CN116605427B - 一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法，涉及无人机技术领域，无人机包括机体以及多个旋翼，机体上装有液体箱和高压泵，旋翼下方装有朝下的喷头，喷头向远离机体中心线的方向倾斜，还包括测风机构和分配机构，测风机构包括支撑壳体以及位于支撑壳体内的横向的底板，所述底板中心固接有向上延伸的支撑杆，支撑杆的上端固接有空心球，用来检测风向和风力，分配机构将高压泵输出的高压液体分配至所有喷头，分配机构根据测风机构检测的风向和风力自动调节各个喷头，从而降低因侧向风导致的喷洒路径的变化，以便提高作业宽度，本发明动态响应时间短，调整快速，结构简单，节省药液，对农药喷洒用无人机的推广起到积极作用。

Description

一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是指一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法。

背景技术

植保无人机，又名农业无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台（固定翼、直升机、多轴飞行器）、导航飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或导航飞控，来实现喷洒作业。我国已成为全球农业无人机应用面积最大的国家，连续几年调查数据显示，航空植保统防统治效果比农民自防效果提高10％至20％，减少农药使用20％至30％，农药利用率提高10％以上。无人机在智能化飞控系统、喷洒系统、载药量等方面实现重大突破，加之农药制剂的发展，实现了“枪”与“子弹”的完美结合，推进了低空低量施药技术的进步。

植保无人机单趟作业宽度为4-8m，因此理论上10趟喷洒就可以实现40-80m的宽度范围，但是由于喷洒过程中存在自然风，且风速和风向频繁变化，会影响喷洒的路径以及喷洒的均匀性，因此为了防止自然风的影响，一般将喷头设置在旋翼下方，通过旋翼向下的风力使药液快速向下喷洒，降低侧向风的影响，但是这种设置会降低作业宽度。

由于侧向风会导致喷洒路径弯曲变化，为了防止漏喷，一般两次作业之间会有一定重叠部分，造成药液的浪费。

如果想增大作业宽度，就需要使喷头跟随侧向风进行相应调节，从而适应不断变化的风向和风力，使喷洒的路径保持接近直线。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，包括无人机，所述无人机包括机体以及沿机体中心线周向排布的多个旋翼，所述机体上装有液体箱和高压泵，旋翼下方装有朝下的喷头，所述喷头向远离机体中心线的方向倾斜，还包括安装在机体上的测风机构和分配机构，所述测风机构检测风向和风力，所述分配机构将高压泵输出的高压液体分配至所有喷头，所述分配机构根据测风机构检测的风向和风力，使无人机来风方向喷头的喷出量增大，无人机顺风方向喷头的喷出量减小。

作为优化，所述测风机构包括支撑壳体以及位于支撑壳体内的横向的底板，所述底板中心固接有向上延伸的支撑杆，支撑杆的上端固接有空心球，底板中心通过关节轴承与支撑壳体球铰连接，底板的上端面沿周向固接有多个与旋翼一一对应的压敏电阻，支撑壳体内设有与压敏电阻上端面贴合的压紧面。

作为优化，所述支撑壳体内装有橡胶板，所述橡胶板下端面贴合有多个与压敏电阻一一对应的下垫片，所述下垫片的下端面为压紧面。

作为优化，所述橡胶板上端面贴合有多个与下垫片一一对应的上垫片，支撑壳体上螺纹连接有压紧在上垫片上的调节螺钉。

作为优化，所述支撑壳体固接在机体上端，支撑杆的长度为30-60cm。

作为优化，所述分配机构包括密闭的分配箱，分配箱上开有与高压泵出口连通的进液口以及多个与喷头分别连通的出液口，所述出液口上装有调节机构，所述调节机构包括沿出液口径向滑接在分配箱内的滑动杆、将滑动杆向一端推动的伸缩电磁铁以及将滑动杆向另一端推动的弹簧，所述伸缩电磁铁与对应的压敏电阻串联设置，滑动杆上固接有贴合在出液口的封堵块。

