CN109832706B - 一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔及其使用方法，其中，所述防毒防飘移头盔包括头盔本体、设置在头盔本体上的遮挡屏、用于驱动遮挡屏打开和关闭的遮挡屏驱动机构、用于对头盔附近的雾滴浓度进行检测的雾滴检测模块以及控制系统；其中，所述雾滴检测模块包括雾滴监测传感器和第一电机；所述控制系统包括安全监测处理器、无线传输模块以及电源，其中，所述雾滴监测传感器、遮挡屏驱动机构以及第一电机均安全监测处理器的信号输入端连接。本发明的防毒防漂移头盔既能够在当雾滴发生漂移对飞手造成侵害时对飞手起到保护作用，又能够控制植保无人机的喷施作业，从源头上切断污染源，起到了减少农药的浪费和减少环境污染的作用。

Description

一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种植保作业头盔，具体涉及一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔及其使用方法。

背景技术

传统的植保施药器械，要求施药人员穿梭于农田中，严重威胁着施药人员的健康安全，且作业效率低。传统的地面施药器械采用大淋浴大容量的施药方法，雾滴粒径较大，在作物叶片上汇集滚动流失，造成农药的流失浪费，农药利用率低下。为实现农业现代化和智能化，开发一种高效的植保作业器械刻不容缓，植保无人机在这种时代的迫切要求下应运而生，它作业效率高，成本低，采用低空低容量的作业方式，减少了农药的施用量，小粒径的雾滴增加了与叶片的附着性，在实践应用中，验证了其的实用性与适用性。然而操控飞机作业的飞手虽然距离植保无人机较远，但是田间气象多变，地面风场紊乱，雾滴在复杂的环境中容易发生飘移，尤其是方向改变使得飞手位于飞机的下风向时，飞手极易遭受农药的侵袭，不利于飞手的健康。且雾滴飘移造成了农药的浪费，污染环境，也会增加重喷漏喷率。

设想：若风向改变时雾滴迎面扑来，如果能够在极短时间内监测到雾滴环绕在飞手的周围，并且通过安全保护装置使得飞手面部与外界隔离开来，就可以减少农药的吸入量和侵害；同时及时关闭水泵，使飞机悬停，减小重喷漏喷率，减小飘移，从而减少了农药的浪费和对环境造成的污染。但现有的技术中还未出现上述能够实时监测雾滴并将施药人员面部隔离开来的装置，为克服以上缺点，设计一种实时监测农药雾滴并及时应对的安全保护头盔具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔，该防毒防漂移头盔既能够在当雾滴发生漂移对飞手造成侵害时对飞手起到保护作用，同时又能够控制植保无人机的喷施作业，从源头上切断污染源，从而起到了减少农药的浪费和减少环境污染的作用。

本发明的另一个目的在于提供一种防毒防漂移头盔的使用方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔，包括头盔本体、设置在头盔本体上的用于对飞手的面部进行遮挡的遮挡屏、用于驱动遮挡屏打开和关闭的遮挡屏驱动机构、用于对头盔附近的雾滴浓度进行检测的雾滴检测模块以及控制系统；

其中，所述雾滴检测模块包括设置在头盔盔顶上的雾滴监测传感器和驱动雾滴监测传感器绕其中心线转动来进行数据采集的第一电机；所述控制系统包括安全监测处理器、无线传输模块以及电源，其中，所述雾滴监测传感器与安全监测处理器的信号输入端连接，所述遮挡屏驱动机构以及第一电机均与控制系统的安全监测处理器的信号输出端连接，所述无线传输模块用于安全监测处理器与植保无人机进行无线通讯；当雾滴监测传感器检测到农药雾滴时，安全监测处理器控制遮挡屏驱动机构驱动遮挡屏关闭，且安全监测处理器通过无线传输模块向植保无人机的飞行控制器发出指令，飞行控制器控制植保无人机上的喷洒系统的水泵关闭，同时使飞机悬停。

