一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及無人機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，特別涉及一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前高昂的人工成本和日愈增大的種地面積下，農(nóng)戶對(duì)農(nóng)田作業(yè)機(jī)械化的需求 越來越高，而植保無人機(jī)成為一種質(zhì)量好、效率高、對(duì)人體危害低的作業(yè)機(jī)械。從上世紀(jì)80 年代的日本開始，無人機(jī)應(yīng)用于農(nóng)作物噴粉等工作，現(xiàn)在已經(jīng)成為植保無人機(jī)應(yīng)用的典范。
[0003] 目前植保無人機(jī)在田間的飛行速度并不均勻，而噴藥速度保持不變，在起飛和轉(zhuǎn) 彎過程中都需要一段速度較慢持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的加速情況，使得在這段時(shí)間內(nèi)在飛機(jī)下方形 成一塊過度噴撒的區(qū)域，同時(shí)在某些速度較快的地方則形成欠噴灑區(qū)域。
[0004] 為了解決上述問題，有研宄者提出了一種可以控制噴藥量的無人機(jī)，公布號(hào)CN 104041477 A的專利文獻(xiàn)公開了一種遙控飛行植保無人機(jī)噴藥系統(tǒng)，包括電子調(diào)節(jié)器，電子 調(diào)節(jié)器的電源端外接電池，電子調(diào)節(jié)器的輸入端與信號(hào)接收器電連接，電子調(diào)節(jié)器的輸出 端與打藥泵的電源端電連接，打藥泵的輸入端接有吸液管，吸液管端布置于藥液桶中，打藥 泵的輸出端通過藥液輸送管與噴藥裝置連接，信號(hào)接收器與遙控器無線連接。本實(shí)用新型 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，通過電子調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)供給打藥泵的電量，在飛機(jī)飛行速度的改變的同時(shí)， 打藥泵吸取的藥液量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)噴藥裝置藥液量的供給變化。
[0005] 上述無人機(jī)通過外來遙控信號(hào)來調(diào)節(jié)噴藥量，雖然可以對(duì)噴藥量進(jìn)行一定程度的 調(diào)節(jié)，但是，由于外來的遙控信號(hào)的準(zhǔn)確性卻很難控制，為此，為了提高調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，又有 研宄者提出了一種無人機(jī)噴藥方法，公布號(hào)CN 102591302 A的專利文獻(xiàn)公開了一種無人機(jī) 噴灑農(nóng)藥的作業(yè)方法，所述方法包括如下步驟：計(jì)算噴灑系統(tǒng)參數(shù)W、K及單位面積的噴灑 藥量P，并通過地面站傳輸?shù)綗o人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中；GPS模塊獲取無人機(jī)的飛行速度V ; 飛行控制系統(tǒng)根據(jù)噴灑系統(tǒng)參數(shù)W、K、單位面積的噴灑藥量P及飛行速度V計(jì)算出液泵控 制電壓U ;液泵控制電壓U驅(qū)動(dòng)液泵工作，并通過噴頭將農(nóng)藥噴灑出去。該作業(yè)方法可根據(jù) 不同農(nóng)作物的特點(diǎn)、農(nóng)藥種類、農(nóng)藥稀釋比例、單位面積的噴灑藥量P并結(jié)合無人機(jī)的飛行 速度V，精確計(jì)算出液泵控制電壓U，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴灑流量的精確控制，從而使得單位面積上的 農(nóng)藥噴灑量均勻一致，提高了無人機(jī)噴灑農(nóng)藥的適應(yīng)性，有效地減少了農(nóng)藥的浪費(fèi)及對(duì)環(huán) 境的污染。
[0006] 但是通過GPS檢測(cè)到的飛行速度有誤差較大，在實(shí)際應(yīng)用中效果并不理想，為此， 有必要對(duì)無人機(jī)的飛行速度的測(cè)定做更進(jìn)一步的研宄。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型提出了一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，提高農(nóng)藥噴灑的均勻度，避免農(nóng) 藥過度噴灑對(duì)植株的傷害以及欠噴造成效果不達(dá)標(biāo)。
[0008] 一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，包括機(jī)身和安裝在機(jī)身上的噴藥系統(tǒng)，以及根據(jù)機(jī) 身飛行速度控制噴藥系統(tǒng)噴藥量的控制系統(tǒng)，所述噴藥系統(tǒng)中設(shè)有沿機(jī)身橫向排布的多組 噴嘴，各組噴嘴的噴藥量獨(dú)立受控于所述控制系統(tǒng)。
