CN105253304B - 一种多旋翼无人机可变量喷雾系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人机可变量喷雾系统，上支撑板固定有电源；下支撑板固定药箱和电动齿轮泵；喷头通过固定杆对称安装在机架两侧旋翼的正下方；药箱的出液口接入电动齿轮泵的进液口，电动齿轮泵的出液口通过三通分别接入飞机两侧喷头的进液口。本发明的系统，其喷头安装在旋翼的正下方，避免了超低量喷雾易飘移的弊端，增强了雾滴的穿透性；采用离心雾化喷雾与电动齿轮泵结合的方式，克服了超低量喷雾雾流不稳定、不连贯的现象，通过切换喷头和调节泵电机转速的方式实现了变量喷雾，适合不同作物防治需要，减少了药液的损耗，加装远程可控模块，喷雾量可以根据飞行器的飞行速度进行自主调节，减少了资源浪费。

Description

一种多旋翼无人机可变量喷雾系统

技术领域

本发明属于农用航空植保机械装备技术领域，尤其涉及一种借助多旋翼气流进行超低量施药的无人喷雾系统，适应地面施药装备难以作业的环境，提高作业质量及效率。

背景及意义

随着时代与科技的不断发展，农业施药机械化、自动化和智能化的趋势越来越明显，相比传统的地面施药技术而言，无人机施药具有高效、便捷、远距离操作的优势，成为农业植保的发展趋势。

目前的无人机植保作业有单旋翼无人机和多旋翼无人机两种，其中多旋翼无人机具有高稳定性，环境适应性强、可调控性能高等优点，成为无人机植保的主要机型。多旋翼无人机植保目前主要采用超低量离心雾化喷雾方式，即将农药以水滴的形式滴入喷头的高速转动的转盘上，被离心雾化成细小的雾滴喷洒在农作物上。这种雾化方式雾滴粒径较小，容易产生飘移，还容易造成喷雾不连贯的问题。此外，离心雾化喷头的喷雾量、雾滴粒径主要与转盘的转速有关，因而在实际作业时不可调，不能适应不同作物对喷雾量、雾滴粒径的不同需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有多旋翼无人机植保作业存在的雾滴飘移明显、喷量固定、喷雾不连贯、稳定性差的现状，本发明提供一种多旋翼可变量喷雾系统，其雾化装置可采用离心雾化和液力雾化两种方式切换，通过附加一个小型电动齿轮泵，可以使离心雾化的供液保持连续性，实现超低量喷雾；通过齿轮泵的转速调节可控制液力雾化的喷雾量，适应低量喷雾作业时，不同作物对喷雾量的需求。雾化装置安装在旋翼的正下方，可充分利用旋翼产生的下行气流使雾滴迅速沉降，增加对作物的穿透性，减少飘移。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多旋翼无人机可变量喷雾系统，包括机架、旋翼和药箱，其特征在于，还包括一电动齿轮泵；

所述机架中心部位的上、下侧分别固定连接上支撑板和下支撑板；其中上支撑板上固定有为电动齿轮泵和旋翼供电的电源；下支撑板用来固定电动齿轮泵及药箱；

两侧旋翼的正下方可切换的安装有离心雾化喷头或者液力雾化喷头；喷头分别安装在飞机两侧旋翼的正下方，利用旋翼气流减少施药作业时的雾滴飘移。

电动齿轮泵的入口与药箱相通；电动齿轮泵的出口与两侧旋翼正下方的离心雾化喷头或者液力雾化喷头相连通。

多旋翼无人机为六旋翼无人机。

上述结构的多旋翼无人机可变量喷雾系统，打破了只能单独采用离心雾化或者液力雾化的喷雾方式，而通过电动齿轮泵的供液及喷头的切换可实现变量喷雾。

所述药箱挂载在下支撑板的正下方，药箱可设计为5L，高度小于起落架与下支撑板间的距离，通过药箱夹杆支撑药箱满载时的重量。

所述电动齿轮泵由远程遥控装置控制调节转速，所述电动齿轮泵安装在药箱的一侧，泵入口通过药液软管与药箱相通；泵出口通过三通将来自药箱的药液输送到两侧喷头。泵的动力来自于飞机电源，且转速可调，当使用离心雾化喷洒时，要求泵流量较小，只需将药液送至喷头位置处即可，可获得平均雾滴粒径80μm，喷雾量0.3L/min，相比无泵时的作业状态，喷雾稳定性明显增强；当使用液化雾化喷洒时，泵可在0.05-0.5MPa范围为内调节，可获得的喷雾量变化范围为0.4-1.2 L/min和雾滴粒径范围为110-360μm。