优选地，所述雾滴飘移监测系统的雾滴监测传感器由湿敏电容构成，该湿敏电容包括两个相互平行的电极板。使用时，当两个电极板没有与雾滴接触时，传感器表面的电容器两极板间的电介质为空气；当两个电极板与雾滴接触时，电容器两极板间的电介质会变成空气与雾滴的混合物，介电常数改变，从而通过监测介电常数信息的变化，来判断飞手是否受到雾滴的侵扰。

优选地，所述电极板为矩形板，该矩形板竖向设置，矩形板底部的中心位置处设有与所述第一电机连接的转动件。该转动件可以为连接轴或连接轴套。工作时，第一电机转动来带动电极板绕其中心线转动，转动中电极板的朝向不断发生变化，从而能够检测到来各个方向的雾滴，因此设计巧妙。

优选地，所述头盔本体包括位于外部的头盔壳体和位于头盔壳内部的隔板，头盔壳体和隔板之间形成容纳腔，所述第一电机以及控制系统设置在该容纳腔内。通过上述设置后，能够将控制系统等隐藏设置在容纳腔中，既充分利用头盔本体的空间，又起到美观作用，同时具有整体性好的优点。

优选地，所述隔板的中间层设有遮挡屏容纳槽，所述头盔本体上视野口的两侧壁上设有用于对遮挡屏在作打开或关闭运动时进行导向的导向槽，所述遮挡屏驱动机构包括遮挡屏打开机构和遮挡屏关闭机构，其中，所述遮挡屏打开机构包括设置在所述遮挡屏一端上的第一铁块和设置在遮挡屏容纳槽内或遮挡屏容纳槽一侧的与所述第一铁块配合的第一电磁铁，所述遮挡屏关闭机构包括设置在所述遮挡屏另一端上的第二铁块和设置在导向槽内或导向槽一侧的与所述第二铁块配合的第二电磁铁；当所述第一电磁铁通电时，遮挡屏在第一磁铁的吸合力作用下运动至所述遮挡屏容纳槽中而使得遮挡屏处于打开状态；当所述第二电磁铁通电时，遮挡屏在第二磁铁的吸合力作用下运动至所述导向槽中而使得遮挡屏处于关闭状态。这样设置的好处在于，相对于由电机和带轮或齿轮构成的带轮齿轮驱动机构以及电机和丝杆构成的丝杆传动机构而言，上述由电磁铁和铁块构成的驱动机构具有体积小的优点，能够满足头盔上在狭小空间内设置驱动机构的安装要求，且由电磁铁和铁块构成的驱动机构还具有动作速度快、动作灵活等优点。

优选地，所述遮挡屏打开机构为两组，两组遮挡屏打开机构分别对称地设置在遮挡屏同一端的两侧上，所述遮挡屏关闭机构为两组，两组遮挡屏关闭机构分别对称地设置在遮挡屏同一端的两侧上。工作时，当需要将遮挡屏打开时，两组遮挡屏打开机构同时动作，将遮挡屏吸合驱动至遮挡屏容纳槽中；当需要将遮挡屏关闭时，两组遮挡屏关闭机构同时动作，将遮挡屏吸合驱动至所述导向槽中。这样设置的好处在于，两组遮挡屏打开机构和两组遮挡屏关闭机构均关于遮挡屏对称设置，能够对遮挡屏两侧施加均匀的驱动力，从而使得遮挡屏的打开和关闭运动更加顺畅地进行。

优选地，所述头盔本体由上部的圆弧体和下部的圆柱体构成，所述隔板为与人体头型相匹配的圆弧板，该圆弧板的内腔壁体上设有头垫。通过上述设置，能够提高佩戴时的舒适度，从而提高例了使用效果。