作为优化，所述分配箱内固接有容滑动杆一端插入的导套，滑动杆另一端穿出分配箱与伸缩电磁铁的伸缩轴连接。

作为优化，所述高压泵位于液体箱侧面，分配机构位于高压泵下方。

作为优化，所述喷头与竖直方向的夹角为15度-55度。

一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置的使用方法，包括如下步骤：

a、无人机起飞后，通过高压泵将液体箱中的液体泵入分配机构，分配机构将高压泵输出的高压液体分配至所有喷头，并通过喷头向远离机体中心线的方向倾斜喷洒；

b、所述测风机构中的支撑杆和空心球承受侧向风力，并通过底板压紧压敏电阻，使来风方向的压敏电阻压力增大电阻减小，顺风方向的压敏电阻压力减小电阻增大，从而实现风向和风量的检测；

c、分配机构的伸缩电磁铁与对应的压敏电阻串联设置，由于顺风方向的压敏电阻的阻值增大，使对应伸缩电磁铁的电压减小，对应伸缩电磁铁的推力减小使封堵块向封堵出液口的方向移动，出液口流量减小，从而使顺风方向喷头的喷出量减小；

d、由于来风方向的压敏电阻的阻值减小，使对应伸缩电磁铁的电压增大，对应伸缩电磁铁的推力增大使封堵块向避让出液口的方向移动，出液口流量增大，从而使来风方向喷头的喷出量增大；

e、通过来风方向喷头的喷出量增大，顺风方向喷头的喷出量减小，抵消因侧向风导致的喷洒不均匀。

本发明的有益效果为：本发明的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置及其使用方法，本发明可以根据风向和风力的大小，自动调节各个喷头的喷出量，从而降低因侧向风导致的喷洒路径的变化，以便提高作业宽度，动态响应时间短，调整快速，结构简单，节省药液，增加的重量小，对农业植保无人机的续航影响较小。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明正视图；

图3为本发明测风机构内部结构示意图；

图4为本发明底板上端面示意图；

图5为本发明分配机构正视图；

图6为本发明图5中A-A面剖视图；

图7为本发明压敏电阻和伸缩电磁铁的电路示意图；

图中所示：

1、机体，2、旋翼，3、测风机构，4、分配机构，5、液体箱，6、高压泵，7、喷头，8、蓄电池，9、总管路，10、分配管路，31、支撑壳体，32、支撑杆，33、空心球，34、底板，35、压敏电阻，36、关节轴承，37、橡胶板，38、上垫片，39、下垫片，310、调节螺钉，41、分配箱，42、进液口，43、出液口，44、伸缩电磁铁，45、滑动杆，46、封堵块，47、弹簧，48、导套。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1~图7所示，本发明的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，包括无人机，所述无人机包括机体1以及沿机体1中心线周向排布的多个旋翼2，本实施例采用六翼无人机，也就是有六个旋翼2。

所述机体1上装有液体箱5和高压泵6，还装有蓄电池8，蓄电池8和液体箱5均为可拆卸结构。高压泵6的进口通过管路连通至液体箱5内部的底部，将液体箱5中的液体抽出，泵入喷头7实现喷洒。

所述高压泵6位于液体箱5侧面，蓄电池8位于液体箱5的另一侧。

旋翼2下方装有朝下的喷头7，本实施例中每个旋翼2下方装有两个喷头，两个喷头平行设置，增大喷洒量，因此共有12个喷头。

所述喷头7向远离机体1中心线的方向倾斜，因此12个喷头呈发散状向下喷洒，当喷洒量增大时，作业宽度大，喷洒量减小时，作业宽度也响应减小。本实施例中所述喷头7与竖直方向的夹角为15度-55度。

