CN112776986B - 一种基于无人机的风送喷雾装置 - Google Patents

一种基于无人机的风送喷雾装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的风送喷雾装置，包括飞行机构、连接杆、喷头和储液腔，喷头通过连接杆固定于飞行机构，喷头与储液腔连接，储液腔安装于飞行机构，风送喷雾装置还包括控制系统和送风机构，送风机构与飞行机构的连接臂连接，喷头和送风机构均位于飞行机构的两组旋翼之间，送风机构包括涵道、导风筒、舵机组、支撑架，涵道与导风筒连接，导风筒的下端与舵机组连接，舵机组通过支撑架与连接臂连接，涵道和舵机组均与控制系统连接。此风送喷雾装置采用送风机构与飞行机构现有的旋翼气流相互作用下，喷头在喷雾时，送风机构中的舵机组来回转动，使液体喷雾在空中发生明显漂移，从而增加喷雾在空中的滞留时间，增加喷雾的沉积面积。

Description

一种基于无人机的风送喷雾装置
技术领域
本发明涉及农用消杀作业的技术领域，具体涉及一种基于无人机的风送喷雾装置。
背景技术
现有的无人机喷施农药、肥料等液体的技术越来越成熟，得到了社会的广泛认可，并大力推广使用。但是，现有的无人机喷药装置中，采用无人机喷洒药液，并使药液滞空时间更久，药液沉积范围为更广，以达到更好的杀菌消毒效果的技术还处于发展阶段。现阶段绝大多数喷雾风送装置主要应用于地面、体积大和设备重，极少有研究应用于无人机上的喷雾送风设备。用现有无人机喷洒药液对空气中的病菌进行消杀，由于喷头洒出的药液在无人机旋翼流场的作用下，很快就会沉降下去，远远达不到消杀的效果，从而造成无人机喷药后的消杀细菌与蚊虫效果不明显。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于无人机的风送喷雾装置，此喷药装置增加了液体喷雾在空中的滞留时间，从而增大喷雾的沉积面积。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于无人机的风送喷雾装置，包括飞行机构、连接杆、喷头和储液腔，所述喷头通过连接杆固定于飞行机构，所述喷头与储液腔连接，所述储液腔安装于飞行机构，还包括控制系统和送风机构，所述送风机构与飞行机构的连接臂连接，所述喷头和送风机构均位于飞行机构的两组旋翼之间，且所述喷头位于送风机构的送风方向前方，所述送风机构包括涵道、导风筒、舵机组、支撑架，所述涵道与导风筒连接，所述导风筒的下端与舵机组连接，所述舵机组通过支撑架与连接臂连接，所述涵道和舵机组均与控制系统连接。
优选的，所述控制系统包括电调、继电器、单片机、无线通信模块和控制终端，所述单片机通过继电器与舵机组连接，所述单片机通过电调与涵道连接，所述单片机通过无线通信模块与控制终端连接。
优选的，所述送风机构还包括密封舱，所述电调、继电器、移动电源、单片机、无线通信模块均安装于密封舱内，所述密封舱安装于储液腔的上端。
优选的，所述支撑架包括扣件、支撑杆和摆臂，所述支撑杆的一端通过扣件与连接臂连接，所述支撑杆的另一端设有调节槽，所述摆臂的一端与调节槽连接。
优选的，所述调节槽沿着支撑杆的方向延伸，所述调节槽延伸的长度为3～8cm。
优选的，所述涵道包括通道、机叶和无刷电机，所述无刷电机通过电调与单片机连接，所述无刷电机的输出轴与机叶连接，所述机叶安装于通道的一端，所述通道的另一端与导风筒连接。
优选的，所述舵机组包括舵机和舵机臂，所述舵机通过继电器与单片机连接，所述舵机通过连接孔与摆臂连接，所述舵机的转轴与舵机臂连接，所述舵机臂与导风筒连接。
优选的，所述导风筒包括直筒出风段、第一锥形出风段和第二锥形出风段，所述直筒出风段的一端与涵道连接，所述直筒出风段的另一端通过第一锥形出风段与第二锥形出风筒连接。
优选的，所述第一锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R1为42～55°，所述第二锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R2为30～38°。
优选的，所述第二锥形出风段设有螺旋机叶。
本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
1、本发明基于无人机的风送喷雾装置，此喷药装置采用送风机构与飞行机构现有的旋翼气流相互作用下，喷头在喷雾时，送风机构中的舵机组来回转动，使液体喷雾在空中发生明显漂移，从而增加喷雾在空中的滞留时间和喷雾的沉积面积，送风机构根据现场的风速调节送风量的大小，适应性强。
2、本发明基于无人机的风送喷雾装置，此送风机构中的控制系统采用无线通信模块，实现风量调节智能化，采用舵机组控制导风筒的角度，同时采用支撑架控制导风筒与喷头之间的距离，从而使送风机构更加精准的调节风量大小，进一步的增加喷雾在空中滞留的时间，从而增加喷雾的沉积面积。
3、本发明基于无人机的风送喷雾装置，此送风机构中的涵道采用无刷电机控制涵道内的风速，有效现场喷雾在空气中的悬浮时间，以增大喷雾的沉积面积，此送风装置采用支撑架与无人机的连接臂连接，支撑架与连接臂结构简单，便于携带和拆卸。