一种适用于植保无人机作业的防毒头盔使用方法，包括以下步骤：

a、植保无人机开始进行植保作业前，飞手带上头盔，并打开电源，雾滴监测传感器在第一电机的带动下绕转轴转动；

b、田间起风、风速变大、风向改变或在风场紊乱时，农药雾滴发生飘移，农药雾滴飘移到飞手周围，防毒防飘移头盔雾滴监测传感器接触到雾滴；

c、雾滴监测传感器以电信号的方式及时将信息传输给安全监测处理器；

d、安全监测处理器接收到信息后，向遮挡屏驱动机构发出指令，同时向飞行控制器发出指令；

e、遮挡屏驱动机构接收到指令后动作，遮挡屏受到驱动装置的驱动从空腔隔板中沿轨道滑落到头盔下部，遮挡住飞手的面部；

F、飞行控制器控制喷洒系统水泵开关使其关闭，并使飞机悬停。

本发明的工作原理是：

工作时，飞手将头盔戴在头上，然后启动雾滴检测模块，头盔顶部的雾滴监测传感器在第一电机的带动下沿着转轴转动。当田间起风、风速变大、风向改变或在风场紊乱时，雾滴发生飘移，当雾滴飘移到飞手周围时，雾滴监测传感器上的电极接触到农药雾滴，以电信号的方式将信息传输给安全监测处理器，安全监测处理器接收到信息后，向遮挡屏驱动机构发出指令，遮挡屏驱动机构驱动遮挡屏运动将头盔关闭，从而达到使飞手面部与外界农药环境隔离开来，保护飞手的健康安全；同时，由于该风速较大的自然条件下不利于农药的喷施(具体表现为喷施效果差，农药损耗大，对环境造成污染)，因此头盔上的安全监测处理器会通过无线传输模块向植保无人机的飞行控制器发出指令，飞行控制器控制无人机上的喷洒系统的水泵开关使其关闭，同时使飞机悬停，从而在第一时间内终止了无人机的喷施作业。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明防毒防飘移头盔具有自动防护功能，当农药雾滴未发生漂移时，遮挡屏处于打开状态，从而不会对飞手的视野造成干扰；而当农药雾滴朝着飞手方向飘移时，又可在极短时间内监测到环绕在飞手周围的雾滴，并在第一时间内自动地驱动防毒遮挡屏遮挡住飞手的面部，阻止了飞手与农药的进一步接触，从而对飞手起到了很好的保护作用。

2、本发明的防毒防飘移头盔在发生雾滴漂移时，除了利用遮挡屏对飞手的进行保护，还通过与飞行控制器进行通讯的方式来自动地控制无人机上的喷洒系统的水泵关闭以及控制飞机悬停，即切断了污染源，从源头上对雾滴漂移问题进行处理，及时地避免了因继续进行农药的喷洒而导致的农药的浪费、对环境的污染以及重喷漏喷率，因此处理效果好。

3、现有的用于雾滴漂移监测的检测仪大都独立设置，检测仪上有独立的供电模块等。使用时，先由人工进行选址，然后进行固定、调试，且由于检测时会受其它植被遮挡作用的影响，因此该检测仪必须固定在一定高度处。现有的做法通常是将检测仪放置在固定架上，该设置和使用方式的不足在于，由于固定架的体积较大，质量较重，因此搬运转移操作较麻烦，且实际使用时，为了获得较理想的检测数据，通常需要对采集位置进行多次选址，因此需要对固定架进行多次搬运，从而大大增加了测量的难度和测量的效率。与现有的检测装置不同的是，本发明的防毒防飘移头盔巧妙地将雾滴检测装置安装在了头盔上，与头盔形成一体，在利用头盔完成对雾滴检测装置的安装固定的同时，又巧妙地利用了人的身高作为固定架，对雾滴检测装置进行抬高，从而省去了支撑架的使用，且只需要通过人的自由移动就能够实现对检测位置的改变，因此十分灵活方便，从而大大降低了测量的难度、提高了测量的效率。

