CN111762323B - 一种植保无人机的网式气雾整流装置及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种植保无人机的网式气雾整流装置及其作业方法，包括托架、电控***和气雾整流机构；无人机上安装喷施设备，托架与无人机的脚架连接，电控***包括电源、电控盒子、控制单元、多个陀螺仪和执行器，电控盒子安装于托架的顶面，电源和控制单元设于电控盒子内，执行器安装于托架的底面，控制单元与执行器电性连接，多个陀螺仪以无人机旋翼的对称中心为中心对称安装至托架上，多个陀螺仪与控制单元电性连接；所述气雾整流机构包括套筒、伸缩主骨、多个伸缩支杆、多个传感器和整流网罩，执行器用以控制套筒的翻转、伸缩主骨的伸缩及伸缩支杆的伸缩、升降和旋转，电源分别为控制单元、执行器、伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩供电。
Description
技术领域
本发明涉及农业航空植保喷施技术领域，特别涉及一种植保无人机的网式气雾整流装置及其作业方法。
背景技术
我国农村日益劳荒，农业机械化已成为我国农业发展的不二道路，农业机械化催生了各种农业机械装备，其中，植保无人机以其高效、灵活、安全的特点，广泛被市场看好和采用。
植保无人机在农业上应用(Chunduri and Menaka 2019)场景广泛，低空低量施药技术作为之一热点应用，为达到符合预期的防治效果同时又避免药液浪费，增进喷施的雾滴覆盖率及喷施精度一直是各方努力的方向。例如，授权公告号为CN109283937A的发明专利公开的“一种基于无人机的植保喷施作业的方法及***”中，公开了如何针对得到的农情地理信息数据，使其作为后续喷施航线轨迹设计的基础，再设计环绕喷施的航线轨迹，并根据植株地形顺序的拓扑关系设计植保作业喷施路线。
除优化航线规划外，还有优化喷雾规则、喷头或加入飞防助剂等方法增进喷施作业效率，但上述方法均须投入大量研发精力，通常不能广泛应用于多种机型，且难以克服环境因素的影响，使喷施水平保持稳定，诸如喷施作业时的外风场，风向会改变喷施的沉积区域，风速对雾滴粒径和均匀性影响较大。
为弥补上述方法的不足之处，急需一种可提升精准喷施且可便捷安装于任意植保无人机下方的整流装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种植保无人机的网式气雾整流装置，解决了喷施作业时的外风场、风向会改变喷施的沉积区域，风速对雾滴粒径和均匀性影响较大的问题。
本发明的另一目的在于，提供了上述植保无人机的网式气雾整流装置的作业方法。
本发明的技术方案为：一种植保无人机的网式气雾整流装置，包括托架、电控***和气雾整流机构；无人机上安装喷施设备，托架与无人机的脚架连接，电控***包括电源、电控盒子、控制单元、多个陀螺仪和执行器，电控盒子安装于托架的顶面，电源和控制单元设于电控盒子内，执行器安装于托架的底面，控制单元与执行器电性连接，多个陀螺仪以无人机旋翼的对称中心为中心对称安装至托架上，多个陀螺仪与控制单元电性连接；所述气雾整流机构包括套筒、伸缩主骨、多个伸缩支杆、多个传感器和整流网罩，套筒与执行器连接，多个传感器分布于整流网罩上，多个传感器用以采集气雾流速、气雾流向和整流网罩的形变量等数据，多个传感器分别与控制单元电性连接，伸缩主骨的一端连接至套筒内，另一端与整流网罩的中心连接，多个伸缩支杆均匀分布于伸缩主骨的外侧面，多个伸缩支杆可沿伸缩主骨旋转及上下升降，多个伸缩支杆的一端分别与伸缩主骨连接，另一端分别与整流网的外侧连接，套筒、伸缩主骨和伸缩支杆分别与执行器电性连接，执行器用以控制套筒的翻转、伸缩主骨的伸缩及伸缩支杆的伸缩、升降和旋转，电源分别为控制单元、执行器、伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩供电。通过驱动伸缩主骨和伸缩支杆进行伸缩、旋转和升降，从而调整整流网罩的张合。
进一步，所述整流网罩由多段环向索和多段径向索组成，多段径向索的一端分别互相连接作为整流网罩的中心，另一端分别向外发散，多段环向索分别由内至外与多段径向索连接，形成多个网格，环向索和径向索的连接处设有热敏电阻。
