旋轉(zhuǎn)螺旋梳齒式除草單體，最后安裝的是具有隨行仿形的覆土單體。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力消耗少和除草效果好，可根據(jù)作業(yè)要求進(jìn)行中耕、施肥、深松、除草和覆土等聯(lián)合作業(yè)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。1.覆土鏟 2.覆土鏟支架 3.仿形單體 4.張緊彈簧 5.四連桿6.仿型機(jī)構(gòu)懸掛架 7.肥箱 8.排肥輪 9.肥箱支架 10.機(jī)架 11.中間軸 12.地輪 13.地輪支架 14.排肥開(kāi)溝器 15.深松鏟庫(kù) 16.深松鏟柄

22、 17.除草單體齒輪箱 18.梳齒滾 19.吊桿20.仿形輪 21.梳齒 22.調(diào)整螺桿 23.仿形論支架圖12 復(fù)式中耕除草機(jī)結(jié)構(gòu)示意東北農(nóng)業(yè)大學(xué)陳振歆等人設(shè)計(jì)了一種水田株間除草作業(yè)的彈齒式除草裝置，如圖13所示。除草盤為弧形，采用鋼絲軟軸傳動(dòng)。分別在秧苗生長(zhǎng)到第7天和第14天時(shí)采用二次旋轉(zhuǎn)正交設(shè)計(jì)并進(jìn)行土槽試驗(yàn)，并應(yīng)用響應(yīng)曲面對(duì)影響除草率及傷苗率的因素及其相互作用進(jìn)行分析，得到最優(yōu)工作參數(shù)為轉(zhuǎn)速230r/min、機(jī)器前進(jìn)速度102m/s、耕作深度18mm，此時(shí)傷苗率為0.13%；確定了二次除草作業(yè)的最佳工作參數(shù)組合為除草盤轉(zhuǎn)速 230r/min、機(jī)器前進(jìn)速度0.48m/s、耕作深度27mm

23、；經(jīng)過(guò)兩次除草，總除草率達(dá)94%，但傷苗率可能會(huì)提高。黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院余濤等人研究了一種智能株間除草平臺(tái)，如圖11所示。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析了除草鏟的運(yùn)動(dòng)軌跡；利用圖像處理技術(shù)與位置傳感器的配合對(duì)植株進(jìn)行識(shí)別和定位，通過(guò)電液閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)除草鏟運(yùn)動(dòng)的控制。此研究為進(jìn)一步研制株間除草機(jī)械提供了實(shí)驗(yàn)臺(tái)。圖13 智能株間除草平臺(tái)3. 除草機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀除草機(jī)械的設(shè)計(jì)和控制中，導(dǎo)航攝像頭的圖像分析和末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，還有機(jī)械的參數(shù)的輸入控制與上位機(jī)軟件的結(jié)合，還有除草方法的選擇都具有極其重要的意義。3.1 除草末端執(zhí)行器機(jī)械除草技術(shù)的關(guān)鍵是除草末端執(zhí)行器的工作原理和執(zhí)

24、行效果。目前，水田機(jī)械除草末端執(zhí)行器從工作原理上可分為：機(jī)械式、機(jī)械氣力式及機(jī)械液力式等。3.1.1 機(jī)械式機(jī)械除草末端執(zhí)行器通過(guò)與稻田泥土、雜草的相互作用，完成雜草拔出、拉斷或埋壓等除草過(guò)程。目前，水稻行間雜草機(jī)械式除草技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。由于，水稻行間無(wú)稻列干擾，可使用旋轉(zhuǎn)、拋切、拉拔或埋壓等機(jī)械動(dòng)作，完成行間除草作業(yè)，而不必?fù)?dān)心稻苗損傷。常用的行間除草器通常為轉(zhuǎn)動(dòng)的除草輥或除草齒爪 ，行間除草末端執(zhí)行器如圖14所示。圖14 幾種行間除草末端執(zhí)行器株間除草主要是根據(jù)移栽水稻田雜草與稻株根系深淺差異，控制除草末端執(zhí)行器工作深度，除去雜草而不損傷稻苗。水田株間除草末端執(zhí)行器動(dòng)作方式一般有3種，即