附图说明

图1为本发明的一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔的一个具体实施方式的立体结构示意图。

图2和图3为图1所示的防毒防飘移头盔的结构示意图，其中，图2为当防毒防飘移头盔处于打开时的结构示意图，图3为当防毒防飘移头盔处于关闭时的结构示意图。

头盔本体1、圆弧体部1-1、圆柱体部1-2、导向槽1-3、视野口1-4、遮挡屏2、遮挡屏容纳槽2-1、第一铁块2-2、第二铁块2-3、隔板3、容纳腔4、雾滴监测传感器5、第一电机6、电机固定块6-1、转动件7、第一电磁铁8、第二电磁铁9。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔，包括头盔本体1、设置在头盔本体1上的用于对飞手的面部进行遮挡的遮挡屏2、用于驱动遮挡屏2打开和关闭的遮挡屏驱动机构、用于对头盔附近的雾滴浓度进行检测的雾滴检测模块以及控制系统；其中，所述头盔本体1包括位于外部的头盔壳体和位于头盔壳内部的隔板3，头盔壳体和隔板3之间形成用容纳控制系统等零部件容纳腔4。从而既充分地利用了头盔本体1的空间，又起到美观作用，同时具有整体性好的优点。所述头盔外部的头盔壳体由位于上方的圆弧体部1-1和下方的圆柱体部1-2构成，所述隔板3为与人体头型相匹配的圆弧板，该圆弧板的内腔壁体上设有头垫，从而提高了佩戴时的舒适度。

参见图1-图3，所述雾滴检测模块包括设置在头盔盔顶上的雾滴监测传感器5和驱动雾滴监测传感器5绕其中心线转动来进行数据采集的第一电机6；其中，所述第一电机6以及控制系统设置在所述容纳腔4内，所述第一电机安装在容纳腔内的电机固定块6-1上，所述雾滴飘移监测系统的雾滴监测传感器5由湿敏电容构成，该湿敏电容包括两个相互平行的电极板。使用时，当两个电极板没有与雾滴接触时，传感器表面的电容器两极板间的电介质为空气；当两个电极板与雾滴接触时，电容器两极板间的电介质会变成空气与雾滴的混合物，介电常数改变，从而通过监测介电常数信息的变化，来判断飞手是否受到雾滴的侵扰。其中，所述电极板为矩形板，该矩形板竖向设置，矩形板底部的中心位置处设有与所述第一电机6连接的转动件7。该转动件7可以为连接轴或连接轴套。工作时，第一电机6转动来带动电极板绕其中心线转动，转动中电极板的朝向不断发生变化，从而能够检测到来各个方向的雾滴，因此设计巧妙。

所述控制系统包括安全监测处理器、无线传输模块以及电源，其中，所述雾滴监测传感器5与安全监测处理器的信号输入端连接，所述遮挡屏驱动机构以及第一电机6均与控制系统的安全监测处理器的信号输出端连接，所述无线传输模块用于安全监测处理器与植保无人机进行无线通讯；当雾滴监测传感器5检测到农药雾滴时，安全监测处理器控制遮挡屏驱动机构驱动遮挡屏2关闭，且安全监测处理器通过无线传输模块向植保无人机的飞行控制器发出指令，飞行控制器控制植保无人机上的喷洒系统的水泵关闭，同时使飞机悬停。

