CN206297735U - 一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，设有平衡控制器和平衡执行机构，所述平衡控制器设有控制单元和姿态传感器，所述姿态传感器与所述控制单元连接，安装在飞行植保机的机身上，用于检测机身的飞行姿态信息。所述平衡执行机构包括喷杆俯仰角度调节机构和喷杆横滚角度调节机构。本实用新型可以根据飞行植保机的飞行姿态实时的调节喷杆的横滚或俯仰角度，使喷杆维持在预设的对地初始状态，和作物冠层面尽量保持齐平，促使药剂喷洒均匀，以避免重喷或漏喷的现象发生，且本实用新型喷杆主动平衡装置易于实施，适合推广使用。

Description

一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置

技术领域

本实用新型属于农林业航空机械技术领域，具体涉及一种喷杆主动平衡装置。

背景技术

在航空喷洒作业中，农用遥控飞行植保机上喷杆是用于安装和承载喷头的关键部件,喷杆的长度、安装参数（位置、角度、水平度等）对喷洒有效幅宽甚至药液雾滴的沉积分布效果等有着直接影响。一般情况下，农用遥控飞行植保机机载喷洒装置在使用前，需要通过试验测试，确定最佳的喷杆长度、喷杆安装位置、喷头安装角度等，同时在实际作业中，希望喷杆保持预先设定好的状态（水平状态），以保证最佳的喷雾效果。

由于航空植保装备的载荷限制，目前航空施药多采用低量或超低量、高浓度喷洒方式，药液的漏喷尤其是重喷现象会导致比地面机具更严重的后果，而现有的航空喷洒装备上的喷杆大都是固定在起落架上或药箱上，在安装设计中（地面），喷杆与机身保持水平状态，但是在实际作业中以下主要几个因素会导致机身不能与地面保持水平，从而导致喷杆与作物冠层面不能保持水平：1）航空施药装备作业前进或后退飞行中，机身随着旋翼面会有向前（后）一定角度的倾（仰）角，导致喷杆前倾（后仰），预先设定好的喷头角度发生改变，影响喷洒均匀性；2）飞行作业中受到持续侧风或者阵风作用影响，会导致机身倾斜，固定在机身的喷杆也会随之倾斜，引起喷洒不均匀；3）由于航空施药装备自身的飞行中的振动引起的机身倾斜，或在地面装配时重心配置、操控等因素引起的机身不水平等。以图1、2所示，图1中喷杆、喷头的安装位置预先设置好，设置中在一定喷洒高度h和旋翼下洗气流的作用下，喷杆水平情况下能够实现药液预定幅宽的均匀喷洒，当有因素引起喷杆的姿态不能保持水平状态时，会出现图2所示意所出现的漏喷和重喷的现象,引起达不到防效和药害的严重后果。

实用新型内容

为了避免无人植保机飞行过程中各因素造成喷杆振（晃）动，而引起的漏喷和重喷现象，本实用新型设计了一种喷杆主动平衡装置，可解决传统航空植保作业中喷洒装备上喷杆的平衡姿态不能主动调节问题，支撑农业航空植保装备发展。

为了实现上述技术目的，本实用新型公开的技术方案为：

一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，包括平衡控制器和平衡执行机构：

所述平衡控制器设有控制单元和姿态传感器，所述姿态传感器安装在飞行植保机的机身上，用于检测机身的飞行姿态信息，并与所述控制单元连接；

所述平衡执行机构包括喷杆俯仰角度调节机构和喷杆横滚角度调节机构，所述喷杆俯仰角度调节机构包括第一电机和第一电机安装座，所述喷杆横滚角度调节机构包括第二电机和第二电机安装座，所述第一、第二电机分别与所述控制单元连接，第一电机固定在第一电机安装座上，所述第一电机安装座与机身连接，第一电机的动力输出端与第二电机安装座传动连接，控制第二电机安装座发生横滚转动，所述第二电机固定在第二电机安装座上，所述喷杆通过轴承与第二电机安装座连接，喷杆安装在所述轴承的内圈中，轴承外圈安装在第二电机安装座上，所述喷杆上设有固定的同轴齿轮，所述第二电机的动力输出端通过齿轮与所述同轴齿轮啮合，控制喷杆的俯仰转动。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述第二电机安装座与一传动齿轮轴固定连接，第一电机的动力输出端通过齿轮与所述传动齿轮轴传动连接。

