本發(fā)明涉及薯類作物田間植保，具體涉及一種應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人及控制方法。

背景技術(shù)：

1、目前，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備逐漸應(yīng)用于田間管理中，然而現(xiàn)有的自動(dòng)噴藥設(shè)備在復(fù)雜田間環(huán)境下智能噴灑控制方面仍存在不足，大多數(shù)自動(dòng)噴藥系統(tǒng)缺乏實(shí)時(shí)病害識(shí)別和噴灑配比功能，藥液使用效率較低，難以適應(yīng)復(fù)雜的病蟲害防治需求。薯類作物的底部和薯壟區(qū)域更容易滋生病害和害蟲，傳統(tǒng)噴藥方式無法實(shí)現(xiàn)對(duì)薯類植株冠層和底部病害的分區(qū)精準(zhǔn)噴灑，難以有效覆蓋不同層次的目標(biāo)區(qū)域。

2、此外，現(xiàn)有的噴藥設(shè)備多為混合藥劑，而殺蟲藥和殺菌藥的化學(xué)成分不同，有些成分混合后可能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致藥劑失效或產(chǎn)生副作用。在實(shí)際工作過程中，同一植株上可能只出現(xiàn)害蟲或病害，使用混合藥劑會(huì)導(dǎo)致藥劑浪費(fèi)。

3、因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人及控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)噴藥機(jī)器人的精準(zhǔn)分區(qū)噴灑和藥量控制，從而在提高作業(yè)效率的同時(shí)有效減少農(nóng)藥使用量，降低對(duì)環(huán)境的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人及控制方法，通過雙層噴藥裝置實(shí)現(xiàn)植株冠層、底部和薯壟的精準(zhǔn)分層噴灑。同時(shí)，集成的視覺系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)病害信息，并自動(dòng)調(diào)配殺蟲藥和殺菌藥的比例，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)約的病蟲害防治。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人的控制方法，包括以下步驟：

4、s1、噴藥機(jī)器人啟動(dòng)后，獲取地塊空間信息，通過路徑規(guī)劃算法自動(dòng)生成最優(yōu)作業(yè)路徑，進(jìn)行自主導(dǎo)航作業(yè)；

5、s2、噴藥機(jī)器人行進(jìn)至作業(yè)區(qū)域時(shí)，實(shí)時(shí)采集薯田圖像，檢測(cè)植株的病害狀況及高度信息，使用內(nèi)置的病害識(shí)別模型和病害分級(jí)模型，根據(jù)病害類型、嚴(yán)重程度和植株高度確定噴藥策略，計(jì)算合適的藥劑配比和噴灑方案；

6、s3、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各藥箱的流量數(shù)據(jù)，根據(jù)流量傳感器反饋的信息，調(diào)節(jié)每個(gè)藥箱對(duì)應(yīng)的抽取泵的輸出，控制每種藥液的流量，確保配比符合預(yù)設(shè)比例；

7、同時(shí)，根據(jù)噴藥機(jī)器人的行進(jìn)速度調(diào)節(jié)抽取泵控制流量；

8、以及，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各藥箱的液位高度，當(dāng)某一藥箱藥液不足時(shí)，發(fā)出補(bǔ)充提醒，同時(shí)在藥液不足的情況下自動(dòng)調(diào)整藥液配比；

9、s4、噴藥機(jī)器人在噴藥過程中，根據(jù)植株高度和病害分布，實(shí)時(shí)控制殺菌藥噴嘴和殺蟲藥噴嘴的噴射角度和高度，精準(zhǔn)覆蓋植株冠層、植株底部和薯壟，實(shí)現(xiàn)對(duì)上下層病害的分區(qū)處理；

10、s5、噴藥機(jī)器人在噴藥過程中，控制裝置通過流量傳感器實(shí)時(shí)采集噴灑的藥量數(shù)據(jù)，待整個(gè)田塊噴藥結(jié)束后生成藥量噴灑圖。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：還包括以下步驟：

12、s2中病害識(shí)別模型和病害分級(jí)模型具體為，病害識(shí)別模型采用yolov10神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

13、采用yolov10作為病害識(shí)別模型的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，將原有的主干特征提取網(wǎng)絡(luò)替換為hgnet，通過引入num參數(shù)動(dòng)態(tài)選擇不同的卷積類型，用于替換hgnet中hgblock模塊的普通卷積；

14、當(dāng)num＝1或num＝2時(shí)，普通卷積替換為幽靈卷積ghostconv；當(dāng)num＝3或num＝4時(shí)，普通卷積替換為重參數(shù)化卷積repconv，對(duì)主干網(wǎng)絡(luò)中的sppf模塊進(jìn)行改進(jìn)，在池化金字塔操作之前，新增一個(gè)1×1卷積層，用于對(duì)輸入特征的通道數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將池化層的核大小統(tǒng)一設(shè)置為5×5，并以級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行池化操作，最后將池化金字塔輸出后的通道壓縮卷積替換為分組卷積，生成的輸出特征將傳遞到后續(xù)網(wǎng)絡(luò)層，將yolov10中原有的piou損失函數(shù)替換為inner-wlou；

15、病害分級(jí)模型采用圖像分割算法u-net分割病害區(qū)域，計(jì)算病害覆蓋百分比，劃分病害等級(jí)。

16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：生成噴藥策略具體方法為：

17、根據(jù)病害類型t確定藥液種類，根據(jù)病害嚴(yán)重程度l，動(dòng)態(tài)調(diào)整藥液濃度d：

18、d＝dbase·(1+kl)

