CN113917947A - 无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机，涉及农业机械技术领域，通过控制***的脉冲宽度PWM来调节喷药脉冲宽度，从而实现变量喷药。喷药前，农药和溶剂在喷洒箱内混合，在喷洒箱的出液口处安装电磁阀，喷嘴流量由电磁阀的间歇开闭来调节，流量改变由***占空比控制。在保持喷药压力恒定的条件下，可实现较大范围的变量控制，而且雾滴指标变化小，流速响应速度比传统基于压力变化调节方式快。

Description

无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其是涉及一种无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机。

背景技术

我国作为农业大国，拥有近1.5亿hm2基本农田，农业病虫害的防治依然是农业生产的重点内容，是保证农业高产高质，实现农业经济可持续发展的基础。与发达国家相比，我国的植保机械仍然较为落后，目前使用手动施药药械与背负式机动药械分别约占国内植保机械保有量的93.07%和5.53%，植保作业投入的劳力多、劳动强度大，容易导致环境污染，还会造成施药人员农药中毒现象。近年来，为了促使农业作业方式的可持续发展，国家大力扶持农用无人机的发展，与传统地面田间植保机械相比，植保无人机具有效率高、体积小、避免中毒、能应对突发和爆发性病虫害等特点。

尽管植保无人机已经被大家炒的沸沸扬扬，媒体上报道植保无人机在哪个地区一天高效率作业数百亩地的新闻到处都是。然而事实上，无人机可以真正长时间大面积下地干活的场景依旧很难看到。植保无人机在推广应用过程中困难重重。同时，目前我国在使用植保无人机进行农药雾化喷洒时，出现雾滴大、不均匀、对靶性差，雾滴在作物冠层的沉积状况差等现象，影响了防治效果。

目前，国内相关科研院所、大学、企业等都争相对植保无人机航空喷洒技术展开了深入的研究，并取得了一定的进展，但是，与发达国家相比，我国的农业航空技术发展仍在发展阶段，特别是针对多旋翼植保无人机喷洒***中液泵动态控制***的研制较少。

传统的变量农药喷洒采用压力控制流量的方式因此流量的改变就需要一定范围内的来改变压力，而压力的改变必然会导致喷雾颗粒大小的变化，从而造成喷药的不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机，以缓解现有技术中存在的变量农药喷洒采用压力控制流量的方式，因此流量的改变就需要一定范围内的来改变压力，而压力的改变必然会导致喷雾颗粒大小的变化，从而造成喷药的不稳定的技术问题。

第一方面，本发明提供一种无人机变量喷药控制方法，变量喷药控制方法包括以下步骤：

无人机运行过程中单位时间内每个喷嘴的流量表达式为：

Flow =Volume×Speed×Length/Area×Num；

其中，Volume为需喷洒的面积总量，单位为 L；Speed为无人机喷洒时的行驶速度，单位为m/s；Length为喷洒的宽度，单位为m；Area为喷洒的面积；Num为喷雾器喷嘴的数量；

再根据，每个喷嘴的流量表达式：Flow = - 0. 04V+ 0. 13P+ 0. 13PV +5. 47V-12. 71P + 273. 06，计算出PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）的值，其中，V为PWM的值；P为当前的水压大小；

通过控制增压泵的输入功率调节喷洒箱的出液口处的水压，使所述水压保持恒定；

通过变量控制器控制喷洒箱的出液口处的电磁阀的开关次数和开关时间调节喷雾器喷嘴的喷药量。

进一步的，所述电磁阀为脉宽调制电磁阀；

通过控制脉宽调制电磁阀的脉冲宽度调节喷雾器喷嘴的喷药量。

第二方面，本发明提供一种基于前述实施方式所述的无人机变量喷药控制方法的无人机变量喷药控制***，包括定位***、变量控制器、上位机和执行机构；

所述定位***根据管理信息***发出的指令读取与地块信息相对应的病虫草害信息，发送喷药指令，并将指令信息发送给所述变量控制器进行变量控制；

所述变量控制器为PWM信号发生器，用于提供驱动所述执行机构所需的方波信号；

所述上位机用于根据地块信息计算和存储变量控制指令信息，并分别联接 GPS和所述变量控制器；

所述执行机构采用脉宽调制电磁阀，所述脉宽调制电磁阀连接在喷洒头的入口处；

所述上位机产生脉宽调制信号并控制信号脉宽及频率，经所述变量控制器传输信号，并驱动电磁阀开关。

第三方面，本发明提供一种基于前述的无人机变量喷药控制方法和基于前述的无人机变量喷药控制***的无人机，包括：无人机本体、喷洒箱和喷洒组件；

所述喷洒箱安装于所述无人机本体，所述喷洒箱具有进液口和出液口，所述喷洒箱上设有搅拌机构和增压泵，所述搅拌机构用于对所述喷洒箱内部的液体进行搅拌；所述增压泵与所述喷洒箱的进气口连接；