4、本发明基于无人机的风送喷雾装置，此导风筒设有直筒出风段、第一锥形出风段和第二锥形出风段，第二锥形出风段设有螺旋机叶，将涵道的气流集中在通过螺旋机叶吹出，使导风筒的风速集中，螺旋机叶加强了第二锥形出风段的风速，且作用范围更加广泛，从而增加喷雾的滞空时长。
附图说明
图1是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的平面示意图。
图2是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的支撑架示意图。
图3是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的舵机组示意图。
图4是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的导风筒示意图。
图5是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的导风筒剖面图。
图6是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的无人机旋翼流场分布图。
图7是本发明一种基于无人机的风送喷雾装置的控制系统导向图。
其中，1为飞行机构，101为旋翼，2为送风机构，201为导风筒，2011为螺旋机叶，2012为直筒出风段，2013为第一锥形出风段，2014为第二锥形出风段，202为涵道，203为无刷电机，204为扣件，205支撑杆，206为摆臂，207为舵机组，2071为舵机，2072为连接孔，2073为舵机臂，2074为转轴，209为出风口，3为离心喷头，4为连接杆，5为连接臂，6为储液腔，7为密封舱，A为流场区域。
具体实施方式
下面接合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1至7所示，一种基于无人机的风送喷雾装置，包括飞行机构、连接杆、喷头、储液腔和送风机构，所述喷头通过两根连接杆固定于飞行机构，所述喷头与储液腔连接，储液腔内设有加压泵，所述储液腔安装于飞行机构的上方，所述送风机构与飞行机构的连接臂连接，所述喷头和送风机构均位于飞行机构的两组旋翼之间，且所述喷头位于送风机构的送风方向前方，送风机构吹出的气流与两组旋翼的气流相互作用，从而增加喷雾在空中滞留的时间，所述送风机构包括涵道、导风筒、舵机组、支撑架和控制系统，所述涵道与导风筒连接，所述导风筒的下端与舵机组连接，所述舵机组通过支撑架与连接臂连接，此支撑架还能调节舵机组与喷头之间的距离，所述涵道和舵机组均与控制系统连接，控制系统控制舵机组旋转，舵机组可以改变导风筒的出风角度，控制系统控制舵机组的出风大小。喷头在喷雾时，送风机构中的舵机组来回转动，使液体喷雾在空中发生明显漂移，从而增加喷雾在空中的滞留时间，送风机构根据现场的风速调节送风量的大小，适应性强。
所述控制系统包括电调、继电器、移动电源、单片机、无线通信模块和控制终端，此实施例中的无线通信模块采用HC-12无线串口通信模块，单片机采用stm32单片机，采用HC-12无线串口通信模块与stm32单片机之间通信，HC-12无线串口的信号传输距离远，抗干扰性强，stm32单片机信号处理器根据指令输出对应PWM信号到继电器，所述stm32单片机通过继电器与舵机组连接，所述stm32单片机通过电调与涵道连接，所述stm32单片机通过无线通信模块与控制终端连接，所述移动电源与stm32单片机连接。控制终端依据现场的风力大小，控制终端通过HC-12无线串口通信模块发送指令给stm32单片机，stm32单片机信号处理器根据指令输出对应PWM信号到电调，stm32单片机通过电调控制涵道的风速，stm32单片机通过继电器控制舵机组的转动，从而调整送风机构的风速和出风角度，实现风量调节智能化，进一步的增加喷雾在空中滞留的时间，从而增加喷雾的沉积面积。
所述送风机构还包括密封舱，所述电调、继电器、移动电源、stm32单片机、无线通信模块均安装于密封舱内，密封舱防止空气中的喷雾落入密封舱内，避免密封舱内的电子设备受到损害，此密封舱采用有机玻璃盒子，有机玻璃盒子采用甲基丙烯酸甲酯单体聚合制成，此有机玻璃盒子重量较轻，减少飞行机构的压力，节省能耗，也能密封密封仓内的电子部件，防止水气干扰造成电子部件短路，所述密封舱安装于储液腔的上方，防止飞行机构飞行的过程中密封舱掉落。此密封舱内还设有锂电池，锂电池分别与无刷电机和舵机组连接，锂电池为无刷电机和舵机组提供工作时所需要的电能。
所述支撑架包括扣件、支撑杆和摆臂，所述支撑杆的一端通过扣件与连接臂连接，所述支撑杆的另一端设有调节槽，所述摆臂的一端与调节槽连接。两个半圆形的卡扣可以调节支撑杆的位置，此摆臂水平放置呈L形，摆臂可以在调节槽上滑动或转动调节导风筒与喷头之间的距离。
所述调节槽沿着支撑杆的方向延伸，所述调节槽延伸的长度为5cm。摆臂可以在调节槽上滑动调节导风筒与喷头的位置，使导风筒的角度调整更加灵活。支撑杆包括竖杆和横杆，竖杆的一端与扣件连接，竖杆的另一端与横杆的一端连接，横杆的另一端与摆臂铰接，竖杆与横杆连接呈L形，此竖杆与横杆一体成型，增强支撑杆的结构稳定性。