进一步，所述整流网罩采用具有弹性的热敏材料制成，整流网罩的表面光滑。采用热敏材料粘性阻力小，滤网通电产生磁场，将所流经的紊乱气流分解成均匀、相对平行的气流，如小涡街结构，增强雾滴的垂直穿透能力，其形变及散热情况可表征气雾流场信息，进而调节整流网罩的姿态。
进一步，所述植保无人机的网式气雾整流装置还包括衔接支撑杆和卡扣，所述卡扣与无人机的脚架连接，衔接支撑杆的一端与卡扣连接，另一端与托架连接。
进一步，所述衔接支撑杆的长度可调节，卡扣为万向卡扣。
进一步，所述电控盒子采用防水防尘材料制成。
进一步，所述伸缩主骨和伸缩支杆通过步进电机完成伸缩。通过步进电机可定量控制伸缩主骨和伸缩支杆的伸缩量。
进一步，所述控制单元包括输入电路、A/D转换器、智能芯片和输出电路，由传感器所采集到的作业数据传输至智能芯片，由智能芯片分析、处理后，输出动作指令到执行器，执行器根据指令对气雾整流机构进行调控。
本发明的另一技术方案为：上述植保无人机的网式气雾整流装置的作业方法，包括以下步骤：
步骤S1：接通电源，将无人机的电控***与计算机联机，检查电控***及传感器的工作状态，预设无人机的飞行高度、喷幅等作业参数；
步骤S2：将托架安装至无人机的脚架，调整套筒使其与托架平行，伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩收容于套筒内；
步骤S3：启飞无人机，当无人机上升至一定高度时，通过计算机远程输出指令至控制单元后，控制单元输出信号至执行器，执行器驱动套筒旋转至与地面垂直后，执行器进一步驱动伸缩主骨伸长，使整流网在空中平稳张开，进行喷施作业；
步骤S4：整流网罩通电产生磁场，所流经的紊乱气流分解成均匀、相对平行的气流，整流网罩上的传感器采集气雾流速、气雾流向和整流网罩的形变量等数据并传输至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器进一步驱动伸缩支杆伸缩和升降，伸缩支杆伸缩和升降进一步调节整流网罩的张开半径、网格的密度和大小，从而改变整流后的气流流向；
步骤S5：喷施作业完成后，控制无人机悬停并发送指令至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器先驱动伸缩支杆收缩，再驱动伸缩主骨收缩，使整流网罩收回套筒内，最后再旋转套筒使其与托架保持平行后，控制无人机降落。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明的托架通过卡扣快速、便捷安装于任意植保无人机，完成一次安装，若机械连接件无故障，可连续多次使用，整流网罩以流水冲洗方式清洁即可，无须拆卸，具有适用性强、便捷的优点。
本发明的整流网罩，将原本气流紊乱的无人机下风场整流成相对平行、均匀的气流，从而将雾滴精准沉积于目标喷施区域，减少雾滴飘失，提升植保无人机的喷施作业效果，增进植保无人机喷施作业效率，在植保无人机高风速作业时，能有效降低横向风对雾滴粒径的过度凝聚作用，维持喷施均匀性，提高雾滴的有效沉积量，整流网罩除起整流效果之外，还能柔化植保无人机在低空作业时产生的下洗气流，减缓其对作物冠层的伤害。
附图说明
图1为本发明的网式气雾整流装置的正视图。
图2为本发明的网式气雾整流装置的俯视图。
图3为本发明的网式气雾整流装置的立体图。
图4为本发明的托架及托架上结构的俯视图。
图5为本发明的整流网罩收纳于套筒内的结构示意图。
托架1、支撑杆2、卡扣3、无人机4、脚架5、电控盒子6、陀螺仪7、执行器8、套筒9、伸缩主骨10、伸缩支杆11、整流网罩12、环向索13、径向索14。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1和图3所示，本实施例提供了一种植保无人机的网式气雾整流装置，包括托架1、衔接支撑杆2、卡扣3、电控***和气雾整流机构。
如图3和图4所示，无人机4搭载有喷施设备，托架为方形平台，衔接支撑杆的长度可调节，卡扣为万向卡扣，卡扣与无人机的脚架5连接，衔接支撑杆的一端与卡扣连接，另一端与托架连接。
如图3和图4所示，电控***包括电源、电控盒子6、控制单元、多个陀螺仪7和执行器8，电控盒子安装于托架的顶面，电控盒子采用防水防尘材料制成，电源和控制单元设于电控盒子内，执行器安装于托架的底面，控制单元与执行器电性连接，多个陀螺仪以无人机旋翼的对称中心为中心对称安装至托架上，多个陀螺仪与控制单元电性连接，陀螺仪、电控盒子、托架和执行器构成云台机构，用于判断实时飞行姿态，减少惯性力及外界风场对起雾整流机构的影响。