所述喷洒组件安装于所述出液口，所述喷洒组件包括出水软管、喷洒头和线性驱动件；所述出水软管的一端与所述喷洒箱连接，另一端与所述喷洒头连接，所述出水软管上设有脉宽调制电磁阀；所述线性驱动件安装于所述喷洒箱的外部，且所述线性驱动件的输出轴与所述喷洒头固定连接，用于调节所述喷洒头的倾斜角度。

进一步的，所述喷洒头包括外管、内管和喷洒板；

所述内管套接于所述外管的内部，且两者围成药液腔，所述药液腔具有药液进口和药液出口；所述药液出口处连接有进液管，所述进液管与所述药液进口之间设有流量调节阀；

所述喷洒板位于所述药液腔的下方，且能够相对所述外管和所述内管转动；所述喷洒板具有喷洒腔，所述喷洒腔具有喷洒进口和喷嘴，所述喷洒进口与所述药液出口相对设置，以使药液由所述药液腔流入所述喷洒腔。

进一步的，所述外管的顶端的中部与所述进液管连通；

所述外管的底端和所述内管的底端封闭，并开设有所述药液出口；

所述内管的顶端封闭，底端敞口，所述内管的内部设有喷洒电机，所述喷洒电机的输出轴沿所述内管的轴向向下延伸并与所述喷洒板的顶端固定连接。

进一步的，所述喷洒进口的边缘向上延伸设有环形挡液板，所述环形挡液板的开口向上逐渐增大设置；

和/或，进液管的内壁卡接有过滤网；

和/或，所述进液管与所述外管的连接处设有密封垫圈。

进一步的，所述搅拌机构包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨；

所述搅拌电机与所述搅拌轴传动连接，所述搅拌轴转动连接于所述喷洒箱，所述搅拌桨设置为多个，多个所述搅拌桨沿所述搅拌轴的轴向交错设置。

进一步的，所述无人机本体的底端设有起落架，所述起落架的底端设有缓冲机构；

所述缓冲机构包括弹性件、支撑板和缓冲垫，所述弹性件和所述缓冲垫固定连接在所述支撑板的上下两侧，所述弹性件远离所述支撑板的一端与所述起落架的底端固定连接。

进一步的，还包括自动避障装置，所述自动避障装置包括避障箱体、均设置于所述避障箱体的内部的红外传感器和可编程控制器；

所述避障箱体的一侧设有透明区域，所述红外传感器的采集端与透明区域相对设置；

所述红外传感器与所述可编程控制器电连接。

本发明提供的无人机变量喷药控制方法、控制***及无人机至少具有以下有益效果：

在本发明中，由于通过控制增压泵的输入功率调节喷洒箱的出液口处的水压，可使水压保持恒定，因此，在压力恒定的情况下，采用通过变量控制器控制喷洒箱的出液口处的电磁阀的开关次数和开关时间调节喷雾器喷嘴的喷药量的喷药方法，能够确保喷雾颗粒大小不变，提高了喷药的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人机的结构示意图；

图2为喷洒箱及其上部件的结构示意图；

图3为喷洒箱与喷洒组件的连接结构示意图；

图4为喷洒组件的剖视图；

图5为喷洒板的剖视图；

图6为进液管的剖视图；

图7为自动避障装置的剖视图；

图8为自动避障装置的侧视图。

图标：

10-无人机本体；

20-喷洒箱；21-进液口；22-上盖；

30-喷洒组件；31-出水软管；32-喷洒头；33-线性驱动件；34-进液管；35-螺纹管；36-喷洒电机；37-过滤网；321-外管；322-内管；323-喷洒板；324-药液腔；325-药液出口；326-流量调节阀；327-环形挡液板；3231-喷洒腔；3232-喷洒进口；3233-喷嘴；