所述涵道包括通道、机叶和无刷电机，所述无刷电机通过电调与stm32单片机连接，所述无刷电机的输出轴与机叶连接，所述机叶安装于通道的一端，所述通道的另一端与导风筒连接。HC-12无线串口通信模块通过PWM脉宽信号快速调节无刷电机转速，从而控制机叶的转动频率，工作人员可根据现场风力大小通过控制终端控制涵道的风速，使送风机构的风速为最佳工作状态。
所述舵机组包括舵机和舵机臂，所述舵机通过继电器与stm32单片机连接，所述舵机通过连接孔与摆臂连接，所述舵机的转轴与舵机臂连接，所述舵机臂与导风筒连接。此舵机采用sg90舵机，舵机通过杜邦线与继电器形成回路电流，HC-12无线串口通信模块通过PWM脉宽信号快速调节舵机的转动，舵机通过连接孔与摆臂固定连接，舵机的转轴带动舵机臂转动，舵机臂旋转带动导风筒转动，从而实现导风筒的角度调整。
如图5所示，导风筒包括直筒出风段、第一锥形出风段和第二锥形出风段，所述直筒出风段的一端与涵道连接，所述直筒出风段的另一端通过第一锥形出风段与第二锥形出风筒连接。导风筒设置为第一锥形出风段和第二锥形出风段增加喷雾的气流面积，减少出风口的气流损失，从而使喷雾受到的气流更多，增加喷雾的整体飘逸面积，增大喷雾的沉积面积。
所述第一锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R1为47°，所述第二锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R2为33°。涵道的气流吹向直筒出风段，直筒出风段汇聚气流通过第一锥形出风段吹向第二锥形出风段，第二锥形出风段与第一锥形出风段的长度比为2.5:1，从而确保导风筒的出风口为最佳角度，导风筒作用于喷头的气流的范围更加广泛，使喷雾的滞空时间增长。所述第二锥形出风段设有螺旋机叶，此螺旋机叶可以提高出风口的风速，进一步增强喷雾漂移距离。
如图6所示，此喷药装置的喷头和送风机构的数量均为两组，两组所述喷头和送风机构相对于飞行装置的中轴线设置，喷头设置于旋翼的流场区域外，采用两组的喷头和送风机构，控制系统可以同时控制两组送风机构，可以增强飞行机构配啥农药的效率，从而节省人力物力。此实施例中还可以采用多组的喷头和送风机构，可以根据农作物的栽植密度来调整。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无人机的风送喷雾装置，包括飞行机构、连接杆、喷头和储液腔，所述喷头通过连接杆固定于飞行机构，所述喷头与储液腔连接，所述储液腔安装于飞行机构，其特征在于：还包括控制系统和送风机构，所述送风机构与飞行机构的连接臂连接，所述喷头和送风机构均位于飞行机构的两组旋翼之间，且所述喷头位于送风机构的送风方向前方，所述送风机构包括涵道、导风筒、舵机组、支撑架，所述涵道与导风筒连接，所述导风筒的下端与舵机组连接，所述舵机组通过支撑架与连接臂连接，所述涵道和舵机组均与控制系统连接；
所述控制系统包括电调、继电器、单片机、无线通信模块和控制终端，所述单片机通过继电器与舵机组连接，所述单片机通过电调与涵道连接，所述单片机通过无线通信模块与控制终端连接；
还包括密封舱，所述电调、继电器、移动电源、单片机、无线通信模块均安装于密封舱内，所述密封舱安装于储液腔的上端；
所述导风筒包括直筒出风段、第一锥形出风段和第二锥形出风段，所述直筒出风段的一端与涵道连接，所述直筒出风段的另一端通过第一锥形出风段与第二锥形出风筒连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述支撑架包括扣件、支撑杆和摆臂，所述支撑杆的一端通过扣件与连接臂连接，所述支撑杆的另一端设有调节槽，所述摆臂的一端与调节槽连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述调节槽沿着支撑杆的方向延伸，所述调节槽延伸的长度为3~8cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述涵道包括通道、机叶和无刷电机，所述无刷电机通过电调与单片机连接，所述无刷电机的输出轴与机叶连接，所述机叶安装于通道的一端，所述通道的另一端与导风筒连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述舵机组包括舵机和舵机臂，所述舵机通过继电器与单片机连接，所述舵机通过连接孔与摆臂连接，所述舵机的转轴与舵机臂连接，所述舵机臂与导风筒连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述第一锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R1为42~55 °，所述第二锥形出风段的侧壁与导风筒的中轴线形成的夹角R2为30~38°。
7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的风送喷雾装置，其特征在于：所述第二锥形出风段设有螺旋机叶。
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