如图1和图2所示，气雾整流机构包括套筒9、伸缩主骨10、多个伸缩支杆11、多个传感器和整流网罩12，套筒与执行器连接，多个传感器分布于整流网罩上，多个传感器用以采集气雾流速、气雾流向和整流网罩的形变量等数据，多个传感器分别与控制单元电性连接，套筒、伸缩主骨和伸缩支杆分别与执行器电性连接，控制单元包括输入电路、A/D转换器、智能芯片和输出电路等，由传感器所采集到的作业数据传输至智能芯片，由智能芯片分析、处理后，输出动作指令到执行器，执行器根据指令对气雾整流机构进行调控，调控的部位分别为套筒的平面转动、骨架主骨伸缩和骨架支干的伸缩、旋转及上下升降。
如图1和图3所示，伸缩主骨的一端连接至套筒内，另一端与整流网罩的中心连接，多个伸缩支杆均匀分布于伸缩主骨的外侧面，多个伸缩支杆可沿伸缩主骨旋转及上下升降，多个伸缩支杆的一端分别与伸缩主骨连接，另一端分别与整流网的外侧连接，电源分别为控制单元、执行器、伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩供电，伸缩主骨和伸缩支杆通过步进电机完成伸缩。通过步进电机可定量控制伸缩主骨和伸缩支杆的伸缩量。通过驱动伸缩主骨和伸缩支杆进行伸缩、旋转和升降，从而调整整流网罩的张合。
如图1、图2和图3所示，整流网罩由多段环向索13和多段径向索14组成，多段径向索的一端分别互相连接作为整流网罩的中心，另一端分别向外发散，多段环向索分别由内至外与多段径向索连接，形成多个网格，环向索和径向索的连接处设有热敏电阻，整流网罩采用具有弹性的热敏材料制成，整流网罩的表面光滑。采用热敏材料粘性阻力小，滤网通电产生磁场，将所流经的紊乱气流分解成均匀、相对平行的气流，如小涡街结构，增强雾滴的垂直穿透能力，其形变及散热情况可表征气雾流场信息，进而调节整流网罩的姿态。
本发明的整流网罩，将原本气流紊乱的无人机下风场整流成相对平行、均匀的气流，从而将雾滴精准沉积于目标喷施区域，减少雾滴飘失，提升植保无人机的喷施作业效果，增进植保无人机喷施作业效率，在植保无人机高风速作业时，能有效降低横向风对雾滴粒径的过度凝聚作用，维持喷施均匀性，提高雾滴的有效沉积量，整流网罩除起整流效果之外，还能柔化植保无人机在低空作业时产生的下洗气流，减缓其对作物冠层的伤害。
上述植保无人机的网式气雾整流装置的作业方法，包括以下步骤：
步骤S1：接通电源，将无人机的电控***与计算机联机，检查电控***及传感器的工作状态，预设无人机的飞行高度、喷幅等作业参数；
步骤S2：将托架安装至无人机的脚架，调整套筒使其与托架平行，伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩收容于套筒内(如图5所示)；
步骤S3：启飞无人机，当无人机上升至一定高度时，通过计算机远程输出指令至控制单元后，控制单元输出信号至执行器，执行器驱动套筒旋转至与地面垂直后，执行器进一步驱动伸缩主骨伸长，使整流网在空中平稳张开，进行喷施作业；
步骤S4：整流网罩通电产生磁场，所流经的紊乱气流分解成均匀、相对平行的气流，整流网罩上的传感器采集气雾流速、气雾流向和整流网罩的形变量等数据并传输至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器进一步驱动伸缩支杆伸缩和升降，伸缩支杆伸缩和升降进一步调节整流网罩的张开半径、网格的密度和大小，从而改变整流后的气流流向；
步骤S5：喷施作业完成后，控制无人机悬停并发送指令至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器先驱动伸缩支杆收缩，再驱动伸缩主骨收缩，使整流网罩收回套筒内，最后再旋转套筒使其与托架保持平行后，控制无人机降落。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (9)
1.一种植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，包括托架、电控***和气雾整流机构；