40-增压泵；

51-搅拌电机；52-搅拌轴；53-搅拌桨；54-第一减震弹簧；55-固定板；

60-起落架；61-弹性件；62-支撑板；63-缓冲垫；

71-避障箱体；72-红外传感器；73-可编程控制器；74-玻璃片；711-散热板；712-第一凹槽；713-第二凹槽；714-第一支撑柱；715-第二支撑柱；716-第二减震弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种无人机变量喷药控制方法，变量喷药控制方法包括以下步骤：

无人机运行过程中单位时间内每个喷嘴的流量表达式为：

Flow =Volume×Speed×Length/Area×Num；

其中，Volume为需喷洒的面积总量，单位为 L；Speed为无人机喷洒时的行驶速度，单位为m/s；Length为喷洒的宽度，单位为m；Area为喷洒的面积；Num为喷雾器喷嘴的数量；

再根据，每个喷嘴的流量表达式：Flow = - 0. 04V+ 0. 13P+ 0. 13PV +5. 47V-12. 71P + 273. 06，计算出PWM的值，其中，V为 PWM的值；P为当前的水压大小；

通过控制增压泵40的输入功率调节喷洒箱20的出液口处的水压，使水压保持恒定；

通过变量控制器控制喷洒箱20的出液口处的电磁阀的开关次数和开关时间调节喷雾器喷嘴的喷药量。

具体的，从上式（无人机运行过程中单位时间内每个喷嘴的流量表达式）可以看出，若喷雾器各喷嘴的间距为常数，则有两种方法可以实现投入速率的变量控制：一是通过改变喷药机行走速度，保持***压力恒定，实现投入速率很大范围内的变化，但喷药机液泵通常由机车发动机驱动，机车速度频繁变化导致喷药***压力不断变化，喷雾性能很难控制；二是改变喷嘴流量，在喷洒箱20的出液口处安装电磁阀，可保持***压力恒定。

通过控制***的脉冲宽度（PWM）来调节喷药脉冲宽度，从而实现变量喷药。喷药前，农药和溶剂在喷洒箱20内混合，在喷洒箱20的出液口处安装电磁阀，喷嘴流量由电磁阀的间歇开闭来调节，流量改变由***占空比控制。在保持喷药压力恒定的条件下，可实现较大范围的变量控制，而且雾滴指标变化小，流速响应速度比传统基于压力变化调节方式快。

本实施例中，电磁阀为脉宽调制电磁阀；通过控制脉宽调制电磁阀的脉冲宽度调节喷雾器喷嘴的喷药量。

本实施例还提供一种无人机变量喷药控制***，包括定位***、变量控制器、上位机和执行机构。

定位***根据管理信息***发出的指令读取与地块信息相对应的病虫草害信息，发送喷药指令，通过 RS-232标准串行接口将指令信息传给控制器进行变量控制。

变量控制器为PWM信号发生器，用于提供驱动执行机构所需的方波信号；变量控制器通过控制***任务周期来控制电磁阀开关状态，从而实现流量控制。当电磁阀充分打开时，流过喷嘴的流量取决于***压力值的大小。

上位机软件采用C语言结合MapObject进行编写，用于根据地块信息计算和存储变量控制指令信息；软件运行于 Windows环境下，程序中有两处 RS-232接口模块，分别用于联接 GPS 和变量控制器。

执行机构采用脉宽调制电磁阀，脉宽调制电磁阀连接在喷洒头32的入口处；上位机产生脉宽调制信号并控制信号脉宽及频率。

经以单片计算机为中央处理器的变量控制器传输信号和驱动电磁阀。喷嘴液体流量通过脉宽控制（改变控制信号的脉宽即可改变通过喷嘴液体流量大小）。整个***控制电压为 12V，电磁阀输入电流为 1.5A，每个变量控制器可控制 8个电磁阀。

具体的，电磁阀完成一次开关动作所需的时间为一个脉冲周期。一个脉冲周期内电磁阀接收高电平的时间占整个脉冲周期的比例定义为电磁阀的任务周期。变 量 控 制器 可 实 现 的 任 务 周 期 控 制 范 围 为 10%~100%。当电磁任务脉冲周期为100%时，即电磁阀为常开状态。此时，流量即为同等条件下喷嘴最大流量值。在每个脉冲周期内，脉冲信号为高电平时，电磁阀打开，喷嘴喷出液体。因此，每个脉冲周期中高电平所占比例越大，电磁阀打开时间越长，喷嘴喷出的液体也就越多。在喷雾过程中，喷雾***通过控制每个喷嘴的液体流量就可以控制投入量的多少。

