CN113273557B - 一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法，该喷施系统包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。本发明能够持续有效地对树体高直的橡胶林进行精准喷烟作业。
Description
技术领域
本发明涉及农业无人机喷施装置及方法，具体涉及一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法。
背景技术
在橡胶树种植过程中，橡胶树经常会出现病虫害，需要进行长时间的管理以及定期进行病虫害的防治。在施药技术上，立地环境和林段大小及分布是制约施药器械选择的重要因素。传统的橡胶树病虫害防治施药方式大多为人工背负喷雾器或喷粉器，或利用风送机进行施药，这种作业方式防治效果差低、操作难度大、成本高，且农药残留对环境污染严重，还可能会对工作人员的身体健康造成一定的伤害。
随着科技不断的发展，如今航空植保已经成为新时代的植保关键技术之一，无人机因其作业高度可调、自由灵活、机动性强、作业效率高等优点被广泛应用于农业中。
但是受限于喷洒方式、自身载药量以及作业对象不同的生长特点，无人机对于林木喷施液体农药的效果并不是特别理想。尤其是对于树体高大的橡胶树来说，作业效果和作业连续性很难得到有效保证，特别是在树冠下层及叶片背面位置的受药效果表现较差，进而影响到了最终的病虫害防治效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，该系留无人机烟剂喷施系统能够持续有效地对树体高直的橡胶林进行精准喷烟作业。
本发明的另一个目的在于提供一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；
所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。
上述适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统的工作原理为：
工作时，无人车先搭载无人机到作业区域，然后无人机携带喷施装置升空，并停留在预定的高度上，接着无人车通过系留线缆往喷施装置中输送烟剂农药，经过烟雾辅助催发器的二次雾化和加压处理后，通过喷头将烟剂农药喷向橡胶树。在喷施的过程中，无人车通过系留线缆持续地往无人机输送电能，使得无人机具有持续续航的能力，直接完成喷施工作。
本发明的一个优选方案，其中，所述喷头通过多自由度喷杆与高空储药箱连接，所述多自由度喷杆由相互垂直设置的第一喷杆和第二喷杆组成，所述第一喷杆通过电动球头转向节与第二喷杆连接；
所述喷头设有多个，均匀排列在第二喷杆上。通过上述结构，可以对喷头的姿态进行多自由度灵活调节，适用不同的喷施要求，提高喷施效果。
优选地，所述第一喷杆至少设有两个，相邻的第一喷杆之间通过电动球头转向节连接。
优选地，所述喷头内部设置有流量控制器，可对烟剂喷施量进行精准控制。
优选地，所述电动球头转向节内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头。
优选地，所述第二喷杆上的端部设有靶标施烟效果辅助测定传感器，该靶标施烟效果辅助测定传感器用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药等关键信息，信息实时回传控制模块，协助喷施控制处理器的实时调节。具体地，所述靶标施烟效果辅助测定传感器为烟雾浓度传感器或激光传感器或红外传感器以及视觉传感器的一种或多种。
优选地，所述喷施装置还包括喷施控制处理器，该喷施控制处理器与烟雾辅助催发器、电动球头转向节、流量控制器和靶标施烟效果辅助测定传感器电连接。在工作中，喷施控制处理器能够对烟雾辅助催发器的催发压力、多自由度喷杆的布置方式及喷头流量控制器的流量进行实时调节。