无人机上安装喷施设备，托架与无人机的脚架连接，电控***包括电源、电控盒子、控制单元、多个陀螺仪和执行器，电控盒子安装于托架的顶面，电源和控制单元设于电控盒子内，执行器安装于托架的底面，控制单元与执行器电性连接，多个陀螺仪以无人机旋翼的对称中心为中心对称安装至托架上，多个陀螺仪与控制单元电性连接；
所述气雾整流机构包括套筒、伸缩主骨、多个伸缩支杆、多个传感器和整流网罩，整流网罩通电能够产生磁场，套筒与执行器连接，多个传感器分布于整流网罩上，多个传感器用以采集气雾流速数据、气雾流向数据和整流网罩的形变量数据，多个传感器分别与控制单元电性连接，伸缩主骨的一端连接至套筒内，另一端与整流网罩的中心连接，多个伸缩支杆均匀分布于伸缩主骨的外侧面，多个伸缩支杆可沿伸缩主骨旋转及上下升降，多个伸缩支杆的一端分别与伸缩主骨连接，另一端分别与整流网的外侧连接，套筒、伸缩主骨和伸缩支杆分别与执行器电性连接，执行器用以控制套筒的翻转、伸缩主骨的伸缩及伸缩支杆的伸缩、升降和旋转，电源分别为控制单元、执行器、伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩供电。
2.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，整流网罩由多段环向索和多段径向索组成，多段径向索的一端分别互相连接作为整流网罩的中心，另一端分别向外发散，多段环向索分别由内至外与多段径向索连接，形成多个网格。
3.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，所述整流网罩采用具有弹性的热敏材料制成，整流网罩的表面光滑。
4.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，还包括衔接支撑杆和卡扣，所述卡扣与无人机的脚架连接，衔接支撑杆的一端与卡扣连接，另一端与托架连接。
5.根据权利要求4所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，所述衔接支撑杆的长度可调节，卡扣为万向卡扣。
6.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，所述电控盒子采用防水防尘材料制成。
7.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，所述伸缩主骨和伸缩支杆通过步进电机完成伸缩。
8.根据权利要求1所述的植保无人机的网式气雾整流装置，其特征在于，所述控制单元包括输入电路、A/D转换器、智能芯片和输出电路，由传感器所采集到的作业数据传输至智能芯片，由智能芯片分析、处理后，输出动作指令到执行器，执行器根据指令对气雾整流机构进行调控。
9.一种权利要求1-8任一所述的植保无人机的网式气雾整流装置的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：接通电源，将无人机的电控***与计算机联机，检查电控***及传感器的工作状态，预设无人机的飞行高度、喷幅等作业参数；
步骤S2：将托架安装至无人机的脚架，调整套筒使其与托架平行，伸缩主骨、伸缩支杆和整流网罩收容于套筒内；
步骤S3：启飞无人机，当无人机上升至一定高度时，通过计算机远程输出指令至控制单元后，控制单元输出信号至执行器，执行器驱动套筒旋转至与地面垂直后，执行器进一步驱动伸缩主骨伸长，使整流网罩在空中平稳张开，进行喷施作业；
步骤S4：整流网罩通电产生磁场，所流经的紊乱气流分解成均匀、相对平行的气流，整流网罩上的传感器采集气雾流速数据、气雾流向数据和整流网罩的形变量数据并传输至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器进一步驱动伸缩支杆伸缩和升降，伸缩支杆伸缩和升降进一步调节整流网罩的张开半径、网格的密度和大小，从而改变整流后的气流流向；
步骤S5：喷施作业完成后，控制无人机悬停并发送指令至控制单元，控制单元输出信号至执行器，执行器先驱动伸缩支杆收缩，再驱动伸缩主骨收缩，使整流网罩收回套筒内，最后再旋转套筒使其与托架保持平行后，控制无人机降落。
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