在实际喷药作业中，可按照以下标准进行作业：

（1）杀虫剂要求：杀虫剂应选择在我国正式登记的农药品种，且在生产中应用 3年以上无不良记录。杀虫剂应遵循现配现用的原则，一般应在 2 小时内使用完毕。应依据无人机结构及特点选择适合无人机喷雾作业的杀虫剂型，包括常规剂型、低容量或超低容量剂型等。杀虫剂的使用量按照其在玉米上的登记用量范围，用低容量喷雾原则，根据玉米的长势和高度适当调节杀虫剂的使用剂量。为保证杀虫质量，需要在杀虫剂中添加适量的飞防专用助剂（增效剂、抗蒸发剂等）。

（2）气象条件：喷药前 3~5天，喷药时和喷药后 7~10 天连续最低气温不低于 14℃，日平均气温不低于 18℃。喷药时的相对湿度 10~60%，最好避开中午高温时段施药，以降低高温对药剂的蒸发而影响药效的发挥。不应在雨天、雷暴、风雪、沙尘等恶劣气候环境中作业。为避免产生药液飘移和效果差的问题，不应在晴天中午作业。喷药时温度小于 37℃ 时进行作业。喷药后 12 小时内有降水，需要重新喷施。

（3）作业参农业无人机作业过程应开启仿地全自主飞行或飞手操作飞行，均在目视可见的区域内飞行农业无人机作业时飞行速度宜为 3~5m/s。农业无人机作业时飞行高度应距离棉花冠层顶部 1~3m。应根据玉米种植密度、高度等选择杀虫剂、添加剂、喷雾参数及喷施次数。通常喷施两次以上，两次时间间隔应为 7~10 天。农业无人机喷施药液量宜不低于 18L/hm2。农业无人机喷药喷幅8~10m。农业无人机载药量 15~50kg。农业无人机雾滴不高于 300μm，作业区域内雾滴数量应不少于 15个·cm-2。

（4）现场作业要求：操控员及相关工作人员在作业过程中应保持站在上风位，与植保无人机保持 10m 以上安全距离，避免进入药物形成的雾带区。作业过程中如需临时中止，应切断植保无人机动力电源，避免意外启动。作业过程中需及时关注电池电量或药液量等变化，如更换电池或加注药液，需严格按照相关规定程序进行操作。作业过程需及时关注飞机参数设置与预定计划是否相符，作业区域周围障碍物、人员等安全。作业过程中需及时关注作业区域气象条件的变化，如有异常需根据变化及时调整或终止作业。作业过程中需及时关注农业无人机与控制终端的传输信号变化，避免信号丢失。作业过程中严禁吸烟、饮水、进食，避免用手接触皮肤、嘴和眼睛。作业时，应按照农业无人机定位***显示的信号或协助作业人员发出的信号作业，防止重、漏喷，避免因操作不当引起棉花药害。喷洒雾滴小，喷洒均匀，保证玉米上、中、层叶片都能均匀喷有杀虫剂。在风大、降雨前或烈日天气禁止喷药作业。同一玉米田内有两架或两架以上农业无人机作业时，相邻农业无人机之间应保持10m 以上。

参照图1至图3，本实施例提供一种无人机，无人机包括无人机本体10、喷洒箱20和喷洒组件30；喷洒箱20安装于无人机本体10，喷洒箱20具有进液口21和出液口，喷洒箱20上设有搅拌机构和增压泵40，搅拌机构用于对喷洒箱20内部的液体进行搅拌；增压泵40与喷洒箱20的进气口连接；喷洒组件30安装于出液口，喷洒组件30包括出水软管31、喷洒头32和线性驱动件33；出水软管31的一端与喷洒箱20连接，另一端与喷洒头32连接，出水软管31上设有脉宽调制电磁阀；线性驱动件33安装于喷洒箱20的外部，且线性驱动件33的输出轴与喷洒头32固定连接，用于调节喷洒头32的倾斜角度。