所述第一、第二电机均优选采用步进电机。

如上所述农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置的调节方法，过程如下：

一）预先设定喷杆在遥控飞行植保机机身上的安装位置和喷头的安装角度；

二）将遥控飞行植保机静置于水平地面上，启动所述主动平衡装置，初始化姿态传感器；

三）通过控制单元读取并记录姿态传感器在初始化状态时获得的机身俯仰、横滚姿态角信息，以喷杆此时的对地状态为初始状态，并以所述初始状态作为喷洒作业中对喷杆进行平衡调节的目标状态，操作遥控飞行植保机起飞和喷洒作业；

四）在喷洒作业中，通过控制单元读取姿态传感器发送的信号，判断机身飞行姿态，计算出喷杆当下对地状态与对地初始状态的偏差角度，并确定纠正方向，根据所述偏差角度与相应步进电机步进角、相应传动机构传动比的关系，计算出向步进电机驱动器输出的调节脉冲数量；

五）根据步骤四）的计算结果，由控制单元发出调节脉冲至步进电机驱动器，驱动相应步进电机转动到一定角度，通过相应传动机构调节喷杆的俯仰和/或横滚角，纠正喷杆的姿态偏差，将喷杆调节至所述目标状态，完成平衡调节；

六）喷洒过程中，重复步骤四）至步骤五）的过程，直至一次航空施药作业结束。

所述步骤六）中，可根据预设的时间周期，在每个时间周期内重复一次步骤四）至步骤五）的过程。也可在控制单元检测到姿态传感器发送信号发生变化时，即重复一次步骤四）至步骤五）的过程。

有益效果：

本实用新型可以根据飞行植保机的飞行姿态实时的调节喷杆的横滚或俯仰角度，使喷杆维持在预设的对地初始状态，和作物冠层面尽量保持齐平，促使药剂喷洒均匀，以避免重喷或漏喷的现象发生，且本实用新型喷杆主动平衡装置易于实施，适合推广使用。

附图说明

图1为现有技术状态一的示意图；

图2为现有技术状态二的示意图；

图3为本实用新型喷杆主动平衡装置的结构示意图；

图4为本实用新型喷杆主动平衡装置的控制电路示意图；

图5为本实用新型喷杆主动平衡装置的工作流程示意图。

具体实施方式

如图3所示的一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，由平衡控制器和平衡执行机构等部件组成。

所述平衡控制器包括控制单元和姿态传感器：

所述控制单元可采用单片机或其它具有数据采集、处理等功能的控制单元，本实施例中所述控制单元为单片机，所述单片机由中央处理器（CPU）及相应的外围电路构成，所述外围电路包括必要的电压输入输出、电压转化、数据采集与信号输出、光电隔离等电路模块。在农用无人植保机作业飞行过程中，中央处理器不断采集姿态传感器获取的机身俯仰角、横滚角等飞行姿态信息，作为补偿调节的依据，给平衡执行机构输出控制信号，以完成喷杆的自平衡调节。

所述姿态传感器与所述控制单元连接，姿态传感器安装在飞行植保机的机身下部，用于检测机身的飞行姿态。

所述平衡执行机构包括喷杆俯仰角度调节机构和喷杆横滚角度调节机构，所述喷杆俯仰角度调节机构包括第一电机2和第一电机安装座1，所述喷杆横滚角度调节机构包括第二电机4和第二电机安装座3，所述第一、第二电机分别与所述控制单元连接。

所述第一电机2固定在第一电机安装座1上，第一电机安装座1与飞行植保机的机身连接，所述第二电机安装座3安装在喷杆6的中部。第二电机安装座3固定在一传动齿轮轴上（未图示），第一电机2的动力输出端通过与所述传动齿轮轴啮合的齿轮带动第二电机安装座3及喷杆以机身纵向中线为中心发生横滚转动，所述第二电机4固定在第二电机安装座3上，所述喷杆6通过两个轴承与第二电机安装座3连接，喷杆6安装在所述轴承的内圈中，轴承外圈安装在第二电机安装座3上，所述喷杆6上设有固定的同轴齿轮5，所述第二电机4的动力输出端通过齿轮与所述同轴齿轮啮合，以控制喷杆6的俯仰转动。第二电机安装座3上可在其左右两侧对称地设置两个第二电机4，以保障平衡调节的稳定性，如图4所示。

