果园的病虫害防治一直以来都是果园管理中最为繁重的环节,目前,大部分果园病虫害防治的方法主要靠化学防治。由于我国各地区果园种植模式差异较大,且在喷雾作业时都存在过量施药的问题,给食品安全和环境带来了严重的威胁。针对上述问题,本文结合我国南方柑橘园的种植模式设计了一种全电动的仿形变量施药喷雾机,用于提高施药的利用率达到防治病虫害的效果,同时降低食品农药残留和环境污染。本文研究的主要内容有:（1）根据南方柑橘种植模式确定了风送式对靶喷雾机的总体设计方案,依据柑橘树不同生长时期,设计了仿形喷杆,可根据果树的高低调节喷雾高度和角度,达到仿形喷雾的目的,并对整体喷杆结构进行静力学仿真,仿真结果表明最大应力远小于材料的屈服强度,强度校核满足要求。（2）喷雾机在无风的环境下对不同占空比进行风机测试实验。试验结果表明,风送喷雾系统随着输入PWM波信号占空比的提高,风速、风压和空气流量都呈线增加。其最大值分别达到了11.761 m/s、80 Pa、1045 m3/h,完全可以达到果园风送喷雾系统的要求,并建立基于PWM波控制的风速、风压和空气流量模型。设计了基于PWM变量喷雾喷头流量模型试验台,通过实验的方法确定喷头流量和喷头压强、电磁阀频率、以及频率占空比之间的关系。试验表明喷雾压强在0.4 MPa下,电磁阀的频率在5 Hz的时候,喷雾模型线性关系最好,喷雾均匀性最好。（3）设计了对靶探测系统,该系统由激光雷达采集物体的距离点云,通过旋转编码器来实时检测激光雷达移动的速度和距离,并将采集到的每个距离点云和对应的旋转编码器脉冲进行匹配,形成三维空间坐标。分别对规则物体和不规则树冠进行数据采集和模型重建。模型经过倾斜矫正后,定量分析结果表明:激光雷达测得规则物体的长度、宽度和深度的相对误差分别是6.36%、1.21%和6.19%;对果树树冠进行数据采集和重建,可以较为清晰的还原果树树冠的轮廓模型,并对轮廓模型做定量分析,树冠的最大高度和最大宽度的相对误差分别为8.67%和10%。最后,根据喷杆的数量和大小,对果树的深度图像进行网格划分。为了提高精度又在每个网格中划分亚网格,将每个网格中有果树的亚网格体积相加,得出每个喷杆单元所对应的靶标果树的体积,最后将每个网格计算出的靶标体积相加求得整个果树的体积。试验表明:激光雷达在距离靶标果树1.5～2 m的范围多次测量体积在330045210 mm3左右,与人工测得体积相对误差最小只有10.78%。将果树靶标模型与基于PWM波控制的喷雾模型进行组合,建立了果树体积、PWM波占空比和车速的关系,为对靶变量施药提供依据。