还包括安装在机体1上的测风机构3和分配机构4，所述测风机构3检测风向和风力，所述分配机构4将高压泵6输出的高压液体分配至所有喷头7，所述分配机构4根据测风机构3检测的风向和风力，使无人机来风方向喷头的喷出量增大，无人机顺风方向喷头的喷出量减小，来风方向喷头指的是相对于机体1来风方向的喷头，顺风方向喷头指的是相对于机体1顺风方向的喷头，侧向风从来风方向向顺风方向吹动。

由于存在侧向风时，会将喷洒出的水雾整体向顺风方向吹动，本发明将无人机来风方向喷头的喷出量增大，无人机顺风方向喷头的喷出量减小，从而将喷洒出的水雾整体向来风方向偏移，从而抵消因侧向风对水雾喷洒位置的影响，当风力越大，来风方向喷头的喷出量越大，顺风方向喷头的喷出量越小。

所述测风机构3包括支撑壳体31以及位于支撑壳体31内的横向的底板34，支撑壳体31为中空的圆柱形壳体，底板34为金属圆板，所述底板34中心固接有向上延伸的支撑杆32，支撑杆32穿过支撑壳体31且穿过孔大于支撑杆32的外径，便于支撑杆32的轻微摆动，支撑杆32的上端固接有空心球33。

底板34中心通过关节轴承36与支撑壳体31球铰连接，因此支撑杆32和空心球33受侧向风后会带动底板34发生轻微的倾斜，来风方向的底板34向上翘起，顺风方向的底板34向下倾斜。

底板34的上端面沿周向固接有多个与旋翼2一一对应的压敏电阻35，本实施例中设置六个压敏电阻35，分别对应六个旋翼2的喷头7，压敏电阻35与其相对应的旋翼2沿无人机的径向方向排布。

支撑壳体31内设有与压敏电阻35上端面贴合的压紧面。所述支撑壳体31内装有橡胶板37，所述橡胶板37下端面贴合有多个与压敏电阻35一一对应的下垫片39，下垫片39为硬质片，所述下垫片39的下端面为压紧面。压敏电阻35上端面贴合在下垫片39的下端面，因此当底板34发生轻微的倾斜时，压缩橡胶板37变形，来风方向的一个或者两个压敏电阻35位置压缩量最大，压敏电阻35的压力也最大，与其相邻的压敏电阻35压力也轻微变大；顺风方向的一个或者两个压敏电阻35位置压缩量最小，压敏电阻35的压力也最小，与其相邻的压敏电阻35压力也轻微变小，因此所有的压敏电阻35均会根据侧向风进行调整，从而使各个喷头均会根据侧向风来相应的调整喷出量，使整个喷出的水雾轨迹整体移动，保持喷洒均匀。

所述橡胶板37上端面贴合有多个与下垫片39一一对应的上垫片38，支撑壳体31上螺纹连接有压紧在上垫片38上的调节螺钉310，调节螺钉310设置有6个，分别对应6个压敏电阻35，通过旋转调节螺钉310可以调节每个压敏电阻35的初始压力值，从而便于调节所有压敏电阻至同一初始压力值。

所述支撑壳体31固接在机体1上端，应尽量位于机体1的中间位置。支撑杆32的长度为30-60cm，防止旋翼吸入风对支撑杆和空心球33的影响，并且有效对侧向风进行检测。

支撑杆32应采用刚度大，重量轻的材质制成，本实施例采用碳纤维杆制成，从而使刚度大，防止支撑杆32受风力弯曲，一旦弯曲量过大，会影响动态响应速度，并且弯曲后回位的摆动也容易使压敏电阻35的受压力发生波动。

空心球33采用空心塑料球，重量小体积大，为了节省加工成本，也可以直接采用乒乓球粘贴在支撑杆32的上端面，整个测风机构3其余的部件也应采用密度低、强度高的材质制成，从而降低重量，防止对续航有太大的影响。

分配机构4位于高压泵6下方，所述分配机构4包括密闭的分配箱41，分配箱41上开有与高压泵6出口连通的进液口42以及多个与喷头7分别连通的出液口43，如图5所示，所述进液口42通过总管路9与高压泵6出口连通，出液口43通过分配管路10与喷头连通。