[0009] 通過光流傳感器可以同時(shí)測(cè)試機(jī)身的線速度和旋轉(zhuǎn)角速度，在轉(zhuǎn)彎過程中，機(jī)身 各部分的飛行線速度不同，如果此時(shí)仍按同一噴藥流量進(jìn)行噴灑，仍會(huì)造成一定程度的噴 灑不均勻。因此，本實(shí)用新型為了進(jìn)一步提高本實(shí)用新型的噴灑均勻性，將各組噴嘴的噴藥 量獨(dú)立受控于所述控制系統(tǒng)，根據(jù)各組噴嘴所在的機(jī)身速度來調(diào)節(jié)噴藥量，從而提高無人 機(jī)在轉(zhuǎn)彎過程中噴灑的均勻性。用來確定無人機(jī)處于轉(zhuǎn)彎的方式很多，其中最簡(jiǎn)單的方法 是人為判斷無人機(jī)在轉(zhuǎn)彎，然后通過傳遞無線信號(hào)的方式，將噴藥量的信號(hào)傳遞至控制系 統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別控制各組噴嘴進(jìn)行不等量的噴灑。
[0010] 為了便于控制和調(diào)節(jié)噴藥量，優(yōu)選的，所述噴藥系統(tǒng)包括至少兩套噴藥單元，每套 噴藥單元包括藥箱、噴桿以及將藥液自藥箱輸送至噴桿的輸液泵，所述噴桿上設(shè)有其中一 組噴嘴。
[0011] 控制噴藥量的方式很多，例如可以直接調(diào)節(jié)噴嘴的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié) 方式的準(zhǔn)確性不高，因此，為了更準(zhǔn)確地控制噴藥量，優(yōu)選的，所述輸液泵通過電路接入并 受控于所述控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)一組噴嘴的噴藥量。通過控制輸液泵來控制噴藥量，精 度高，技術(shù)成熟，且容易通過電信號(hào)控制。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，優(yōu)選的，所述機(jī)身上設(shè)有用于檢測(cè)機(jī)身橫向不同位置飛行線 速度的傳感器，用以向位置對(duì)應(yīng)的一組噴嘴發(fā)送噴藥量控制信號(hào)。
[0013] 為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，優(yōu)選的，所述傳感器為安裝在機(jī)身的下方的光流傳感器。光流傳感 器可以同時(shí)測(cè)試機(jī)身的飛行線速度和角速度，從而可以通過計(jì)算得到機(jī)身各部位的當(dāng)前線 速度。
[0014] 為了減少鏡頭的視線干擾，優(yōu)選的，所述光流傳感器的鏡頭朝向機(jī)身的正下方。
[0015] 為了便于計(jì)算，減小計(jì)算誤差，優(yōu)選的，所述光流傳感器的鏡頭安裝在機(jī)身的中心 軸上。鏡頭在拍攝過程中，畫面的中心位置一直對(duì)應(yīng)在機(jī)身的中心軸上，因此，可以簡(jiǎn)化通 過特定點(diǎn)計(jì)算機(jī)身的飛行線速度和角速度的過程。
[0016] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0017] 本實(shí)用新型的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)以及方法，可以有效提高農(nóng)藥噴灑的均勻 度，避免農(nóng)藥過度噴灑對(duì)植株的傷害或欠噴造成噴藥效果不達(dá)標(biāo)，保證植株正常生長(zhǎng)，還降 低了農(nóng)藥的使用量，節(jié)約成本；并且實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，提高了自動(dòng)化水平，降低了操作難度。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的無人機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的無人機(jī)底部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明的鏡頭拍攝的高刷新率的數(shù)據(jù)樣式圖。
[0021] 圖4為控制系統(tǒng)的線路布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1?4所示，本實(shí)施例的無人機(jī)包括機(jī)身1和安裝在機(jī)身1上的鏡頭21朝下 用于檢測(cè)無人機(jī)的飛行速度的光流傳感器2,噴藥系統(tǒng)3,根據(jù)機(jī)身飛行速度控制噴藥系統(tǒng) 3噴藥量的控制系統(tǒng)4以及顯示當(dāng)前流量的顯示系統(tǒng)5。
[0023] 本實(shí)施例中，無人機(jī)的機(jī)身1為單旋翼的無人機(jī)，也可以采用多旋翼式的無人機(jī)。
[0024] 光流傳感器2位于機(jī)身1下方，由ADNS3080配合一個(gè)鏡頭21設(shè)計(jì)而成，安裝在機(jī) 身1的中心軸11上，鏡頭21朝下布置。光流傳感器2通過自穩(wěn)云臺(tái)22與機(jī)身1連接，自 穩(wěn)云臺(tái)22與機(jī)身1通過軟彈性硅膠小球23相連接，減少機(jī)身低頻震動(dòng)對(duì)光流傳感器2的 干擾。
[0025] 噴藥系統(tǒng)3包括兩套噴藥單元，每套噴藥單元包括藥箱31、噴桿32以及將藥液自 藥箱31輸送至噴桿32的輸液泵33,噴桿32上設(shè)有一組噴嘴34,兩噴桿32結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱 布置在機(jī)身1的中心軸11的兩側(cè)，輸液泵33采用直流齒輪泵。其中，藥箱可以共用，這樣 就不會(huì)因?yàn)楦魉幭鋬?nèi)藥液量的變化而印象機(jī)身平衡，可以更好地保持機(jī)身平衡。也可以將 兩個(gè)藥箱通過管路匯總后再進(jìn)行供液，也可以達(dá)到保持機(jī)身平衡的效果?？刂葡到y(tǒng)4分別 控制輸液泵33的轉(zhuǎn)速來控制各噴藥單元的噴藥量。