通过设置的搅拌机构便于对喷洒箱20中的药液进行搅拌，代替了人工进行搅拌，搅拌均匀；通过设置的线性驱动件33便于调整喷洒头32的倾斜角度，便于调整喷洒头32的喷洒范围，且通过设有的增压泵便于对喷洒箱20内的溶液进行增压。

喷洒头的入口通过出水软管31与喷洒箱20的出液口固定连接，出水软管31中部固定安装有脉宽调制电磁阀，通过脉宽调制电磁阀可控制出水操作，并通过线性驱动件33可对喷洒头32的倾斜角度进行调整，便于调整喷洒面积。

可选的，线性驱动件33可以为电动伸缩杆。

本实施例中，喷洒箱20的一侧设有具有刻度线的透明观察窗，通过设有的透明观察窗便于观察喷洒箱20中的水量，通过刻度线便于工作人员准确把握倒入的水量，提高了药剂的喷洒功效。

具体的，无人机本体10的左右两侧均设有喷洒箱20，喷洒箱20通过安装板安装在无人机本体10上。

其中，进液口21可设置在喷洒箱20的顶端，进液口21的中部可固定设有过滤件。

在喷洒箱20的进液口21处设有上盖22，当需要加入药液时，可将上盖22打开，当加入药液完成后，将上盖22盖合进液口21，以防止药液溢出。进一步的，参照图4和图5，喷洒头32包括外管321、内管322和喷洒板323；内管322套接于外管321的内部，且两者围成药液腔324，药液腔324具有药液进口和药液出口325；药液出口325处连接有进液管34，进液管34与药液进口之间设有流量调节阀326；喷洒板323位于药液腔324的下方，且能够相对外管321和内管322转动；喷洒板323具有喷洒腔3231，喷洒腔3231具有喷洒进口3232和喷嘴3233，喷洒进口3232与药液出口325相对设置，以使药液由药液腔324流入喷洒腔3231。

进一步的，进液管34的入口端连接有螺纹管35，螺纹管35可与出水软管31螺纹连接，通过进液管34和螺纹管35的配合连接能够便于将喷洒头32固定安装在无人机上，减轻了员工的安装难度。

需要说明的是，电机和流量调节阀326均与无人机内设有的无线接收器电性连接，无线接收器与遥控手柄内的无线发射器电性连接，便于控制电机的开关以及流量调节阀326的流通量，进而提高药液的喷洒效率。

喷嘴3233可设置为多个，其可设置为雾化喷嘴。

具体的，外管321的顶端的中部与进液管34连通；外管321的底端和内管322的底端封闭，并开设有药液出口325；内管322的顶端封闭，底端敞口，内管322的内部设有喷洒电机36，喷洒电机36的输出轴沿内管322的轴向向下延伸并与喷洒板323的顶端固定连接。

喷洒电机36与内管322之间可通过固定块固定连接，用于将喷洒电机36固定在内管322的内部，提高喷洒电机36的固定强度。

具体使用时，将螺纹管35与无人机上的出水软管31连接，转动外管321从而带动螺纹管35旋紧，当无人机升空后对植保进行药液喷洒时，在无人机遥控手柄上控制流量调节阀326，调节药液的流量，同时再利用遥控手柄操控无人机打开电机开关，电机的输出端带动喷洒板323转动，药液从流量调节阀326流入药液腔324中，再顺着药液出口325流出，经过喷洒板323的喷洒进口3232流入喷洒腔3231内，由于喷洒板323转动产生的离心作用带动药液从喷嘴3233中喷出，对植保作物进行药液喷洒。

进一步的，喷洒进口3232的边缘向上延伸设有环形挡液板327，环形挡液板327的开口向上逐渐增大设置。

可选的，环形挡液板327的横截面为直角三角形，能够防止药液洒落在喷洒板323的顶端，造成药液的浪费。

参照图6，本实施例中，进液管34的内壁卡接有过滤网37，能够对药液进行过滤，防止药液中的杂质堵塞雾化喷嘴。

为了提高密封性能，进液管34与外管321的连接处设有密封垫圈（附图未示出），用于密封进液管34与外管321的连接处，防止药液出现侧漏，造成药液的浪费。

具体的，参照图2和图3，搅拌机构包括搅拌电机51、搅拌轴52和搅拌桨53；搅拌电机51与搅拌轴52传动连接，搅拌轴52转动连接于喷洒箱20，搅拌桨53设置为多个，多个搅拌桨53沿搅拌轴52的轴向交错设置，通过搅拌电机51带动搅拌桨53对溶液进行搅拌，可代替人工搅拌，同时还可以提高搅拌效率和搅拌的均匀性。