本发明的一个优选方案，其中，所述无人车上设有后台控制模块，该后台控制模块用于接收无人机和喷施装置的工作数据，实时对接收到的数据信息进行处理分析，能够生成施烟作业处方图，规划施烟作业路径，确定多自由度喷杆实时展开姿态，控制喷烟压力与流量，确定各施药区域的烟剂喷施用量以及对烟剂飘移情况做出模拟评估；并控制喷施装置进行喷施工作以及控制无人车的行进和无人机的飞行。
本发明的一个优选方案，其中，还包括安全模块，该安全模块包括飞行安全传感器和环境安全传感器，其中，所述飞行安全传感器安装在无人机上，用于实时测定飞行高度、飞行速度、旋翼转速、机身俯仰角度、飞行电压、飞行路径以及周边障碍物信息等飞行数据；
所述环境安全传感器分别设置在智能无人车和无人机上，用于实时测定作业区域空间内的气象信息与无人机周围的大气及旋翼气流扰动情况，所述飞行安全传感器监测到的飞行数据信息和环境安全传感器监测到的环境数据信息通过无线通讯的方式回传至后台控制模块。
本发明的一个优选方案，其中，所述无人车上设有若干个烟剂颗粒采样分析传感器，所述烟剂颗粒采样分析传感器水平朝上放置，该烟剂颗粒采样分析传感器上方为空旷无遮挡的空间。通过上述结构，由于烟剂颗粒采样分析传感器具有自净式连续烟剂颗粒采集能力，能够在较短的时间间隔内连续多次采集并分析烟剂颗粒附着情况，可实时测定施烟系统喷施作业过程中烟剂颗粒在地面的逸散沉降情况以评估烟剂农药脱靶率，进而为后台控制模块制定施烟决策提供参考。
本发明的一个优选方案，其中，所述系留线缆的内部设有用于输送烟剂的内管路和用于输送电能、电信号的外管路，所述内管路中设置有用于防治烟剂农药回流地面的单向烟气阀门；
所述外管路包裹在内管路之外，该外管路分隔成多个隔舱，多个隔舱分别用于收纳供电线、无损数据传输线、备用供电线、备用无损数据传输线和轻质高强度抗割索绳。
优选地，所述系留线缆连接在无人车的一端缠绕在绕放线器上，另一端通过紧急脱钩装置与无人机连接。通过上述结构，可根据实际作业需求对系留线缆进行绕放操作，若遇紧急情况可进行线缆脱离操作，此时切换至机载紧急备用电池为无人机供电。
一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施方法，包括以下步骤：
(1)施烟作业前，利用安装有激光雷达的遥感测绘无人机对作业橡胶林进行航空遥感图像信息采集，获取施药区域的遥感影像，构建作业区域内所有橡胶树的树形病理三维点云成像图，将遥感数据信息传送至控制模块；
(2)控制模块对接收到的遥感数据信息进行分析处理，规划形成施烟作业路径与施烟作业处方图，并确定多自由度喷杆的安装长度、初始喷施姿态以及喷头安装类型与数量；
(3)将喷施装置安装至无人机上，并安装系留线缆；
(4)无人机自无人车的顶部起降平台起飞至橡胶林第一阶段作业路径指定初始喷施位置悬停，喷施控制处理器伸展调节多自由度喷杆姿态；
(5)无人车为无人机的高空储药箱供药，当烟剂农药储量检测传感器监测到药量达到高空储药箱量容积的50％时，喷施装置开始对橡胶树进行施烟作业，无人车在无人机的下方同步行进；
(6)控制模块实时对回传的传感器数据信息进行分析处理，结合施烟作业处方图及时修正无人车与无人机的行进作业参数，并根据地面烟剂颗粒采样分析传感器评估的烟剂农药脱靶情况、无人机周围的气流扰动情况以及橡胶树实际长势特点对喷施控制处理器下达控制指令，精准调整烟雾辅助催发器的喷施压力、多自由度喷杆布置姿态以及喷头流量控制器的烟剂流量，保证当下作业橡胶树冠层的最佳受药效果；
(7)橡胶树第一阶段作业路径喷施作业结束后，喷施装置暂停工作，无人机和无人车移动行进至下一阶段作业路径指定位置，继续重复进行步骤(4)至(6)操作，直至全部喷施作业任务结束。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明采用系留式无人机进行作业，作业时人药分离，人员安全性得到极大保障，同时系统智能化作业方式也使得人员劳动强度降低。
2、相比于常规的无人机施药作业方式，本发明的适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统降低了无人机作业时机体的有效载重，作业灵活性得到极大提升，能量损耗进一步减少，解决了常规无人机续航能力不足的问题，作业时间更长，可以连续进行喷烟作业。
