CN111504419B - 一种测定植保无人机药液量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定植保无人机药液量装置和方法，通过采用超声波传感器测量与药液箱连通的药液测量管中药液面距药液测量管顶端的距离后，根据所获取的无人机的姿态角以及药液测量管中心位置与药液箱的中心位置之间的距离进一步确定得到药液箱中药液的高度，进而精确完成对无人机药液箱中药液量的测量工作。并且在本发明所提供的技术方案中，通过超声波传感器所测距离和无人机飞行的姿态角就可以完成液量的无接触式测量，这就能够避免出现传感器与药液直接接触而导致传感器受腐蚀的问题，进而延长测定植保无人机药液量装置的使用寿命。

Description

一种测定植保无人机药液量的装置和方法

技术领域

本发明涉及液量测量领域，特别是涉及一种测定植保无人机药液量的装置和方法。

背景技术

植保无人机在自主飞行的过程中，其药液会随着喷施作业的进行而逐渐变少。一方面，药液的减少会造成植保无人机在作业过程中的质量以及重心位置的不断变化，从而需要植保无人机的飞行控制系统根据药液余量对无人机控制参数进行实时调整，才能更好地维持飞行器稳定飞行。另一方面，植保无人机的飞行控制系统基于实时药液余量可以更好的控制喷施速度，实现自主任务规划。综上所述，实时准确地测量药液余量对于提升植保无人机的作业质量是非常重要的。

现有的测量药液余量的技术，主要有以下两种：

第一种，在药液箱顶部安装测距传感器对药液箱液面进行测量，从而估算药液箱内的药液余量。但是，由于植保无人机在飞行时姿态变化比较大，且没有规律，在做直线飞行时往往为了抵御外界风速需要倾斜姿态来修正外界风速带来的干扰影响，所以，药液液面常常会产生震荡，对局部的液面高度的测量难以估算整体的药量。

第二种，在药液箱底部安装传感器测量药液箱底部的药液的压强来估算药液余量。由于药液普遍存在一定的腐蚀性，该种方法中传感器与药液直接接触，容易导致传感器受腐蚀而损坏。

因此，提供一种能够无接触的对无人机药液量进行精确测量的方法或装置，是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定植保无人机药液量的装置和方法，以能够无接触的对无人机中的药液量进行精确测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种测定植保无人机药液量的装置，包括：药液测量管、超声波传感器、控制终端和药液箱；

所述药液测量管的第一端部与所述药液箱的第一端部连通；

所述超声波传感器固定设置于所述药液测量管的第二端部上；所述控制终端固定于所述药液箱的第二端部；所述超声波传感器与所述控制终端电连接；

所述超声波传感器用于测量所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离；所述控制终端用于获取无人机的姿态角数据，还用于根据所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离和所述姿态角数据确定所述药液箱中的液量；所述姿态角数据包括横滚角和俯仰角。

优选的，所述药液测量管的第一端部与所述药液箱的第一端部处于同一水平面上；

所述药液测量管的第二端部与所述药液箱的第二端部处于同一水平面上。

优选的，所述药液测量管的管径小于等于50mm。

优选的，所述控制终端包括主控电脑和航姿参考系统；

所述主控电脑分别与所述航姿参考系统和所述超声波传感器电连接；

所述航姿参考系统用于实时测量所述无人机的姿态角数据；所述主控电脑用于根据所述姿态角数据和所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离确定所述药液箱中的液量。