其中，搅拌电机51固定安装在喷洒箱20的顶端的中部。

进一步的，搅拌电机51安装于喷洒箱20的顶端；搅拌电机51与喷洒箱20之间设有用于减缓搅拌电机51震动的减震组件。

在本申请的一种实施方式中，减震组件包括第一减震弹簧54；喷洒箱20的顶端向上延伸设有固定板55，固定板55设置为两块且相对设置；第一减震弹簧54固定连接于搅拌电机51与对应的固定板55之间，通过第一减震弹簧54可减少搅拌电机51工作过程中产生的震动，防止造成无人机本体晃动，影响喷洒效果。

需要说明的是，搅拌电机51、电动伸缩杆、脉宽调制电磁阀和增压泵40与无人机本体10的内部设有的无线接收器电性连接，无线接收器与遥控器内部设有的无线发射器电性连接，无线发射器与遥控器表面的控制开关电性连接。搅拌电机51、电动伸缩杆、脉宽调制电磁阀和增压泵40与无人机本体10内部设有的蓄电池电性连接，通过遥控器表面的控制开关便于控制各个用电器的工作。

请继续参照图1，无人机本体10的底端设有起落架60，起落架60的底端设有缓冲机构；缓冲机构包括弹性件61、支撑板62和缓冲垫63，弹性件61和缓冲垫63固定连接在支撑板62的上下两侧，弹性件61远离支撑板62的一端与起落架60的底端固定连接，当该无人机落地时，弹性件61和缓冲垫63可起到缓冲的作用。

可选的，弹性件61可采用缓冲弹簧。

具体使用时，工作人员打开上盖22，向喷洒箱20中倒入水，根据透明观察窗的刻度线观察倒入的水量，通过滤件对水进行过滤，防止杂质进入到喷洒箱20中，造成喷洒头32的堵塞；将药剂倒入喷洒箱20中，关闭上盖22；通过搅拌电机开关开启搅拌电机51，通过搅拌电机51的传动轴转动带动搅拌轴52和搅拌桨53对溶液进行搅拌；当该植保无人机进行工作时，开启增压泵40，然后开启脉宽调制电磁阀，通过喷洒头32对植物进行喷洒药液，根据喷洒面积的不同，通过电动伸缩杆对喷洒头32的倾斜角度进行调整，便于调整喷洒面积；在喷洒的过程中，通过第一减震弹簧54减少搅拌电机51工作过程中产生的震动，防止造成无人机本体晃动，影响喷洒效果；当该无人机落地时，弹性件61和缓冲垫63起到缓冲的作用。

参照图7和图8，无人机还包括自动避障装置，自动避障装置包括避障箱体71、均设置于避障箱体71的内部的红外传感器72和可编程控制器73；避障箱体71的一侧设有透明区域，红外传感器72的采集端与透明区域相对设置；避障箱体71的一侧设有透明区域，红外传感器72的采集端与透明区域相对设置；红外传感器72与可编程控制器73电连接。

可选的，透明区域为设在避障箱体71的侧壁的玻璃片74。

玻璃片74位于避障箱体71的正面，在有效发挥两个红外传感器功能的同时对无人机的自动避障装置起到了一定的防尘作用。

进一步的，避障箱体71的两个侧面均固定连接有散热板711，使得本植保无人机红外自动避障装置具有较好的散热效果，防止长期工作内部温度过高，影响零部件的使用寿命。

本实施例中，可编程控制器73可采用AMC4030可编程控制器，红外传感器72设置为两个，AMC4030可编程控制器位于两个红外传感器72的背面，避障箱体71的顶部开设有第一凹槽712，第一凹槽712的内部固定设有若干个第一支撑柱714，若干个第一支撑柱714上均套设有第二减震弹簧716，若干个第二减震弹簧716的顶端均与第一凹槽712的顶部固定连接，若干个第二减震弹簧716的底端均与第一凹槽712的底部固定连接，避障箱体71的底部开设有第二凹槽713，第二凹槽713的内部固定设有若干个第二支撑柱715，若干个第二支撑柱715上均套设有第二减震弹簧716，若干个第二减震弹簧716的顶端均与第二凹槽713的顶部固定连接，若干个第二减震弹簧716的底端均与第二凹槽713的底部固定连接，避障箱体71的背面固定连接有连接板，连接板的顶部固定连接有安装板，安装板上开设有若干个螺纹孔。