3、相比于传统烟剂农药喷施投放方式，本发明的适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统能够针对橡胶树的生长特性进行精准智能调控的对靶喷烟作业，可以增加药剂的穿透效果并有效提高药剂在橡胶树冠层中下部以及叶片反面的附着率，既提高了农药利用率又大大减轻了飘移所产生的烟害。
4、本发明中的系留无人机烟剂喷施系统无需用水，解决了液体农药喷洒林区缺水以及水源难以补给运输的问题，大大节约了水资源。
5、本发明中的系留无人机烟剂喷施系统施用安全、高效，便于安装、转移搬运、拆卸，成本低，易于推广普及，有效解决了橡胶树病虫害暴发快、时间集中、面积广和防治成本高的难题。
附图说明
图1是本发明的适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统的整体框架流程图。
图2是施烟模块的框架流程图。
图3是适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统进行喷施工作的结构简图。
图4是图3中的系留线缆的横截面结构示意图。
图5是图3中的电动球头转向节的结构示意图。
图6是图3中的单侧多自由度喷杆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-图3，本发明的适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统，其特征在于，包括系留模块1、施烟模块2、安全模块3以及控制模块4，其中，所述系留模块1包括设置在地面的无人车11、在空中进行航空施烟作业的无人机12以及系留线缆13，其中，所述无人车11可在橡胶树行间行进，并搭载有相关系留烟剂喷施系统作业部件和维修工具部件，用于为无人机12进行烟剂农药及电力供给以及相关维护保养工作，同时无人车11顶部平整还可作为农用无人机起降平台使用；所述无人机12为由无人车11提供电力能源的单旋翼或多旋翼系留式电动无人机，用作对橡胶树进行高空烟剂喷施作业的载体，通过系留线缆13与下方无人车11相连接，除常规无人机飞行结构部件外，还安装有旋翼保护软罩、作业负载连接装置、变压稳压器、系留线缆紧急脱钩装置以及机载紧急备用电池；所述系留线缆13由超轻型复合材料制成，两端分别与无人车11和无人机12相连接，是无人车11为无人机12补给烟剂农药、供应电力及二者进行数据信息传输的通道。
所述施烟模块2通过作业负载连接装置挂载于无人机12机身下方，包括高空储药箱21、烟雾辅助催发器22、多自由度喷杆23、喷头24、喷施控制处理器25、以及实时靶标施烟效果辅助测定传感器26，其中，所述高空储药箱21体积小巧，主要用作地面供给烟剂的高空临时储存转运；所述烟雾辅助催发器22用于将高空储药箱21内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头24处；所述多自由度喷杆23设置于无人机12机身下方两侧位置，喷杆表面设置有若干喷头24及传感器安装位置，每侧喷杆结构均为两段式结构，通过两级电动球头转向节231连接，可实现喷杆多自由度灵活调节变换；所述喷头24为烟剂变量雾化喷头，安装在多自由度喷杆23上，喷头内部设置有喷头流量控制器241，可对烟剂喷施量进行精准控制；所述喷施控制处理器25能够根据控制模块4的控制指令对烟雾辅助催发器22的催发压力、多自由度喷杆23的布置方式及喷头流量控制器241的流量进行实时调节；所述靶标施烟效果辅助测定传感器26为烟雾浓度传感器或激光传感器或红外传感器以及视觉传感器的一种或多种，安装在第二段多自由度喷杆2322末端，用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药等关键信息，信息实时回传控制模块4，协助喷施控制处理器25的实时调节。
所述安全模块3包括飞行安全传感器31和环境安全传感器32，其中，所述飞行安全传感器31安装在无人机12上，用于实时测定飞行高度、飞行速度、旋翼转速、机身俯仰角度、飞行电压、飞行路径以及周边障碍物信息等飞行数据；所述环境安全传感器32分别设置在无人车11和无人机12上，用于实时测定作业区域空间内的气象信息与无人机12周围的大气及旋翼气流扰动情况，所述飞行安全传感器监测到的飞行数据信息和环境安全传感器监测到的环境数据信息通过无线通讯的方式回传至控制模块4。
