一種多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)和噴灑控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多旋翼無人機(jī)自動噴灑領(lǐng)域，尤其涉及的是一種多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)和噴灑控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界正在進(jìn)行著綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)革命，還將實(shí)施更先進(jìn)的數(shù)字農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)病蟲害的防治依然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容，是保證農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高質(zhì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。我國丘陵山區(qū)占土地總面積的61%，但丘陵山區(qū)是我國水稻、油菜等主要農(nóng)作物的主產(chǎn)區(qū)，在丘陵山區(qū)采用普通的地面裝備難度較大。水稻生產(chǎn)在我國處于戰(zhàn)略地位，據(jù)資料顯示，我國歷年水稻病蟲草害的防治面積約占35%。由于稻田不同于旱地的特殊條件，使得地面裝備行走困難。此外，濕地、灘涂、林地等特殊地形也不適合地面裝備作業(yè)。因此，我國要想在這些丘陵山區(qū)僅靠地面噴灑裝備實(shí)現(xiàn)植保機(jī)械化很困難，必須結(jié)合現(xiàn)代化的無人駕駛空中作業(yè)技術(shù)，才能構(gòu)成完整的機(jī)械化植保體系。由于固定翼飛機(jī)的起飛和著陸必須使用跑道，作業(yè)飛行速度快，因此不適應(yīng)于地形復(fù)雜、作業(yè)區(qū)障礙物多的作業(yè)環(huán)境，尤其不適用于中、小田塊的病蟲害防治，農(nóng)藥極易飄移到相鄰地塊的農(nóng)作物上。因此，近年來無人機(jī)(UAV )噴霧設(shè)備的研究在日本、美國等發(fā)達(dá)國家得到了快速的發(fā)展。在我國，由于缺乏先進(jìn)的無人機(jī)(UAV )噴灑技術(shù)和控制裝置，使我國無人機(jī)(UAV )噴灑的應(yīng)用水平與我國地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要不適應(yīng)，與國外相比差距較大，從而導(dǎo)致我國利用無人機(jī)(UAV )進(jìn)行農(nóng)林作物噴霧一直是個(gè)空白。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的無人機(jī)自動噴灑裝置，沒有考慮到無人機(jī)飛行參數(shù)和氣象信息對噴灑液輻射范圍的影響，以及噴灑霧滴的大小也會影響到噴灑液的輻射范圍，缺乏對噴灑液霧滴大小和傳播的有效控制，容易導(dǎo)致噴灑液的漂移或者漏噴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)和噴灑控制方法，充分考慮到無人機(jī)飛行參數(shù)、氣象信息以及噴灑霧滴大小對噴灑輻射范圍的影響，實(shí)現(xiàn)對噴灑的精確控制。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)包括:輸送栗、儲液箱、控制裝置、氣象檢測裝置、飛行數(shù)據(jù)檢測裝置和噴灑裝置；所述儲液箱內(nèi)盛放有待噴灑的噴灑液，所述噴灑裝置通過所述輸送栗與所述儲液箱連接；所述控制裝置分別與所述氣象檢測裝置、飛行數(shù)據(jù)檢測裝置、輸送栗和噴灑裝置電連接；所述氣象檢測裝置獲取無人機(jī)飛行環(huán)境的氣象信息；所述飛行數(shù)據(jù)檢測裝置檢測無人機(jī)的飛行參數(shù)；所述控制裝置根據(jù)所述氣象信息和飛行狀態(tài)控制所述噴灑裝置和輸送栗。
[0006]相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種上述多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)實(shí)施噴灑的噴灑控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
氣象檢測裝置根據(jù)預(yù)先設(shè)置的采樣周期對無人機(jī)所在環(huán)境的氣象信息進(jìn)行檢測，所述氣象信息包括風(fēng)速V、風(fēng)向；
飛行數(shù)據(jù)檢測裝置檢測無人機(jī)的飛行參數(shù)，所述飛行參數(shù)包括飛行速度V和飛行高度
H；
控制裝置利用根據(jù)預(yù)先設(shè)定的噴灑總量m、輸送栗的流量系數(shù)I和所述飛行速度V控制輸送栗的電機(jī)轉(zhuǎn)速n，當(dāng)飛行速度V加大時(shí)，控制裝置輸出到輸送栗電機(jī)的電壓降低，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速η ;當(dāng)飛行速度V減小時(shí)，控制模塊輸出到輸送栗電機(jī)的電壓增大，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速η ；