安装板的顶板固定连接有垫片，垫片上开设有若干个通孔，使得自动避障装置与无人机的安装更为平稳牢固。

连接板的顶部固定设有接口，接口位于安装板的一侧，便于与无人机本体10电性连接。

两个红外传感器均与AMC4030可编程控制器电性连接，AMC4030可编程控制器与接口电性连接，便于将两个红外传感器探测到的信号传送给AMC4030可编程控制器，并通过AMC4030可编程控制器对无人机本体10的下一步动作进行控制。

具体使用时，无人机红外自动避障装置，首先通过安装板上开设的若干个螺纹孔，将无人机红外自动避障装置与无人机本体10固定连接，通过电线将接口与无人机本体10上的控制单元电性连接，当无人机在飞行时，两个红外传感器探测到障碍物，并分析出无人机与障碍物之间的距离，然后将信号传递给AMC4030可编程控制器，然后AMC4030可编程控制器对无人机的下一步的动作进行控制。

利用本实施例的无人机作业，无人机施药作业效率高，较常规机具可提高100～150倍，而作业成本为5～8元/亩，仅为常规作业的1/2～1/3。高效、低成本的无人机施药技术为解决了突发性大面积病虫害防控难题提供了全新的技术与装备。

从防治面积上来看，我国水稻种植面积2892万公顷，常规水稻年施洒作业量10次计算，则作业面积为28920万公顷；同时我国水稻主要产区主要在南方地区及田块面积较小，地形也较为复杂。由于小型无人机无需专用起降机场，可在田间地头起降、加油、加注药液，减少了往返机场的飞行时间及燃料消耗，保证了作业效率喷洒机具的出现，能够很好的适合南方水稻作业条件。

从机具使用承担单位看，2009年统计数据显示，我国农机作业服务组织16.56万个。其中：拥有农机原值20万-50万元（含20万元）的4.21万个，拥有农机原值50万元（含50万元）以上的8704个。农机户3833万个, 其中：拥有农机原值20万-50万元（含20万元）的34.34万个，拥有农机原值50万元（含50万元）以上的3.289万个。加上植保站与农药企业，数量还会增加，这些都是使用先进科技和生产手段的主要力量。据有关资料显示，日本从20世纪90年代就开始了现代化农业航空植保装备的研发，日本每1台农业植保无人机的产品报价为80万人民币，而本项目研发的系列产品价格只有国外产品报价的1/5～1/4。我国目前拥有基本农田18亿亩，由此农业植保无人机现每年至少有2万架的市场需求，市场潜力巨大，前景广阔。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种无人机变量喷药控制方法，其特征在于，变量喷药控制方法包括以下步骤：

无人机运行过程中单位时间内每个喷嘴的流量表达式为：

Flow =Volume×Speed×Length/Area×Num；

其中，Volume为需喷洒的面积总量，单位为 L；Speed为无人机喷洒时的行驶速度，单位为m/s；Length为喷洒的宽度，单位为m；Area为喷洒的面积；Num为喷雾器喷嘴的数量；

再根据，每个喷嘴的流量表达式：Flow = - 0. 04V+ 0. 13P+ 0. 13PV +5. 47V-12.71P + 273. 06，计算出PWM的值，其中，V为 PWM的值；P为当前的水压大小；

