施肥是果园生产管理中的关键作业环节。精准、高效的施肥直接影响苹果树的品质，对于果园稳产、增产和高产至关重要。本研究设计了一种智慧果园自走式双行开沟施肥机，采用双行开沟施肥的作业模式，实现了果园无人驾驶、双行开沟、有机肥与化肥混合深施、覆土的一体化作业功能，并且施肥位置和施肥量精准可调。基于理论分析创新优化设计了开沟装置、施肥装置、开沟深度自动调节装置、自动导航装置等关键部件。采用Jetson Nano计算机和STM32单片机搭建了核心控制系统，实现开沟位置的自动调节和自动驾驶功能。

经性能测试和田间试验，该装备各关键部件运行稳定，平均绝对横向偏差为2.364 cm，平均开沟深度稳定系数为95.65%，有机肥、化肥与混施肥料的平均施肥均匀系数分别为91.70%、92.43%和93.85%。设备的作业性能满足苹果树开沟施肥的作业要求。

图1 现代果园种植模式及常用施肥设备。

图2 开沟装置设计 (Ⅰ) 开沟装置结构图；(Ⅱ)作业原理分析；(Ⅲ)开沟刀性能分析。

图3 排肥装置设计；(Ⅰ) 化肥排肥装置设计；(Ⅱ) 肥料颗粒运动分析；(Ⅲ)有机肥排肥装置设计；(Ⅳ)有机肥颗粒力学分析。

图4 控制系统硬件连接图。

图5 自动开沟深度调节系统设计，(Ⅰ)开沟深度调节过程；(Ⅱ)自动沟深调节原理；(Ⅲ)开沟深度动态调节函数。

图6 路径规划系统设计。

图7 路径跟踪系统设计。

图8 自动作业控制系统设计。

图9 自动导航性能试验及结果， (Ⅰ) 评价指标；(Ⅱ)路径跟踪效果；(Ⅲ)无人驾驶试验结果。

图10 开沟性能试验及结果。

图11 施肥性能试验及结果。

图12 田间试验及结果， (Ⅰ) 田间试验场地环境；(Ⅱ) 田间试验过程；(Ⅲ)田间试验结果。