本实施例中，所述第一电机、第二电机均为步进电机，姿态传感器采用电子陀螺仪。

用于如上所述农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置的调节方法，如图5所示，过程如下：

一）在实际航空施药作业之前，根据所需的喷洒飞行高度、飞行速度、亩施药量、有效喷幅等信息及气压、风速等环境因素，预先设定好喷杆在遥控飞行植保机机身上的安装位置和喷头的安装角度；

二）将遥控飞行植保机静置于水平地面上，启动所述主动平衡装置，初始化电子陀螺仪，设此时电子陀螺仪的初始化俯仰角α、横滚角β为0°，“俯态”α角为正值，“仰态”α角为负值，“左向横滚态”β角为正值，“右向横滚态”β角为负值；

三）通过控制单元读取并记录电子陀螺仪在初始化状态时获得的机身俯仰、横滚姿态角信息，同时设定第一、第二步进电机的角位移为0°，以喷杆此时的对地状态（相对地面的俯仰角、横滚角）为初始状态，并以所述初始状态作为喷洒作业中对喷杆进行平衡调节的目标状态，操作遥控飞行植保机起飞、喷洒作业；

四）在喷洒作业中，通过控制单元实时采集电子陀螺仪发送的信号，判断机身飞行姿态，当机身由于振动或其他因素引起陀螺仪的姿态角度发生变化时，电子陀螺仪俯仰角α、横滚角β发生变化，根据喷杆与机身的相对空间位置关系，中央处理器计算出喷杆当下对地状态与对地初始状态的偏差角度，并确定纠正方向（即判断喷杆处于“俯态”或“仰态”、“左向横滚态”或“右向横滚态”），根据所述偏差角度与相应步进电机步进角、相应传动机构传动比（如等速、减速或加速传动等）的关系，计算出向步进电机驱动器输出的调节脉冲数量；

五）根据步骤四）的计算结果，由控制单元发出调节脉冲至步进电机驱动器，驱动第一和/或第二步进电机的动力输出轴转动到一定角度，通过相应传动机构（齿轮轴和齿轮）调节喷杆的俯仰和/或横滚角，纠正喷杆的姿态偏差，将喷杆调节至所述目标状态，完成平衡调节；

六）喷洒过程中，可根据预设的时间周期，每个时间周期内重复一次步骤四）至步骤五）的过程，或者设置当控制单元检测到电子陀螺仪发送信号发生变化时，即重复一次步骤四）至步骤五）的过程，直至一次航空施药作业结束。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，包括平衡控制器和平衡执行机构：

所述平衡控制器设有控制单元和姿态传感器，所述姿态传感器安装在飞行植保机的机身上，用于检测机身的飞行姿态信息，并与所述控制单元连接；

所述平衡执行机构包括喷杆俯仰角度调节机构和喷杆横滚角度调节机构，所述喷杆俯仰角度调节机构包括第一电机和第一电机安装座，所述喷杆横滚角度调节机构包括第二电机和第二电机安装座，所述第一、第二电机分别与所述控制单元连接，第一电机固定在第一电机安装座上，所述第一电机安装座与机身连接，第一电机的动力输出端与第二电机安装座传动连接，控制第二电机安装座发生横滚转动，所述第二电机固定在第二电机安装座上，所述喷杆通过轴承与第二电机安装座连接，喷杆安装在所述轴承的内圈中，轴承外圈安装在第二电机安装座上，所述喷杆上设有固定的同轴齿轮，所述第二电机的动力输出端通过齿轮与所述同轴齿轮啮合，控制喷杆的俯仰转动。

2.根据权利要求1所述的一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，所述第二电机安装座与一传动齿轮轴固定连接，第一电机的动力输出端通过齿轮与所述传动齿轮轴传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，所述第一、第二电机均为步进电机。

4.根据权利要求1或2所述的一种农用遥控飞行植保机喷杆主动平衡装置，其特征在于，所述姿态传感器为电子陀螺仪。