所述控制模块4设置于地面上，用于接收系留模块1、施烟模块2以及安全模块3回传的各类数据信息，实时对接收到的数据信息进行处理分析，能够生成施烟作业处方图，规划施烟作业路径，确定多自由度喷杆23实时展开姿态，控制喷烟压力与流量，确定各施药区域的烟剂喷施用量以及对烟剂飘移情况做出模拟评估；并远程控制施烟模块2工作；该控制模块4还用于在实际作业过程中实时控制无人车11的行进和无人机12的飞行。
具体地，所述烟剂喷施系统的施药对象为橡胶树，无人车11在橡胶树行间随同无人机12行进，要求橡胶林为规划良好的平缓林段，种植较为规范，修剪整齐，行株距整齐笔直，行距不小于10米，株距不小于2米，每667m2橡胶树种植株数在30株左右。
优选地，所述无人车11系留烟剂喷施系统作业部件包括烟剂混配装置、车载储药箱、烟剂颗粒采样分析传感器111、烟雾发生器、烟雾输送装置、高压直流电源、高压直流稳压器、绕放线器以及通讯定位装置。
进一步地，所述烟剂颗粒采样分析传感器111设置在无人车11车体外侧，设置数量若干个，采样工作时采样面水平朝上放置，要求上方空旷无遮挡；该烟剂颗粒采样分析传感器111具有自净式连续烟剂颗粒采集能力，能够在较短的时间间隔内连续多次采集并分析烟剂颗粒附着情况，可实时测定施烟系统喷施作业过程中烟剂颗粒在地面的逸散沉降情况以评估烟剂农药脱靶率，进而为控制模块4制定施烟决策提供参考。
参见图4，具体地，所述系留线缆13包括内外双层管路，其中内层管路131为输烟管路，管路具有保温性、耐热性、柔韧性和抗腐蚀性，同时每间隔一定距离设置有单向烟气阀门1311用于防治烟剂农药回流地面；外层管路132包裹在内层管路之外，由绝缘材料进一步被分隔为5个隔舱，分别设置对应通过供电线1321、无损数据传输线1322、备用供电线1323、备用无损数据传输线1324和轻质高强度抗割索绳1325共5种线缆，充分保证了系留线缆13工作的可靠性；无人机12作业过程中的飞行数据信息、传感器采样信息等所有相关数据信息通过系留线缆13的无损数据传输线传输至无人车11的存储器内进行备份储存。
进一步地，所述系留线缆13地面端缠绕于绕放线器上，可根据实际作业需求对系留线缆13进行绕放操作，空中端通过系留线缆紧急脱钩装置与无人机12相连，若遇紧急情况可进行线缆脱离操作，此时切换至机载紧急备用电池为无人机12供电。
具体地，所述高空储药箱21内部还安装有烟剂农药储量检测传感器211，可实时监测无人车11供给的烟剂药量以保证供药量在合理范围内避免药液不足喷头空喷或者高空储药箱21烟剂储存过量现象。
参见图5-图6，优选地，所述电动球头转向节231内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头，第一级电动球头转向节2311连接作业负载连接装置与第一段多自由度喷杆2321，第二级电动球头转向节2312连接第一段多自由度喷杆和第二段多自由度喷杆2322。
具体地，所述控制指令通过控制模块4对环境气象参数、路径参数、飞行参数、翼尖气流扰动信息、旋翼风场、作物冠层信息、喷幅范围、作物处方施药量等数据信息进行实时汇总处理得出，并由控制模块4下达传送至施烟模块2的喷施控制处理器25。
参见图1-6，本实施例中的适用于橡胶树的系留式无人机烟剂喷施系统的喷施方法，包括以下步骤：
(1)施烟作业前，利用安装有激光雷达的遥感测绘无人机对作业橡胶林进行航空遥感图像信息采集，获取施药区域的遥感影像，构建作业区域内所有橡胶树的树形病理三维点云成像图，之后相关遥感数据信息传送至控制模块4。
(2)控制模块4依次与其它各模块进行通讯调试，确保数据传输通信及作业控制正常，环境安全传感器开始对施烟区域的气象数据进行采集，并回传至控制模块4。
(3)控制模块4对接收到的遥感数据信息和环境气象信息进行分析处理，初步规划形成施烟作业路径与施烟作业处方图，并确定多自由度喷杆23的安装长度、初始喷施姿态以及喷头24安装类型与数量。