参见图1-图3，所述隔板3的中间层设有遮挡屏容纳槽2-1，所述头盔本体1上视野口1-4的两侧壁上设有用于对遮挡屏2在作打开或关闭运动时进行导向的导向槽1-3，所述遮挡屏驱动机构包括遮挡屏2打开机构和遮挡屏2关闭机构，其中，所述遮挡屏2打开机构包括设置在所述遮挡屏2一端上的第一铁块2-2和设置在遮挡屏容纳槽2-1内或遮挡屏容纳槽2-1一侧的与所述第一铁块2-2配合的第一电磁铁8，所述遮挡屏2关闭机构包括设置在所述遮挡屏2另一端上的第二铁块2-3和设置在导向槽1-3内或导向槽1-3一侧的与所述第二铁块2-3配合的第二电磁铁9；当所述第一电磁铁8通电时，遮挡屏2在第一磁铁的吸合力作用下运动至所述遮挡屏容纳槽2-1中而使得遮挡屏2处于打开状态；当所述第二电磁铁9通电时，遮挡屏2在第二磁铁的吸合力作用下运动至所述导向槽1-3中而使得遮挡屏2处于关闭状态。这样设置的好处在于，相对于由电机和带轮或齿轮构成的带轮齿轮驱动机构以及电机和丝杆构成的丝杆传动机构而言，上述由电磁铁和铁块构成的驱动机构具有体积小的优点，能够满足头盔上在狭小空间内设置驱动机构的安装要求，且由电磁铁和铁块构成的驱动机构还具有动作速度快、动作灵活等优点。所述遮挡屏2采用柔性材质，从而能够使得遮挡屏2在作打开和关闭运动中能够根据容纳槽和遮挡屏容纳槽2-1的槽的方向作适用性变形。其中，作为一个优选的方案，所述遮挡屏2打开机构为两组，两组遮挡屏2打开机构分别对称地设置在遮挡屏2同一端的两侧上，所述遮挡屏2关闭机构为两组，两组遮挡屏2关闭机构分别对称地设置在遮挡屏2同一端的两侧上。工作时，当需要将遮挡屏2打开时，两组遮挡屏2打开机构同时动作，将遮挡屏2吸合驱动至遮挡屏容纳槽2-1中；当需要将遮挡屏2关闭时，两组遮挡屏2关闭机构同时动作，将遮挡屏2吸合驱动至所述导向槽1-3中。这样设置的好处在于，两组遮挡屏2打开机构和两组遮挡屏2关闭机构均关于遮挡屏2对称设置，能够对遮挡屏2两侧施加均匀的驱动力，从而使得遮挡屏2的打开和关闭运动更加顺畅地进行。

参见图1-图3，本发明的适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔工作原理是：

工作时，飞手将头盔戴在头上，然后启动雾滴检测模块，头盔顶部的雾滴监测传感器5在第一电机6的带动下沿着转轴转动。当田间起风、风速变大、风向改变或在风场紊乱时，雾滴发生飘移，当雾滴飘移到飞手周围时，雾滴监测传感器5上的电极接触到农药雾滴，以电信号的方式将信息传输给安全监测处理器，安全监测处理器接收到信息后，向遮挡屏驱动机构发出指令，遮挡屏驱动机构驱动遮挡屏2运动将头盔关闭，从而达到使飞手面部与外界农药环境隔离开来，保护飞手的健康安全；同时，由于该风速较大的自然条件下不利于农药的喷施(具体表现为喷施效果差，农药损耗大，对环境造成污染)，因此头盔上的安全监测处理器会通过无线传输模块向植保无人机的飞行控制器发出指令，飞行控制器控制无人机上的喷洒系统的水泵开关使其关闭，同时使飞机悬停，从而在第一时间内终止了无人机的喷施作业。

本发明的一种适用于植保无人机作业的防毒头盔使用方法，包括以下步骤：

a、植保无人机开始进行植保作业前，飞手带上头盔，并打开电源，雾滴监测传感器5在第一电机6的带动下绕转轴转动；

b、田间起风、风速变大、风向改变或在风场紊乱时，农药雾滴发生飘移，农药雾滴飘移到飞手周围，防毒防飘移头盔雾滴监测传感器5接触到雾滴；

c、雾滴监测传感器5以电信号的方式及时将信息传输给安全监测处理器；

d、安全监测处理器接收到信息后，向遮挡屏驱动机构发出指令，同时向飞行控制器发出指令；

e、遮挡屏驱动机构接收到指令后动作，遮挡屏2受到驱动装置的驱动从空腔隔板3中沿轨道滑落到头盔下部，遮挡住飞手的面部；

F、飞行控制器控制喷洒系统水泵开关使其关闭，并使飞机悬停。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔，其特征在于，包括头盔本体、设置在头盔本体上的用于对飞手的面部进行遮挡的遮挡屏、用于驱动遮挡屏打开和关闭的遮挡屏驱动机构、用于对头盔附近的雾滴浓度进行检测的雾滴检测模块以及控制系统；