为了根据压敏电阻35检测的风力和风向调节每个出液口43的出液量，所述出液口43上装有调节机构，所述调节机构包括沿出液口43径向滑接在分配箱41内的滑动杆45、将滑动杆45向一端推动的伸缩电磁铁44以及将滑动杆45向另一端推动的弹簧47，所述分配箱41内固接有容滑动杆45一端插入的导套48，对滑动杆45的端部起到导向作用，滑动杆45另一端穿出分配箱41与伸缩电磁铁44的伸缩轴连接，弹簧47套在滑动杆45上，一端顶在导套48上，另一端顶在封堵块46上，滑动杆45上固接有贴合在出液口43的封堵块46。封堵块46贴合在出液口43，当封堵块46沿出液口43径向移动时，封堵一定的出液口43 ，从而根据封堵量来调节出液口43的出液量。伸缩电磁铁44将封堵块46向增大出液口43的方向推动，伸缩电磁铁44为直流电磁铁，因此当伸缩电磁铁44的电压增大时，封堵块46压缩弹簧47的量增大，出液口43的出液量增大。

调节机构的各部件应采用高强度低密度材料制成，以降低重量，封堵块46为空心结构，也是为了降低重量，防止对无人机的续航造成太大影响。

所述伸缩电磁铁44与对应的压敏电阻35串联设置， 如图7所示，伸缩电磁铁44与对应的压敏电阻35串联成串联电路，6个串联电路并联设置，且与蓄电池电性连接，因此每个串联电路的总电压值固定，当压敏电阻35的阻值减小时，其串联的伸缩电磁铁44的电压增大。

由于6个压敏电阻均会根据风向和风力变化，因此6个旋翼对应的喷头的喷出量均会相应调整，来风方向的一个或者两个旋翼对应的喷头喷出量最大，与其相邻的旋翼对应的喷头喷出量也轻微增大，顺风方向的一个或者两个旋翼对应的喷头喷出量最小，与其相邻的旋翼对应的喷头喷出量也轻微减小，从而使喷出轨迹整体平移。

一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置的使用方法，包括如下步骤：

a、无人机起飞后，通过高压泵6将液体箱5中的液体泵入分配机构4，分配机构4将高压泵6输出的高压液体分配至所有喷头7，并通过喷头7向远离机体1中心线的方向倾斜喷洒；

b、所述测风机构3中的支撑杆32和空心球33承受侧向风力，并通过底板34压紧压敏电阻35，使来风方向的压敏电阻35压力增大电阻减小，顺风方向的压敏电阻35压力减小电阻增大，从而实现风向和风量的检测；

c、分配机构4的伸缩电磁铁44与对应的压敏电阻35串联设置，由于顺风方向的压敏电阻35的阻值增大，使对应伸缩电磁铁44的电压减小，对应伸缩电磁铁44的推力减小使封堵块46向封堵出液口43的方向移动，出液口43流量减小，从而使顺风方向喷头的喷出量减小；

d、由于来风方向的压敏电阻35的阻值减小，使对应伸缩电磁铁44的电压增大，对应伸缩电磁铁44的推力增大使封堵块46向避让出液口43的方向移动，出液口43流量增大，从而使来风方向喷头的喷出量增大；

e、通过来风方向喷头的喷出量增大，顺风方向喷头的喷出量减小，抵消因侧向风导致的喷洒不均匀。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，包括无人机，所述无人机包括机体（1）以及沿机体（1）中心线周向排布的多个旋翼（2），所述机体（1）上装有液体箱（5）和高压泵（6），旋翼（2）下方装有朝下的喷头（7），其特征在于：所述喷头（7）向远离机体（1）中心线的方向倾斜，还包括安装在机体（1）上的测风机构（3）和分配机构（4），所述测风机构（3）检测风向和风力，所述分配机构（4）将高压泵（6）输出的高压液体分配至所有喷头（7），所述分配机构（4）根据测风机构（3）检测的风向和风力，使无人机来风方向喷头的喷出量增大，无人机顺风方向喷头的喷出量减小；