25、對(duì)轉(zhuǎn)式、擺動(dòng)式和固定式，如圖15所示。對(duì)轉(zhuǎn)式株間除草通常是由兩個(gè)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的彈齒盤，或者其變形形式拔出株間雜草，由于彈齒或其它彈性材料的彈性特征，可減少稻苗損傷；擺動(dòng)式株間除草即通過(guò)與稻列垂直方向作往復(fù)擺動(dòng)的梳齒完成與雜草的相互作用，完成除草工作；固定式株間除草使用固定機(jī)架上的除草鋼絲，通過(guò)調(diào)節(jié)其傾斜角度和高度來(lái)改變作業(yè)深度，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)側(cè)除草鋼絲的上下位置調(diào)節(jié)除草作業(yè)強(qiáng)度，機(jī)具工作時(shí)，株間除草末端執(zhí)行器橫跨在秧苗列的兩側(cè)，隨著機(jī)具前進(jìn)拖、拔或埋沒(méi)株間雜草。目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3種不同動(dòng)作方式的株間除草末端執(zhí)行器的除草效果無(wú)明顯差異，除草率均在50%左右。圖15 常見(jiàn)株間除草末端執(zhí)行器.2 機(jī)械氣力

26、式機(jī)械氣力式除草技術(shù)應(yīng)用機(jī)械式和氣力式2種除草方式聯(lián)合除草。一般來(lái)說(shuō)，水稻行間雜草采用機(jī)械式方法去除，株間雜草利用高壓氣體吹除。圖16所示的是日精電機(jī)和公司發(fā)明的機(jī)械氣力式水田除草機(jī)，行間除草部件為隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)耙齒，株間采用高壓氣體配合機(jī)械拍打運(yùn)動(dòng)除草。株間除草的工作原理是電源帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)工作，形成高壓氣體，通過(guò)管路至噴射口吹出，噴射口頂部的壓鐵材料不斷拍打泥土，完成雜草的吹出和打壓動(dòng)作，除去株間雜草，由于移栽稻稻株根系比雜草根系發(fā)達(dá)，氣流僅將稻株吹至變形，卻不損壞稻苗。圖16 機(jī)械氣力式水田除草機(jī)3.1.3 機(jī)械液力式機(jī)械液力式除草技術(shù)行間應(yīng)用機(jī)械部件除草，株間由高壓液體除草。圖17所示石井農(nóng)

27、機(jī)公司發(fā)明的水田除草裝置，行間雜草采用除草輥去除，株間雜草使用高壓液體沖洗雜草根部，使其漂浮、枯萎。石田恭正等人研究應(yīng)用高壓水流除草技術(shù)，研究了壓力、噴射距離、噴口直徑、噴射角度和機(jī)具行駛速度對(duì)切斷效果的影響。圖17 機(jī)械液力式水田除草機(jī)除了上述介紹的幾種除草技術(shù)外，也有應(yīng)用電力和熱力除草的研究，但目前尚未應(yīng)用到水田中，僅對(duì)旱田進(jìn)行了試驗(yàn)。電力式除草原理主要依據(jù)的是雜草和作物對(duì)電流敏感程度的差異，強(qiáng)電流能有效地消除雜草，而對(duì)農(nóng)作物無(wú)害；熱力除草方法是通過(guò)專門器具用丙烷火焰把雜草燒熱，使雜草細(xì)胞受熱膨脹，脹破細(xì)胞壁，蛋白質(zhì)凝固，使雜草枯萎，除草率可達(dá)到80%以上。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟和發(fā)展，這兩種