19、其中dbase為基礎(chǔ)藥液濃度，k為濃度調(diào)整系數(shù)，l為病害嚴(yán)重等級(jí)。

20、作為本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：生成藥量噴灑圖的具體方法為：

21、在噴藥過程中，在每個(gè)采樣時(shí)刻將殺蟲劑流量qp和殺菌劑流量qf與gps位置數(shù)據(jù)(x,y)匹配，形成數(shù)據(jù)對(duì)(x，y，qp)和(x，y，qf)，將流量和位置數(shù)據(jù)記錄為一組時(shí)序數(shù)據(jù)；

22、將田塊劃分為多個(gè)田塊柵格，每個(gè)柵格單元用坐標(biāo)(i,j)表示，將所有采樣點(diǎn)(x，y，qp)和(x，y，qf)累計(jì)到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格單元(i,j)中，得到每個(gè)柵格單元的總噴灑量qp總和qf總；

23、對(duì)于對(duì)未覆蓋或噴藥量不足等噴灑數(shù)據(jù)不完整的柵格，使用idw算法估算殺蟲劑和殺菌劑的噴灑量，對(duì)于在田塊邊緣或路徑轉(zhuǎn)彎處的區(qū)域，采用加權(quán)平滑來調(diào)整邊緣區(qū)域的噴灑量；

24、根據(jù)噴灑殺蟲劑和殺菌劑的藥量，通過顏色映射公式分別生成藥量噴灑圖。

25、一種應(yīng)用薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人,該田間雙層噴藥機(jī)器人包括：

26、控制裝置：安裝在行走裝置的前端；

27、視覺系統(tǒng)：安裝在行走裝置前端的兩側(cè)；

28、行走裝置：中部上方安裝有藥箱組，下方兩側(cè)各安裝有兩組下噴藥裝置，尾部安裝有升降裝置，升降裝置與后噴藥裝置固定安裝；

29、其中，所述行走裝置包括：底盤、電池組、側(cè)邊固定架，底盤前端安裝有電池組，側(cè)邊分別安裝有側(cè)邊固定架；

30、所述后噴藥裝置包括：噴桿架、噴頭組裝，噴桿架后端依次安裝有組噴藥組裝；

31、所述噴頭組裝包括：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、殺菌藥噴嘴、殺蟲藥噴嘴、藥管，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)下端依次安裝有殺菌藥噴嘴和殺蟲藥噴嘴，殺菌藥噴嘴和殺蟲藥噴嘴上端均安裝有藥管；

32、所述升降裝置包括：罩殼、流量傳感器、分流器、抽取泵、固定底座、藥管、藥液混合器、電動(dòng)推桿，罩殼前側(cè)依次安裝有個(gè)抽取泵，每個(gè)抽取泵上方均安裝有流量傳感器，內(nèi)側(cè)依次安裝有兩個(gè)藥液混合器，兩側(cè)的流量傳感器通過藥管與藥液混合器連接，分別接入罩殼內(nèi)側(cè)的兩個(gè)藥液混合器，中部的流量傳感器通過藥管與分流器連接，分流器分出的兩根藥管別分接入罩殼內(nèi)側(cè)的兩個(gè)藥液混合器，罩殼上部安裝有固定底座，兩個(gè)藥液混合器的下方分別安裝有藥管與固定底座相連接，固定底座下端依次安裝有兩個(gè)電動(dòng)推桿；

33、所述藥箱組包括：殺菌藥箱、水箱、殺蟲藥箱，藥箱組中部安裝有水箱，兩側(cè)分別安裝有殺菌藥箱和殺蟲藥箱，殺菌藥箱通過藥管與安裝在罩殼同側(cè)的抽取泵相連接，同樣殺蟲藥箱通過藥管與安裝在罩殼同側(cè)的抽取泵相連接，水箱通過藥管與安裝在罩殼中間的抽取泵相連接；

34、所述下噴藥裝置包括：藥管、殺菌藥噴嘴、殺蟲藥噴嘴、電動(dòng)滑臺(tái)，兩個(gè)電動(dòng)滑臺(tái)滑軌向外安裝，滑塊上依次安裝有殺菌藥噴嘴和殺蟲藥噴嘴，兩個(gè)噴嘴末端分別安裝有藥管。

35、本發(fā)明的有益效果：

36、本發(fā)明設(shè)計(jì)了應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人，通過分別控制后噴藥裝置和下噴藥裝置的噴灑角度和高度，能夠精準(zhǔn)覆蓋植株冠層和底部，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同病害部位的分區(qū)防治，提高噴灑的有效性。

37、本發(fā)明設(shè)計(jì)了應(yīng)用于薯類的田間雙層噴藥機(jī)器人的控制方法，通過視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)病害種類和嚴(yán)重程度自動(dòng)調(diào)配殺蟲藥和殺菌藥的比例，減少不必要的藥液使用，降低農(nóng)藥成本并減少環(huán)境污染。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控藥液存量，自動(dòng)調(diào)整噴灑濃度或提醒補(bǔ)充藥液，確保噴灑工作的連續(xù)性，避免因藥液不足導(dǎo)致的防治效果下降。