控制裝置根據(jù)所述風(fēng)速V和所述離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速系數(shù)L控制離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速N，當(dāng)風(fēng)速V加大時(shí)，控制裝置輸出到離心噴頭的電機(jī)的電壓降低，降低離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速N ;當(dāng)風(fēng)速V降低時(shí)，控制裝置輸出到噴頭電機(jī)的電壓增大，提高離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速N ;
控制模塊調(diào)整無人機(jī)的飛行方向，使無人機(jī)的飛行方向與當(dāng)前時(shí)刻的風(fēng)向平行，根據(jù)預(yù)先測定的高度系數(shù)k和所述風(fēng)速V調(diào)整無人機(jī)的飛行高度H，當(dāng)風(fēng)速V增大時(shí)，降低無人機(jī)的高度H ;當(dāng)風(fēng)速V降低時(shí)，加大航線高度H。
[0007]其中，每一采樣時(shí)刻所述預(yù)先設(shè)定的噴灑總量m、輸送栗的流量系數(shù)I和所述飛行速度V之間的關(guān)系式為:n=m/v*l ;所述風(fēng)速V、所述離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速系數(shù)L和所述離心噴頭的電機(jī)轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系式為:N=L/V ;所述風(fēng)速V、所述高度系數(shù)k和所述飛行高度H之間的關(guān)系式為:H=k/V。
[0008]有益效果:本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)和噴灑控制方法，利用控制裝置協(xié)調(diào)控制氣象檢測裝置、飛行數(shù)據(jù)檢測裝置和噴灑裝置執(zhí)行各自的功能，根據(jù)氣象信息和飛行參數(shù)來自適應(yīng)調(diào)整噴灑裝置的噴灑；通過利用電機(jī)轉(zhuǎn)速改變電動離心噴頭所形成的霧滴大小使得霧滴大小能夠根據(jù)風(fēng)速和飛行速度的改變而進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步根據(jù)飛行高度和風(fēng)向?qū)F滴覆蓋范圍進(jìn)行控制，自動適應(yīng)無人機(jī)噴灑過程中無人機(jī)自身和環(huán)境因素的影響，提高了無人機(jī)的噴灑效果。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是電動離心噴頭的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是電動離心噴頭的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0011]圖1中的多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)包括:輸送栗、儲液箱、控制裝置、氣象檢測裝置、飛行數(shù)據(jù)檢測裝置和噴灑裝置；儲液箱內(nèi)盛放有待噴灑的藥液或者水等噴灑液，噴灑裝置通過輸送栗與儲液箱連接，其上設(shè)置有電動離心噴頭；控制裝置分別與氣象檢測裝置、飛行數(shù)據(jù)檢測裝置、輸送栗和噴灑裝置電連接；氣象檢測裝置獲取無人機(jī)飛行環(huán)境的氣象信息，該氣象信息包括風(fēng)速、風(fēng)向等，并傳送給控制裝置；飛行數(shù)據(jù)檢測裝置檢測無人機(jī)的飛行參數(shù)，該飛行參數(shù)包括飛行速度和飛行高度等信息；控制裝置通過上述氣象信息和飛行狀態(tài)調(diào)整電動離心噴頭和輸送栗的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對噴灑液的噴灑量和霧化顆粒直徑的動態(tài)控制。
[0012]圖2中的電動離心噴頭包括:罩殼1、噴嘴、電機(jī)、安裝座2、霧化轉(zhuǎn)盤3、鎖緊螺絲4 ;安裝座2呈圓餅狀，罩殼I密封設(shè)置在安裝座2的一側(cè)面上，與安裝底座2形成了噴灑液容納空間；霧化轉(zhuǎn)盤3設(shè)置在安裝座2的另一個(gè)側(cè)面上，霧化轉(zhuǎn)盤3呈圓錐結(jié)構(gòu)，錐面上設(shè)置有多個(gè)離心孔5，用于在霧化轉(zhuǎn)盤3的高速轉(zhuǎn)動下，將噴灑液甩出，離心孔5可以為多層呈陣列規(guī)則分布，也可以相鄰兩層之間交錯(cuò)分布；安裝座2的中心設(shè)置有通孔，電機(jī)(圖中未示出)安裝在罩殼I內(nèi)，電機(jī)軸該中心通孔穿過并從霧化轉(zhuǎn)盤3的錐面頂點(diǎn)穿出，其末端通過鎖緊螺絲4與霧化轉(zhuǎn)盤3的底部鎖緊連接。罩殼1、噴嘴、安裝座2、霧化轉(zhuǎn)盤3和鎖緊螺絲4的材料均可采用具有良好抗腐蝕性能的聚甲醛。
[0013]圖3中的電動離心噴頭包括:罩殼1、噴嘴、電機(jī)、安裝座2、霧化轉(zhuǎn)盤3、鎖緊螺絲4，與圖2中的區(qū)別僅在于霧化轉(zhuǎn)盤3包括多個(gè)切斷層，任意兩切斷層之間設(shè)置有間隙用于噴灑液的噴灑。
[0014]利用上述多旋翼無人機(jī)噴灑系統(tǒng)進(jìn)行噴灑液的噴灑時(shí)，電機(jī)驅(qū)動霧化轉(zhuǎn)盤3高速旋轉(zhuǎn)，輸送栗將噴灑液由儲液箱輸送至霧化轉(zhuǎn)盤3，噴灑液在離心力的作用下，沿著霧化轉(zhuǎn)盤3外表面上的切斷層形成螺旋線狀飛出，通過與空氣撞擊而形成細(xì)小的霧滴。采用這種霧化方式，可以通過改變霧化轉(zhuǎn)盤3中電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)霧化轉(zhuǎn)盤3的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整霧化顆粒直徑目的；同時(shí)通過調(diào)節(jié)輸送栗的電機(jī)電壓改變噴頭的流量。
[0015]在噴灑的過程中，影響噴灑效果的因素很多，如目標(biāo)植株、液滴霧化