(4)将施烟模块2安装至无人机12上，安装系留线缆13，调试系留模块与施烟模块2，保证二者工作正常。
(5)无人机12自无人车11顶部起降平台起飞至橡胶林第一阶段作业路径指定初始喷施位置悬停，喷施控制处理器25伸展调节多自由度喷杆23姿态，无人车11同时行进至无人机12下方。
(6)无人车11开始为无人机12的高空储药箱21供药，当烟剂农药储量检测传感器211监测到药量达到高空储药箱21量容积的50％时，喷施装置开始对橡胶树进行施烟作业。
(7)作业过程中，无人车11与无人机12同步行进，绕放线器实时调节系留线缆13长度，各传感器实时收集对应数据，并回传至控制模块4。
(8)控制模块4实时对回传的传感器数据信息进行分析处理，结合施烟作业处方图及时修正无人车11与无人机12的行进作业参数，并根据地面烟剂颗粒采样分析传感器111评估的烟剂农药脱靶情况、无人机12周围的气流扰动情况以及橡胶树实际长势特点对喷施控制处理器25下达控制指令，精准调整烟雾辅助催发器22的喷施压力、多自由度喷杆23布置姿态以及喷头流量控制器241的烟剂流量，保证当下作业橡胶树冠层的最佳受药效果。
(9)橡胶树第一阶段作业路径喷施作业结束后，施烟模块2暂停工作，系留模块1移动行进至下一阶段作业路径指定位置，继续重复进行步骤(5)至(8)操作，直至作业任务结束。
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做的改变、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 (7)
1.一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；
所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆；
所述喷头通过多自由度喷杆与高空储药箱连接，所述多自由度喷杆由相互垂直设置的第一喷杆和第二喷杆组成，所述第一喷杆至少设有两个，相邻的第一喷杆之间通过电动球头转向节连接；
所述第一喷杆通过电动球头转向节与第二喷杆连接；
所述喷头设有多个，均匀排列在第二喷杆上；所述喷头内部设置有流量控制器；
所述电动球头转向节内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头；
所述第二喷杆上的端部设有靶标施烟效果辅助测定传感器，该靶标施烟效果辅助测定传感器用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药信息；
所述喷施装置还包括喷施控制处理器，该喷施控制处理器与烟雾辅助催发器、电动球头转向节、流量控制器和靶标施烟效果辅助测定传感器电连接；
在工作状态下，所述第二喷杆竖立在橡胶树的树冠的侧面，多个喷头同时在不同的高度对橡胶树进行喷施。
2.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述无人车上设有后台控制模块，该后台控制模块用于接收无人机和喷施装置的工作数据，实时对接收到的数据信息进行处理分析，生成施烟作业处方图，规划施烟作业路径，确定多自由度喷杆实时展开姿态，控制喷烟压力与流量，确定各施药区域的烟剂喷施用量以及对烟剂飘移情况做出模拟评估；并控制喷施装置进行喷施工作以及控制无人车的行进和无人机的飞行。
3.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，还包括安全模块，该安全模块包括飞行安全传感器和环境安全传感器，其中，所述飞行安全传感器安装在无人机上，用于实时测定飞行高度、飞行速度、旋翼转速、机身俯仰角度、飞行电压、飞行路径以及周边障碍物信息飞行数据；
所述环境安全传感器分别设置在智能无人车和无人机上，用于实时测定作业区域空间内的气象信息与无人机周围的大气及旋翼气流扰动情况，所述飞行安全传感器监测到的飞行数据信息和环境安全传感器监测到的环境数据信息通过无线通讯的方式回传至后台控制模块。
4.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述无人车上设有若干个烟剂颗粒采样分析传感器，所述烟剂颗粒采样分析传感器水平朝上放置，该烟剂颗粒采样分析传感器上方为空旷无遮挡的空间。