优选的，所述控制终端还包括通讯串口；

所述通讯串口与所述主控电脑电连接；所述通讯串口用于将所确定的液量发送给无人机的飞行控制系统。

优选的，所述药液箱包括注液口和药液箱盖；

所述注液口设置在所述药液箱的第二端部上，所述药液箱盖盖设在所述注液口上，以防止药液洒出。

一种测定植保无人机药液量的方法，应用于上述的测定植保无人机药液量的装置；所述方法包括：

获取药液测量管中药液液面距药液测量管第二端部的距离，记为第一距离；

获取无人机的姿态角数据；所述姿态角数据包括：横滚角和俯仰角；

获取药液测量管中心位置与药液箱的中心位置之间的距离，记为第二距离；

根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱中药液的高度。

优选的，所述第一距离为药液测量管中药液液面中心点距药液测量管第二端部的中心点的距离。

优选的，所述根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱中药液的高度，具体包括：

根据所述姿态角数据确定药液箱中液面与地面的夹角，记为第一夹角；

根据所述第一距离、所述第一夹角和所述第二距离确定药液箱中药液的高度。

优选的，所述根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱中药液的高度，具体包括：

根据所述姿态角数据，采用公式tan²θ＝tan²α+tan²β确定所述第一夹角θ；

根据所述第一距离、所述第一夹角和所述第二距离，采用公式b＝ctanθ+a确定药液箱中药液的高度b；

其中，α为横滚角，β为俯仰角，a为第一距离，c为第二距离。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的测定植保无人机药液量装置和方法，通过采用超声波传感器测量与药液箱连通的药液测量管中药液面距药液测量管顶端的距离后，根据所获取的无人机的姿态角以及药液测量管中心位置与药液箱的中心位置之间的距离进一步确定得到药液箱中药液的高度，进而精确完成对无人机药液箱中药液量的测量工作。

并且在本发明所提供的技术方案中，通过超声波传感器所测距离和无人机飞行的姿态角就可以完成液量的无接触式测量，这就能够避免出现传感器与药液直接接触而导致传感器受腐蚀的问题，进而延长测定植保无人机药液量装置的使用寿命。

附图说明

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

图1为本发明提供的测定植保无人机药液量的装置的结构示意图；

图2为本发明提供的测定植保无人机药液量的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的采用测定植保无人机药液量的装置对药液量进行测量的原理图。

符号说明：

1-药液测量管，2-超声波传感器，3-控制终端，4-药液箱，5-药液箱盖。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种测定植保无人机药液量的装置和方法，以能够无接触的对无人机中的药液量进行精确测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的测定植保无人机药液量的装置的结构示意图，如图1所示，一种测定植保无人机药液量的装置，包括：药液测量管1、超声波传感器2、控制终端3和药液箱4。

所述药液测量管1的第一端部与所述药液箱4的第一端部连通。如图1所示，药液测量管1和药液箱4连接后呈U型形状。本发明的U型是指弧形、半圆形、半个多边形组成的图形等具有凹陷区域的形状。

所述超声波传感器2固定设置于所述药液测量管1的第二端部上。所述控制终端3固定于所述药液箱4的第二端部。所述超声波传感器2通过信号线与所述控制终端3电连接。

所述超声波传感器2用于测量所述药液测量管1中药液液面距所述药液测量管1的第二端部的距离。所述控制终端3用于获取无人机的姿态角数据，还用于根据所述药液测量管1中药液液面距所述药液测量管1的第二端部的距离和所述姿态角数据确定所述药液箱4中的液量。所述姿态角数据包括横滚角和俯仰角。

其中，为了能够在药液箱4中剩下极少药液量的情况下完成药液量的测量工作，本发明中提供的药液测量管1的管径优选为小于等于50mm。

为了提供药液量测量的精确度，在本发明实施例中所述药液测量管1的第一端部优选与所述药液箱4的第一端部处于同一水平面上。

且所述药液测量管1的第二端部优选与所述药液箱4的第二端部处于同一水平面上。

其中，作为本发明的优选实施例上述控制终端3可以包括主控电脑和航姿参考系统(AttitudeandHeadingReferenceSystem，AHRS)。

所述主控电脑分别与所述航姿参考系统和所述超声波传感器2电连接。

所述AHRS用于实时测量所述无人机的姿态角数据。所述主控电脑用于根据所述姿态角数据和所述药液测量管1中药液液面距所述药液测量管1的第二端部的距离确定所述药液箱4中的液量。

优选的，所述控制终端3还可以包括通讯串口(TTL电平串口)。

所述通讯串口与所述主控电脑电连接。所述通讯串口用于将所确定的液量发送给无人机的飞行控制系统，以便于无人机的飞行系统能够实时根据药液量对无人机是否继续喷洒药液进行控制。

此外，作为本发明的另一实施例，上述药液箱4可以包括注液口和药液箱盖5。

所述注液口设置在所述药液箱4的第二端部上，所述药液箱盖5盖设在所述注液口上，以防止药液洒出。

对应于上述本发明提供的测定植保无人机药液量的装置，本发明还提供了一种测定植保无人机药液量的方法，以应用于该测定植保无人机药液量的装置测量过程中。如图2所示，该方法包括：

步骤100：获取药液测量管1中药液液面距药液测量管1第二端部的距离，记为第一距离。优选的，所述第一距离为药液测量管1中药液液面中心点距药液测量管1第二端部的中心点的距离。