28、新型的除草技術(shù)有望應(yīng)用于水稻田間除草的實(shí)際生產(chǎn)中。 視覺(jué)圖像分析及其導(dǎo)航利用機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)引導(dǎo)除草機(jī)器人沿著農(nóng)作物行自動(dòng)行走，行走時(shí)又利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)農(nóng)作物行間雜草。除草機(jī)器人多關(guān)節(jié)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到雜草區(qū)域，切割雜草，執(zhí)行結(jié)束后再繼續(xù)行走。如圖18，在整個(gè)過(guò)程中機(jī)器人的圖像識(shí)別能力直接決定了機(jī)器人的成功與失敗，而圖像識(shí)別的配準(zhǔn)還有分辨深度的問(wèn)題一直是一個(gè)難題。（a）原始圖像 （b）分割后圖像 （c）濾波后圖像 （d）優(yōu)化后圖像圖18 除草機(jī)器視覺(jué)成像現(xiàn)在在這方面的研究又處于不斷進(jìn)步的水平,以下是國(guó)內(nèi)外的一些典型的研究方法：1 基于OCD-ICP(優(yōu)化角點(diǎn)集提取迭代最近點(diǎn))的圖像配準(zhǔn)方法。該方

29、法利用圖形學(xué)原理，對(duì)圖像邊緣角點(diǎn)候選點(diǎn)集提出了四個(gè)篩選規(guī)則，逐步篩選得到優(yōu)化的角點(diǎn)集，并在此基礎(chǔ)上利用迭代最近點(diǎn)的方法得到最優(yōu)配準(zhǔn)；2 基于SIFT特征提取算法與KD樹(shù)搜索匹配算法相結(jié)合的新方法，通過(guò)對(duì)候選特征點(diǎn)進(jìn)行多次模糊處理，使其分布在高斯差分圖像的灰度輪廓線邊緣，利用SIFT特征提取算法找到滿足極限約束的極值點(diǎn)；通過(guò)KD樹(shù)最鄰近點(diǎn)搜索和匹配算法使處理后的特征點(diǎn)與原始圖像進(jìn)行特征匹配,快速找出匹配正確的特征點(diǎn)；3 基于HSI顏色分量的顏色特征提取方法。該方法結(jié)合HSI顏色分量反映物體本質(zhì)顏色的特點(diǎn)和直方圖多閾值分類對(duì)圖像內(nèi)容的自適應(yīng)優(yōu)點(diǎn)，采用直方圖多閾值分類方法量化各HSI顏色分量，組合量

30、化后的顏色分量提取圖像顏色特征。對(duì)該方法提取的視覺(jué)圖像顏色特征進(jìn)行聚類，并對(duì)視覺(jué)圖像進(jìn)行分割；4 基于分量直方圖的自適應(yīng)分割方法。首先對(duì)圖像的3個(gè)分量統(tǒng)計(jì)直方圖進(jìn)行自適應(yīng)分割，確定出各分量的分類數(shù)目及類的取值范圍；然后，對(duì)分割類進(jìn)行分量間組合，獲得原圖像中主要的幾種顏色；最后以這些顏色作為聚類中心，按照顏色相似性準(zhǔn)則對(duì)圖像進(jìn)行聚類分割；5采用了將RGB和HSV兩種色彩系統(tǒng)混合使用的方法，提出了基于顏色信息的RGB和HSV模型下利用雙閾值圖像分割的方法。大部分方法都是多種原理并用，采用先進(jìn)的彩色處理技術(shù)，基于一定的平臺(tái)技術(shù)。我國(guó)的技術(shù)還有很大的需求和發(fā)展空間，國(guó)外在這方面的研究比較成熟和先進(jìn)一些

31、。大部分方法都是多種原理并用，采用先進(jìn)的彩色處理技術(shù)，基于一定的平臺(tái)技術(shù)。我國(guó)的技術(shù)還有很大的需求和發(fā)展空間,國(guó)外在這方面的研究比較成熟和先進(jìn)一些。4. 田間機(jī)械除草技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)水稻田間機(jī)械除草裝備和技術(shù)的研究取得了一些研究進(jìn)展，但是水稻株間機(jī)械除草效果仍然有待提高。為了提高除草精度，減少傷苗率，降低能耗，水田機(jī)械除草技術(shù)應(yīng)朝著智能化、仿生化和多技術(shù)聯(lián)合化發(fā)展，同時(shí)還要農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相互配合研究，使機(jī)械除草技術(shù)在水稻生產(chǎn)中得到更多的應(yīng)用并發(fā)揮更大的作用。 向多技術(shù)復(fù)合式發(fā)展多技術(shù)復(fù)合除草方式將多種除草技術(shù),如機(jī)械除草技術(shù)、生物除草技術(shù)、化學(xué)除草技術(shù)以及其它方式的多種除草技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，提高除草效