所述的离心雾化喷头和液力雾化喷头作业时均是通过长度150mm-200mm的连杆安装在飞机旋翼的正下方，连杆的一端与飞机机架固定，另一端与喷头经固定杆相连，两组喷雾作业方式采用1套供液系统，更换喷头时只需拧松和锁紧螺栓即可。试验表明，喷头安装在旋翼正下方200mm的位置，一方面可以使雾滴避免旋翼尾端产生的涡旋气流。另一方面雾滴可充分利用旋翼产生下旋气流，使得雾滴的穿透性较好。

所述的离心雾化喷头包括喷头套、直流电机、盖板和雾化盘，直流电机放置在喷头套的内部，由电源供电；喷头套的下端固定连接所述盖板，直流电机的驱动轴穿过盖板上的通孔与所述雾化盘固定连接。雾化盘为圆台形状，其中圆台直径较大的一端朝向所述盖板；圆台侧壁与轴线呈30°，直径为80mm，雾化盘内侧为齿状，目的是破碎雾滴，雾化盘通过固定螺钉与电极轴固定，工作时，药液管直接通过盖板缺口插入即可，电机驱动雾化盘以6000r/min的转速高速旋转，来自药箱的药液在齿轮泵的作用下源源不断送入雾化盘内，液流在离心力的作用下甩向雾化盘，被雾化盘内齿破碎成细小雾滴。

所述的液力雾化喷头包括喷头体、从上而下依次设置在喷头体内的活塞、弹簧和过滤器；喷头体上端螺纹连接一喷头盖，用于锁紧插入到喷头体内的药液管；喷头体下端螺纹连接一喷嘴帽，将喷嘴固定于喷头体内过滤器的下方。为了切换方便，该喷头设计成直通式，药液管可从喷头上方插入，通过喷头盖锁紧，弹簧设在喷头体内部，活塞的下部。工作时，一定压力药液从喷头上端进入，压缩活塞和弹簧向下移动，药液即可从侧壁的管路进入喷头体内，在流经过滤网和喷嘴被雾化成雾滴，喷嘴帽通过螺纹将喷嘴和喷头体连接并定位。喷雾结束，弹簧反弹压缩活塞到喷头盖位置，没有药液再进入喷头体，可以防止作业完成时的滴漏。

所述的远程遥控装置除了飞行控制以外，还包括电动齿轮泵控制通道，作业时，根据无人机飞行速度的大小，实际作业对象的密度和冠层，通过远程遥控装置可进行喷雾量的调节。

上支撑板上还固定有GPS通讯控制装置。确保在无人机的起飞，航行，悬停，返回的任何一个阶段，都可以通过GPS模块进行实时定位，实现远程通讯及控制。

有益效果：本发明提供的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其喷雾装置安装在旋翼的正下方，避免了超低量喷雾易飘移的弊端，增强了雾滴的穿透性；采用离心雾化喷雾与小型电动齿轮泵结合的方式，克服了超低量喷雾雾流不稳定、不连贯的现象，通过切换喷头和调节泵电机转速的方式实现了变量喷雾，适合不同作物防治需要，减少了药液的损耗，加装了远程可控模块，喷雾量可以根据飞行器的飞行速度进行自主调节，减少了资源浪费。该系统可以适应多种作业环境，尤其适用于水田、玉米地等种植密度大，人工施药不便的作业地区，极大提高了作业效率，减少了人力的消耗。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明的结构侧视图；

图4为液力雾化喷头安装示意图；

图5为液力雾化喷头的结构示意图；

图6为离心雾化喷头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-图4所示为多旋翼无人机可变量喷雾系统，包括六旋翼无人机机架1、连杆2、离心雾化喷头3、液力雾化喷头12、药箱4、上支撑版5、下支撑板6、电源7、GPS控制装置 8、管路9、电动齿轮泵10、药箱夹杆11和远程遥控装置。

所述上支撑板5和下支撑板6采用碳纤维材料，通过螺栓与机架1固定。上支撑板5上固定有电源7和GPS控制装置 8；下支撑板6用来固定药箱4和电动齿轮泵10；选用离心雾化喷头3时，将2个离心雾化喷头3通过固定杆21对称安装在机架1两侧旋翼的正下方；选用液力雾化喷头12时，将2个液力雾化喷头12通过固定杆20对称安装在机架1两侧旋翼的正下方，两个喷头间距为1.0m，与两侧喷头的幅宽相适应，不会产生漏喷。