所述测风机构（3）包括支撑壳体（31）以及位于支撑壳体（31）内的横向的底板（34），所述底板（34）中心固接有向上延伸的支撑杆（32），支撑杆（32）的上端固接有空心球（33），底板（34）中心通过关节轴承（36）与支撑壳体（31）球铰连接，底板（34）的上端面沿周向固接有多个与旋翼（2）一一对应的压敏电阻（35），支撑壳体（31）内设有与压敏电阻（35）上端面贴合的压紧面；

所述分配机构（4）包括密闭的分配箱（41），分配箱（41）上开有与高压泵（6）出口连通的进液口（42）以及多个与喷头（7）分别连通的出液口（43），所述出液口（43）上装有调节机构，所述调节机构包括沿出液口（43）径向滑接在分配箱（41）内的滑动杆（45）、将滑动杆（45）向一端推动的伸缩电磁铁（44）以及将滑动杆（45）向另一端推动的弹簧（47），所述伸缩电磁铁（44）与对应的压敏电阻（35）串联设置，滑动杆（45）上固接有贴合在出液口（43）的封堵块（46）。

2.根据权利要求1所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述支撑壳体（31）内装有橡胶板（37），所述橡胶板（37）下端面贴合有多个与压敏电阻（35）一一对应的下垫片（39），所述下垫片（39）的下端面为压紧面。

3.根据权利要求2所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述橡胶板（37）上端面贴合有多个与下垫片（39）一一对应的上垫片（38），支撑壳体（31）上螺纹连接有压紧在上垫片（38）上的调节螺钉（310）。

4.根据权利要求1所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述支撑壳体（31）固接在机体（1）上端，支撑杆（32）的长度为30-60cm。

5.根据权利要求1所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述分配箱（41）内固接有容滑动杆（45）一端插入的导套（48），滑动杆（45）另一端穿出分配箱（41）与伸缩电磁铁（44）的伸缩轴连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述高压泵（6）位于液体箱（5）侧面，分配机构（4）位于高压泵（6）下方。

7.根据权利要求1所述的一种基于农业植保无人机的雾化喷射装置，其特征在于：所述喷头（7）与竖直方向的夹角为15度-55度。

8.一种权利要求1所述基于农业植保无人机的雾化喷射装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、无人机起飞后，通过高压泵（6）将液体箱（5）中的液体泵入分配机构（4），分配机构（4）将高压泵（6）输出的高压液体分配至所有喷头（7），并通过喷头（7）向远离机体（1）中心线的方向倾斜喷洒；

b、所述测风机构（3）中的支撑杆（32）和空心球（33）承受侧向风力，并通过底板（34）压紧压敏电阻（35），使来风方向的压敏电阻（35）压力增大电阻减小，顺风方向的压敏电阻（35）压力减小电阻增大，从而实现风向和风量的检测；

c、分配机构（4）的伸缩电磁铁（44）与对应的压敏电阻（35）串联设置，由于顺风方向的压敏电阻（35）的阻值增大，使对应伸缩电磁铁（44）的电压减小，对应伸缩电磁铁（44）的推力减小使封堵块（46）向封堵出液口（43）的方向移动，出液口（43）流量减小，从而使顺风方向喷头的喷出量减小；

d、由于来风方向的压敏电阻（35）的阻值减小，使对应伸缩电磁铁（44）的电压增大，对应伸缩电磁铁（44）的推力增大使封堵块（46）向避让出液口（43）的方向移动，出液口（43）流量增大，从而使来风方向喷头的喷出量增大；

e、通过来风方向喷头的喷出量增大，顺风方向喷头的喷出量减小，抵消因侧向风导致的喷洒不均匀。