浙江农业学报 ›› 2026, Vol. 38 ›› Issue (7): 1453-1462.DOI: 10.3969/j.issn.1004-1524.20250522
收稿日期:2025-08-06
出版日期:2026-07-25
发布日期:2026-08-20
作者简介:孟超,主要从事机电系统智能化研究。E-mail:m15069473511@163.com
通讯作者:
*李军英,E-mail: 3176378268@qq.com
MENG Chao(
), LI Junying*(
), LU Zheng, ZHANG Jinhao, CHEN Jingye
Received:2025-08-06
Published:2026-07-25
Online:2026-08-20
摘要: 针对青菜种植中病虫害精准施药的需求,提出了基于机器视觉和Faster R-CNN模型的定点施药算法,该算法包括病株检测算法和机械臂定点施药算法。利用机器视觉和Faster R-CNN模型实现病株检测,利用单目成像原理输出病株位置,利用定点施药算法控制并联机械臂定点施药。为验证算法的可行性,开展了仿真模拟和样机实验。结果表明,病株检测算法单次最大运算时间约为43.216 μs,满足系统1 ms通信周期的实时性要求;在100~200 mm·s-1行进速度下,并联机械臂定点施药算法的漏处理率和误处理率均低于5%,验证了算法的准确性与稳定性。本研究可为植保机器人精准施药提供技术参考。
中图分类号:
孟超, 李军英, 鲁政, 张金浩, 谌敬业. 蔬菜大棚植保机器人定点施药算法研究[J]. 浙江农业学报, 2026, 38(7): 1453-1462.
MENG Chao, LI Junying, LU Zheng, ZHANG Jinhao, CHEN Jingye. Research on the fixed-point pesticide application algorithm for vegetable greenhouse plant protection robot[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2026, 38(7): 1453-1462.
| 主干网络 Backbone network | 准确率/% Precision/% | 召回率/% Recall/% | F1值/% F1score/% | 检测时间/ms Inference time/ms |
|---|---|---|---|---|
| ResNet50 | 87.62 | 89.90 | 88.75 | 175.24 |
| ResNet10 | 88.33 | 90.85 | 89.57 | 174.89 |
| VGG-16 | 93.89 | 95.42 | 94.65 | 171.11 |
| VGG-19 | 89.25 | 89.34 | 89.29 | 173.67 |
表1 测试参数
Table 1 Test parameters
| 主干网络 Backbone network | 准确率/% Precision/% | 召回率/% Recall/% | F1值/% F1score/% | 检测时间/ms Inference time/ms |
|---|---|---|---|---|
| ResNet50 | 87.62 | 89.90 | 88.75 | 175.24 |
| ResNet10 | 88.33 | 90.85 | 89.57 | 174.89 |
| VGG-16 | 93.89 | 95.42 | 94.65 | 171.11 |
| VGG-19 | 89.25 | 89.34 | 89.29 | 173.67 |
| 参数 Parameter | 值 Value |
|---|---|
| 行动者网络学习率Actor network learning rate | 0.000 1 |
| 评论家网络学习率Critic network learning rate | 0.001 |
| 训练轮数Number of training episodes | 2 000 |
| 回放缓冲区空间Replay buffer capacity | 80 000 |
| 单次更新采样Sampling batch size | 200 |
| 单次更新子集长度Subsequence length for each update | 10 |
| 损失系数Discount factor | 0.99 |
| 衰减系数Soft update coefficient | 1×10-4 |
表2 DDPG训练超参数设置
Table 2 Hyperparameter settings for DDPG training
| 参数 Parameter | 值 Value |
|---|---|
| 行动者网络学习率Actor network learning rate | 0.000 1 |
| 评论家网络学习率Critic network learning rate | 0.001 |
| 训练轮数Number of training episodes | 2 000 |
| 回放缓冲区空间Replay buffer capacity | 80 000 |
| 单次更新采样Sampling batch size | 200 |
| 单次更新子集长度Subsequence length for each update | 10 |
| 损失系数Discount factor | 0.99 |
| 衰减系数Soft update coefficient | 1×10-4 |
| 机器人行进 速度/(mm·s-1) Robot traveling speed/(mm·s-1) | 患病植株 总个数 Total number of diseased plants | 漏处理个数 Number of missed plants | 误处理个数 Number of falsely treated plants |
|---|---|---|---|
| 100 | 24 | 0 | 0 |
| 150 | 27 | 1 | 1 |
| 200 | 21 | 1 | 1 |
表3 不同行进速度下样机实验结果
Table 3 Experimental results of the prototype under different traveling speeds
| 机器人行进 速度/(mm·s-1) Robot traveling speed/(mm·s-1) | 患病植株 总个数 Total number of diseased plants | 漏处理个数 Number of missed plants | 误处理个数 Number of falsely treated plants |
|---|---|---|---|
| 100 | 24 | 0 | 0 |
| 150 | 27 | 1 | 1 |
| 200 | 21 | 1 | 1 |
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