32、果。除此,也將向聯(lián)合方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，不斷配套新機(jī)具。同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也致力于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，改進(jìn)原有產(chǎn)品的機(jī)械性能，以滿足草產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的需要。目前，除草機(jī)已向品種多、系列完善、操作舒適、智能化程度高、大型、寬幅等方向發(fā)展。 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相互配合研究苗間除草機(jī)械作業(yè)環(huán)境非常復(fù)雜，單靠機(jī)器來(lái)滿足其要求比較困難，因此需要將農(nóng)業(yè)科學(xué)與農(nóng)機(jī)緊密配合。研究作物的生長(zhǎng)形態(tài)、特性及適用于苗間除草的農(nóng)藝措施，培育出適合苗間除草要求的作物品種，這對(duì)提高機(jī)械化水平具有重要意義。在改進(jìn)插秧機(jī)工作質(zhì)量方面，日本研究并實(shí)行了旱育稀植方法。在此新農(nóng)藝方式下，日本農(nóng)機(jī)工作者發(fā)明了一系列農(nóng)業(yè)機(jī)械，為插秧機(jī)的工作質(zhì)量改進(jìn)和迅

33、速推廣起到了決定性作用。因此，苗間除草機(jī)械與農(nóng)藝方式配合研究也可成為苗間除草裝置研究和發(fā)展的趨勢(shì)之一。4.3 多功能于一體融合研究隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械水平與技術(shù)的提高，研究具有多種功能的田間機(jī)械將成為可能。3ZCF7700型多功能中耕除草機(jī)將除草、施肥作業(yè)裝置集于一體，不僅相對(duì)于傳統(tǒng)節(jié)省了研發(fā)和制造成本，同時(shí)減少了中耕次數(shù)。因此，融除草、施肥及滅蟲等功能于一體的田間機(jī)械也將成為苗間除草裝置研究和發(fā)展的趨勢(shì)之一。5. 結(jié)束語(yǔ)隨著對(duì)化學(xué)除草危害的重視，機(jī)械式環(huán)保除草顯得越來(lái)越重要。目前，我國(guó)研究的行間除草裝置已可基本滿足除草要求，而苗間雜草的精確控制尚有待突破。國(guó)外學(xué)者對(duì)機(jī)械式苗間除草裝置與技術(shù)研究較

34、早，所用技術(shù)先進(jìn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)此領(lǐng)域的研究也有成效，但尚未能滿足現(xiàn)實(shí)需求。本文綜述了國(guó)內(nèi)外機(jī)械式苗間除草裝置與技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與我國(guó)具體國(guó)情，提出我國(guó)在苗間除草方面應(yīng)采用多學(xué)科多技術(shù)聯(lián)合、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相互配合及多功能于一體融合的研究方法研制智能化除草系統(tǒng)，以期提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、保障我國(guó)糧食安全生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)1 馬超. 淺談我國(guó)田間機(jī)械除草現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)C中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)青年學(xué)術(shù)年會(huì). 2007.2 李江國(guó),劉占良,張晉國(guó),等. 國(guó)內(nèi)外田間機(jī)械除草技術(shù)研究現(xiàn)狀J. 農(nóng)機(jī)化研究, 2006(10):14-16.3 馬旭, 齊龍, 梁柏,等. 水稻田間機(jī)械除草裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀

35、及發(fā)展趨勢(shì)J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(6):162-168.4 馬靜, 趙潤(rùn)良. 果園機(jī)械除草裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J. 農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2016, 36(10):45-46.5 邢占強(qiáng). 智能化除草機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)展望J. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2015(5):37-38.6 劉文, 徐麗明, 邢潔潔,等. 作物株間機(jī)械除草技術(shù)的研究現(xiàn)狀J. 農(nóng)機(jī)化研究, 2017, 39(1).7 胡煉. 作物株間機(jī)械除草關(guān)鍵技術(shù)研究D. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.8 Perez -Ruiz MCo- robotic intra- row weed control syste J Biosystems Engineering，2014, 126: 45559 Zhang Y. Automated weed control in organic row crop