其中，所述雾滴检测模块包括设置在头盔盔顶上的雾滴监测传感器和驱动雾滴监测传感器绕其中心线转动来进行数据采集的第一电机；所述控制系统包括安全监测处理器、无线传输模块以及电源，其中，所述雾滴监测传感器与安全监测处理器的信号输入端连接，所述遮挡屏驱动机构以及第一电机均与控制系统的安全监测处理器的信号输出端连接，所述无线传输模块用于安全监测处理器与植保无人机进行无线通讯；当雾滴监测传感器检测到农药雾滴时，安全监测处理器控制遮挡屏驱动机构驱动遮挡屏关闭，且安全监测处理器通过无线传输模块向植保无人机的飞行控制器发出指令，飞行控制器控制植保无人机上的喷洒系统的水泵关闭，同时使飞机悬停。

2.根据权利要求1所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述雾滴飘移监测系统的雾滴监测传感器由湿敏电容构成，该湿敏电容包括两个相互平行的电极板。

3.根据权利要求2所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述电极板为矩形板，该矩形板竖向设置，矩形板底部的中心位置处设有与所述第一电机连接的转动件。

4.根据权利要求1所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述头盔本体包括位于外部的头盔壳体和位于头盔壳内部的隔板，头盔壳体和隔板之间形成容纳腔，所述第一电机以及控制系统设置在该容纳腔内。

5.根据权利要求4所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述头盔壳体由上部的圆弧体和下部的圆柱体构成，所述隔板为与人体头型相匹配的圆弧板，该圆弧板的内腔壁体上设有头垫。

6.根据权利要求4或5所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述隔板的中间层设有遮挡屏容纳槽，所述头盔本体上视野口的两侧壁上设有用于对遮挡屏在作打开或关闭运动时进行导向的导向槽，所述遮挡屏驱动机构包括遮挡屏打开机构和遮挡屏关闭机构，其中，所述遮挡屏打开机构包括设置在所述遮挡屏一端上的第一铁块和设置在遮挡屏容纳槽内或遮挡屏容纳槽一侧的与所述第一铁块配合的第一电磁铁，所述遮挡屏关闭机构包括设置在所述遮挡屏另一端上的第二铁块和设置在导向槽内或导向槽一侧的与所述第二铁块配合的第二电磁铁；当所述第一电磁铁通电时，遮挡屏在第一磁铁的吸合力作用下运动至所述遮挡屏容纳槽中而使得遮挡屏处于打开状态；当所述第二电磁铁通电时，遮挡屏在第二磁铁的吸合力作用下运动至所述导向槽中而使得遮挡屏处于关闭状态。

7.根据权利要求5所述的防毒防飘移头盔，其特征在于，所述遮挡屏打开机构为两组，两组遮挡屏打开机构分别对称地设置在遮挡屏同一端的两侧上，所述遮挡屏关闭机构为两组，两组遮挡屏关闭机构分别对称地设置在遮挡屏同一端的两侧上。

8.一种应用于权利要求1-7任一项所述的适用于植保无人机作业的防毒防飘移头盔的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、植保无人机开始进行植保作业前，飞手带上头盔，并打开电源，雾滴监测传感器在第一电机的带动下绕转轴转动；

b、田间起风、风速变大、风向改变或在风场紊乱时，农药雾滴发生飘移，农药雾滴飘移到飞手周围，防毒防飘移头盔雾滴监测传感器接触到雾滴；

c、雾滴监测传感器以电信号的方式及时将信息传输给安全监测处理器；

d、安全监测处理器接收到信息后，向遮挡屏驱动机构发出指令，同时向飞行控制器发出指令；

e、遮挡屏驱动机构接收到指令后动作，遮挡屏受到驱动装置的驱动从空腔隔板中沿轨道滑落到头盔下部，遮挡住飞手的面部；

F、飞行控制器控制喷洒系统水泵开关使其关闭，并使飞机悬停。

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