[0026] 控制系統(tǒng)4為MCU，采用ArduinoUno,光流傳感器2通過SPI串行總線與 ArduinoUno通信；顯示系統(tǒng)5包括安裝板51，顯示屏52,以及調(diào)節(jié)單位面積噴藥量的 兩個(gè)按鍵53,模式切換鍵54,返回鍵55,四個(gè)按鍵分別與ArduinoUno的GPIO 口相連， ArduinoUno采集按鍵開關(guān)產(chǎn)生的高沿次數(shù)進(jìn)行累加，顯示屏52采用IXD1602, ArduinoUno 通過數(shù)據(jù)總線與IXD1602通訊。
[0027] ArduinoUno與各輸液泵33的高頻直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板35以及ADNS3080的電路連接 如圖4所示。
[0028] 還設(shè)有霍爾元件6組成的流量傳感器測(cè)量噴藥系統(tǒng)3的總流量，并直接顯示在 IXD1062上?；魻栐c流量關(guān)系為，：
[0029] F = 0· 222*SpinCount+320. 7
[0030] 刷新周期為25ms，其中F為單位時(shí)間內(nèi)流量，SpinCount為霍爾傳感器在單位時(shí)間 內(nèi)產(chǎn)生的高沿?cái)?shù)，上述流量與高沿?cái)?shù)的關(guān)系式由如下數(shù)據(jù)擬合曲線得到：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，包括機(jī)身和安裝在機(jī)身上的噴藥系統(tǒng)，w及根據(jù)機(jī)身 飛行速度控制噴藥系統(tǒng)噴藥量的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述噴藥系統(tǒng)中設(shè)有沿機(jī)身橫向 排布的多組噴嘴，各組噴嘴的噴藥量獨(dú)立受控于所述控制系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述噴藥系統(tǒng)包括至少 兩套噴藥單元，每套噴藥單元包括藥箱、噴桿W及將藥液自藥箱輸送至噴桿的輸液累，所述 噴桿上設(shè)有其中一組噴嘴。
3. 如權(quán)利要求2所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述輸液累通過電路接 入并受控于所述控制系統(tǒng)，用W調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)一組噴嘴的噴藥量。
4. 如權(quán)利要求1所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述機(jī)身上設(shè)有用于檢 測(cè)機(jī)身橫向不同位置飛行線速度的傳感器，用W向位置對(duì)應(yīng)的一組噴嘴發(fā)送噴藥量控制信 號(hào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述傳感器為安裝在機(jī) 身的下方的光流傳感器。
6. 如權(quán)利要求5所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述光流傳感器的鏡頭 朝向機(jī)身的正下方。
7. 如權(quán)利要求6所述的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，其特征在于，所述光流傳感器的鏡頭 安裝在機(jī)身的中屯、軸上。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)，包括機(jī)身和安裝在機(jī)身上的噴藥系統(tǒng)，以及根據(jù)機(jī)身飛行速度控制噴藥系統(tǒng)噴藥量的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述噴藥系統(tǒng)中設(shè)有沿機(jī)身橫向排布的多組噴嘴，各組噴嘴的噴藥量獨(dú)立受控于所述控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的變量噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)以及方法，可以有效提高農(nóng)藥噴灑的均勻度，避免農(nóng)藥過度噴灑對(duì)植株的傷害或欠噴造成噴藥效果不達(dá)標(biāo)，保證植株正常生長(zhǎng)，還降低了農(nóng)藥的使用量，節(jié)約成本；并且實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，提高了自動(dòng)化水平，降低了操作難度。
【IPC分類】B64D1-18, A01M7-00
【公開號(hào)】CN204279954
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420692449
【發(fā)明人】何勇, 張艷超, 劉飛
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日