通过控制增压泵（40）的输入功率调节喷洒箱（20）的出液口处的水压，使所述水压保持恒定；

通过变量控制器控制喷洒箱（20）的出液口处的电磁阀的开关次数和开关时间调节喷雾器喷嘴的喷药量。

2.根据权利要求1所述的无人机变量喷药控制方法，其特征在于，所述电磁阀为脉宽调制电磁阀；

通过控制脉宽调制电磁阀的脉冲宽度调节喷雾器喷嘴的喷药量。

3.一种基于权利要求1和2其中之一所述的无人机变量喷药控制方法的无人机变量喷药控制***，其特征在于，包括定位***、变量控制器、上位机和执行机构；

所述定位***根据管理信息***发出的指令读取与地块信息相对应的病虫草害信息，发送喷药指令，并将指令信息发送给所述变量控制器进行变量控制；

所述变量控制器为PWM信号发生器，用于提供驱动所述执行机构的方波信号；

所述上位机用于根据地块信息计算和存储变量控制指令信息，并分别联接 GPS 和所述变量控制器；

所述执行机构采用脉宽调制电磁阀，所述脉宽调制电磁阀连接在喷洒头（32）的入口处；

所述上位机产生脉宽调制信号并控制信号脉宽及频率，经所述变量控制器传输信号，并驱动电磁阀开关。

4.一种基于前述权利要求1和2其中之一所述的无人机变量喷药控制方法的无人机，或者，基于前述权利要求3所述的无人机变量喷药控制***的无人机，其特征在于，包括：无人机本体（10）、喷洒箱（20）和喷洒组件（30）；

所述喷洒箱（20）安装于所述无人机本体（10），所述喷洒箱（20）具有进液口（21）和出液口，所述喷洒箱（20）上设有搅拌机构和增压泵（40），所述搅拌机构用于对所述喷洒箱（20）内部的液体进行搅拌；所述增压泵（40）与所述喷洒箱（20）的进气口连接；

所述喷洒组件（30）安装于所述出液口，所述喷洒组件（30）包括出水软管（31）、喷洒头（32）和线性驱动件（33）；所述出水软管（31）的一端与所述喷洒箱（20）连接，另一端与所述喷洒头（32）连接，所述出水软管（31）上设有脉宽调制电磁阀；所述线性驱动件（33）安装于所述喷洒箱（20）的外部，且所述线性驱动件（33）的输出轴与所述喷洒头（32）固定连接，用于调节所述喷洒头（32）的倾斜角度。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述喷洒头（32）包括外管（321）、内管（322）和喷洒板（323）；

所述内管（322）套接于所述外管（321）的内部，且两者围成药液腔（324），所述药液腔（324）具有药液进口和药液出口（325）；所述药液出口（325）处连接有进液管（34），所述进液管（34）与所述药液进口之间设有流量调节阀（326）；

所述喷洒板（323）位于所述药液腔（324）的下方，且能够相对所述外管（321）和所述内管（322）转动；所述喷洒板（323）具有喷洒腔（3231），所述喷洒腔（3231）具有喷洒进口（3232）和喷嘴（3233），所述喷洒进口（3232）与所述药液出口（325）相对设置，以使药液由所述药液腔（324）流入所述喷洒腔（3231）。

6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述外管（321）的顶端的中部与所述进液管（34）连通；

所述外管（321）的底端和所述内管（322）的底端封闭，并开设有所述药液出口（325）；

所述内管（322）的顶端封闭，底端敞口，所述内管（322）的内部设有喷洒电机（36），所述喷洒电机（36）的输出轴沿所述内管（322）的轴向向下延伸并与所述喷洒板（323）的顶端固定连接。

7.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述喷洒进口（3232）的边缘向上延伸设有环形挡液板（327），所述环形挡液板（327）的开口向上逐渐增大设置；

和/或，进液管（34）的内壁卡接有过滤网（37）；

和/或，所述进液管（34）与所述外管（321）的连接处设有密封垫圈。

8.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，

所述搅拌机构包括搅拌电机（51）、搅拌轴（52）和搅拌桨（53）；

所述搅拌电机（51）与所述搅拌轴（52）传动连接，所述搅拌轴（52）转动连接于所述喷洒箱（20），所述搅拌桨（53）设置为多个，多个所述搅拌桨（53）沿所述搅拌轴（52）的轴向交错设置。

9.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述无人机本体（10）的底端设有起落架（60），所述起落架（60）的底端设有缓冲机构；

所述缓冲机构包括弹性件（61）、支撑板（62）和缓冲垫（63），所述弹性件（61）和所述缓冲垫（63）固定连接在所述支撑板（62）的上下两侧，所述弹性件（61）远离所述支撑板（62）的一端与所述起落架（60）的底端固定连接。

10.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，还包括自动避障装置，所述自动避障装置包括避障箱体（71）、均设置于所述避障箱体（71）的内部的红外传感器（72）和可编程控制器（73）；

所述避障箱体（71）的一侧设有透明区域，所述红外传感器（72）的采集端与透明区域相对设置；

所述红外传感器（72）与所述可编程控制器（73）电连接。

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