5.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述系留线缆的内部设有用于输送烟剂的内管路和用于输送电能、电信号的外管路，所述内管路中设置有用于防治烟剂农药回流地面的单向烟气阀门；
所述外管路包裹在内管路之外，该外管路分隔成多个隔舱，多个隔舱分别用于收纳供电线、无损数据传输线、备用供电线、备用无损数据传输线和轻质高强度抗割索绳。
6.根据权利要求5所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述系留线缆连接在无人车的一端缠绕在绕放线器上，另一端通过紧急脱钩装置与无人机连接。
7.一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）施烟作业前，利用安装有激光雷达的遥感测绘无人机对作业橡胶林进行航空遥感图像信息采集，获取施药区域的遥感影像，构建作业区域内所有橡胶树的树形病理三维点云成像图，将遥感数据信息传送至控制模块；
（2）控制模块对接收到的遥感数据信息进行分析处理，规划形成施烟作业路径与施烟作业处方图，并确定多自由度喷杆的安装长度、初始喷施姿态以及喷头安装类型与数量；
（3）将喷施装置安装至无人机上，并安装系留线缆；
（4）无人机自无人车的顶部起降平台起飞至橡胶林第一阶段作业路径指定初始喷施位置悬停，喷施控制处理器伸展调节多自由度喷杆姿态；
所述喷头通过多自由度喷杆与高空储药箱连接，所述多自由度喷杆由相互垂直设置的第一喷杆和第二喷杆组成，所述第一喷杆至少设有两个，相邻的第一喷杆之间通过电动球头转向节连接；所述电动球头转向节内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头；
所述第一喷杆通过电动球头转向节与第二喷杆连接；所述喷头设有多个，均匀排列在第二喷杆上；所述喷头内部设置有流量控制器；所述第二喷杆上的端部设有靶标施烟效果辅助测定传感器，该靶标施烟效果辅助测定传感器用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药信息；
所述喷施装置还包括喷施控制处理器，该喷施控制处理器与烟雾辅助催发器、电动球头转向节、流量控制器和靶标施烟效果辅助测定传感器电连接；
在工作状态下，所述第二喷杆竖立在橡胶树的树冠的侧面，多个喷头同时在不同的高度对橡胶树进行喷施；
（5）无人车为无人机的高空储药箱供药，当烟剂农药储量检测传感器监测到药量达到高空储药箱量容积的50%时，喷施装置开始对橡胶树进行施烟作业，无人车在无人机的下方同步行进；
（6）控制模块实时对回传的传感器数据信息进行分析处理，结合施烟作业处方图及时修正无人车与无人机的行进作业参数，并根据地面烟剂颗粒采样分析传感器评估的烟剂农药脱靶情况、无人机周围的气流扰动情况以及橡胶树实际长势特点对喷施控制处理器下达控制指令，精准调整烟雾辅助催发器的喷施压力、多自由度喷杆布置姿态以及喷头流量控制器的烟剂流量，保证当下作业橡胶树冠层的最佳受药效果；
（7）橡胶树第一阶段作业路径喷施作业结束后，喷施装置暂停工作，无人机和无人车移动行进至下一阶段作业路径指定位置，继续重复进行步骤（4）至（6）操作，直至全部喷施作业任务结束。
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Citations (6)
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Patent Citations (6)
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| CN206933109U (zh) * | 2017-07-25 | 2018-01-30 | 河南亿诺航空科技有限公司 | 无人机农药喷洒装置 |
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