所述的药箱4容积为5L，通过螺栓与下支撑板6固定，并用药箱夹杆11支撑药箱满载后的重量，药箱4采用PCV塑料注塑成型。

所述电动齿轮泵10一端与药箱4接通，另一端通过管路9与离心雾化喷头3或液力雾化喷头12相连，齿轮泵流量85-2500mL/min可调。

所述的离心雾化喷头3如图6所示，由喷头套22、盖板23、雾化盘24固定螺钉25和直流电机26组成，直流电机26放置在喷头套22的内侧，与飞机电源7相接。喷头套22与盖板23通过螺钉相连，雾化盘24为空心的圆台形状，与轴线呈30°，圆台直径较大的一端朝向盖板23，直径较大的一端其直径为80mm，雾化盘24内侧壁为齿状，目的是破碎雾滴，雾化盘24通过固定螺钉25与电机轴固定，雾化盘转速为6000r/min，平均雾滴粒径80μm，喷雾量0.3L/min。

所述的液力雾化喷头12如图5所示，由喷头盖18、活塞17、弹簧19、喷头体16、过滤器15、喷嘴帽14、喷嘴13等组成。为了切换方便，该喷头设计成直通式，药液管可从喷头上方插入，通过喷头盖18锁紧，弹簧19设在喷头体16内部，活塞17的下部。喷嘴帽14通过螺纹将喷嘴13和喷头体16连接并定位。喷雾角120°，喷雾量变化范围为0.4-1.2 L/min和雾滴粒径范围为110-360μm。

所述远程遥控装置包括电动齿轮泵控制通道，可以控制电动齿轮泵10的启闭，以及电动齿轮泵的转速，从而可以控制喷雾量大小。

本案的液路连接为：1个药箱4的出液口接入电动齿轮泵10，电动齿轮泵10的出液口通过三通和管路9分别接入飞机两侧离心雾化喷头3或者液力雾化喷头12的进液口。

本案的电路连接为：所述电源7提供12V电压，作为电动齿轮泵9、旋翼、GPS控制装置8、直流电机22的电源。

超低量喷雾作业时，多旋翼无人机处于稳定飞行状态，打开电源7的供电开关；通过远程遥控装置的电动齿轮泵控制通道启动电动齿轮泵10，并使其处于不超过100mL/min的低流量，这样来自药箱4的药液电动齿轮泵10的出液口通过三通分别接入飞机两侧离心雾化喷头3的进液口实现稳定的超低量喷雾作业。

低量或增大流量喷雾作业时，切换飞机两侧离心雾化喷头3成液力雾化喷头12，通过远程遥控装置的电动齿轮泵控制通道启动电动齿轮泵10，并可控制并调节电动齿轮泵10的流量，可实现变量喷雾作业。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多旋翼无人机可变量喷雾系统，包括机架、旋翼和药箱，其特征在于，还包括一电动齿轮泵；

所述机架中心部位的上、下侧分别固定连接上支撑板和下支撑板；其中上支撑板上固定有为电动齿轮泵和旋翼供电的电源；下支撑板用来固定电动齿轮泵及药箱；

两侧旋翼的正下方可切换的安装有离心雾化喷头或者液力雾化喷头；

电动齿轮泵的入口与药箱相通；电动齿轮泵的出口与两侧旋翼正下方的离心雾化喷头或者液力雾化喷头相连通；

多旋翼无人机为六旋翼无人机；

所述的离心雾化喷头和液力雾化喷头作业时均通过长度150mm-200mm的垂直连杆安装在飞机旋翼的正下方，连杆的一端与机架固定，另一端与离心雾化喷头或液力雾化喷头通过固定杆相连。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述药箱通过药箱夹杆支撑挂载在下支撑板的正下方，药箱的高度小于起落架与下支撑板间的距离。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述电动齿轮泵由远程遥控装置控制调节转速，当使用离心雾化喷头喷洒时，电动齿轮泵的流量仅将从药箱吸出的药液送至离心雾化喷头位置处即可；当使用液力雾化喷头喷洒时，电动齿轮泵在0.05-0.5MPa范围内调节，获得的喷雾量变化范围为0.4-1.2 L/min，雾滴粒径范围为110-360μm。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述的离心雾化喷头包括喷头套、直流电机、盖板和雾化盘，直流电机放置在喷头套的内部，由电源供电；喷头套的下端固定连接所述盖板，直流电机的驱动轴穿过盖板上的通孔与所述雾化盘固定连接。

5.根据权利要求4所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述雾化盘为空心的圆台形状，其中圆台直径较大的一端朝向所述盖板；雾化盘内壁为齿状。

6.根据权利要求4或5所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述雾化盘的侧壁与中心轴线呈30°。

7.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，所述的液力雾化喷头包括喷头体、从上而下依次设置在喷头体内的活塞、弹簧和过滤器；

喷头体上端螺纹连接一喷头盖，用于锁紧插入到喷头体内的药液管；喷头体下端螺纹连接一喷嘴帽，将喷嘴固定于喷头体内过滤器的下方。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机可变量喷雾系统，其特征在于，上支撑板上还固定有GPS通讯控制装置。