步骤101：获取无人机的姿态角数据。所述姿态角数据包括：横滚角和俯仰角。

步骤102：获取药液测量管1中心位置与药液箱4的中心位置之间的距离，记为第二距离。

步骤103：根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱4中药液的高度。

作为本发明的另一实施例，上述步骤103具体包括：

根据所述姿态角数据确定药液箱4中液面与地面的夹角，记为第一夹角。

根据所述第一距离、所述第一夹角和所述第二距离确定药液箱4中药液的高度。

作为本发明的另一实施例，上述步骤103具体包括：

根据所述姿态角数据，采用公式tan²θ＝tan²α+tan²β确定所述第一夹角θ。

根据所述第一距离、所述第一夹角和所述第二距离，采用公式b＝ctanθ+a确定药液箱4中药液的高度b。

其中，α为横滚角，β为俯仰角，a为第一距离，c为第二距离。

下面提供一个具体实施案例进一步说明本发明的方案。

如图3所示，采用本发明提供的装置和方法来测定植保无人机的药液量的具体测定过程如下：

步骤1：如图3所示，植保无人机在飞行时与水平面并非平行，而是与水平面成一定的角度飞行，装置中的AHRS测定无人机的横滚角为α，俯仰角为β。

步骤2：药液测量管1与药液箱4底部连通，药液测量管1内的药液液面与药液箱4内的药液液面处于同一水平面上，药液测量管1顶部平面与药液箱4顶部平面处于同一水平面上。药液测量管1顶部安装的超声波传感器2对药液测量管1内的液面中心(具体指当液面倾斜时的液面中心和液面水平时的液面中心)与顶部的距离进行测量，测得其距离为a。

步骤3：根据无人机的横滚角为α，俯仰角为β，则可得液平面与地面实际夹角θ为：

tan²θ＝tan²α+tan²β。

从与液平面相垂直方向进行计算，可得：

b＝ctanθ+a。

从而求得实际药液液面的高度b，进而就可以实时确定药液箱4中的实际药液量。

其中，药液测量管1的中心点与药液箱4中心点距离c是该测量装置中的特定参数。距离c具体为，在将药液测量管1安装在药液箱4上时人为测量的距离。

植保无人机在飞行过程中姿态实时发生变化，会导致药液液面产生震荡。特别是在特定外部风速和风向作用下，植保无人机为维持规划所需要的航迹时会与水平方向产生一定的姿态角，所以直接测量药液箱局部液面距顶部的高度无法真实体现整体的药液余量。由于本发明中提供的药液测量管与药液箱的连通管管径较细，液面震荡极小，所以其液面距顶部的测量值能够真实反映药液箱整体的药液余量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种测定植保无人机药液量的方法，应用于测定植保无人机药液量的装置；所述测定植保无人机药液量的装置包括：药液测量管、超声波传感器、控制终端和药液箱；所述药液测量管的第一端部与所述药液箱的第一端部连通，且所述药液测量管的第一端部与所述药液箱的第一端部处于同一水平面上；所述超声波传感器固定设置于所述药液测量管的第二端部上；所述控制终端固定于所述药液箱的第二端部；所述药液测量管的第二端部与所述药液箱的第二端部处于同一水平面上；所述超声波传感器与所述控制终端电连接；所述超声波传感器用于测量所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离；所述控制终端用于获取无人机的姿态角数据，还用于根据所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离和所述姿态角数据确定所述药液箱中的液量；所述姿态角数据包括横滚角和俯仰角；所述控制终端包括主控电脑和航姿参考系统；所述主控电脑分别与所述航姿参考系统和所述超声波传感器电连接；所述航姿参考系统用于实时测量所述无人机的姿态角数据；所述主控电脑用于根据所述姿态角数据和所述药液测量管中药液液面距所述药液测量管的第二端部的距离确定所述药液箱中的液量；其特征在于，所述方法包括：

获取药液测量管中药液液面距药液测量管第二端部的距离，记为第一距离；

获取无人机的姿态角数据；所述姿态角数据包括：横滚角和俯仰角；

获取药液测量管中心位置与药液箱的中心位置之间的距离，记为第二距离；

根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱中药液的高度；

所述根据所述第一距离、所述姿态角数据和所述第二距离确定药液箱中药液的高度，具体包括：

根据所述姿态角数据，采用公式tan²θ＝tan²α+tan²β确定第一夹角θ；

根据所述第一距离、所述第一夹角和所述第二距离，采用公式b＝ctanθ+a确定药液箱中药液的高度b；

其中，α为横滚角，β为俯仰角，a为第一距离，c为第二距离。

2.根据权利要求1所述的测定植保无人机药液量的方法，其特征在于，所述第一距离为药液测量管中药液液面中心点距药液测量管第二端部的中心点的距离。

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