CN104977935A - 一种旋翼无人机风场静电喷药装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空中喷药技术领域，具体公开了一种旋翼无人机风场静电喷药装置，包括旋翼无人机以及所述旋翼无人机设有的用于探测作物位置数据的超声传感器、用于探测地形数据的激光传感器、用于测量所述旋翼无人机机下风场数据的风速传感器、用于进行静电喷药的静电喷药器、用于接收信号并控制所述旋翼无人机的控制器。本发明能实现根据地形灵活调节飞机高度，实现距作物冠层的相对距离不变，并根据机下风场调整喷雾压力和雾滴大小，有效地提高了空中喷药的作业精度。
Description
技术领域
本发明涉及空中喷药控技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机风场静电喷药装置及方法。
背景技术
飞机喷药由于其速度快、效率高、喷药面积大和喷药效果好等优点已经广泛的应用于农业喷药中，尤其使遥控无人机喷药，其中，旋翼无人机相对于一般的无人机，其起飞不受跑道限制，空中姿态更加灵活，所以也更适合进行空中喷药。但是，目前的旋翼无人机空中喷药通常都由人工操作，不够智能化，不能根据不同的天气状况和地形情况进行有效的喷药，影响了喷药的效果，造成了药液的浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中的旋翼无人机喷药不够智能化且喷药效果差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种旋翼无人机风场静电喷药装置，包括旋翼无人机以及所述旋翼无人机设有的用于探测作物位置数据的超声传感器、用于探测地形数据的激光传感器、用于测量所述旋翼无人机机下风场数据的风速传感器、用于进行静电喷药的静电喷药器、用于接收信号并控制所述旋翼无人机的控制器。
优选地，所述静电喷药器包括静电喷嘴、静电杆、静电脉冲高压器、变量喷药系统和药箱。
优选地，所述旋翼无人机设有用于拍摄病害光谱的高光谱传感器。
优选地，所述旋翼无人机设有GPS接收天线和无线接收天线。
本发明还提供了一种旋翼无人机风场静电喷药方法，所述方法的步骤包括：
S1.旋翼无人机通过超声传感器探测作物位置数据，通过激光传感器得到地形仿真数据，超声传感器和激光传感器将采集的数据发送给控制器；
S2.控制器根据其接收的作物位置数据和地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度，以使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度；
S3.旋翼无人机通过风速传感器测量旋翼无人机机下风场数据，风速传感器将采集的数据发送给控制器；
S4.控制器根据其接收的机下风场数据控制变量喷药系统，调节喷雾压力和雾滴大小并与风速匹配；
S5.控制器根据雾滴大小控制静电脉冲高压器，产生匹配的脉冲电荷；
S6.旋翼无人机采用上述的喷药高度、喷雾压力、雾滴大小和脉冲电荷进行静电喷药。
优选地，所述超声传感器在旋翼无人机飞行过程中根据超声信号发射和接收的时间间隔以及旋翼无人机的飞行速度计算出旋翼无人机的飞行距离，从而计算出旋翼无人机距离作物冠层的高度，控制器根据计算得到的高度通过控制发动机的转速使旋翼无人机达到指定的喷药高度，所述喷药高度为0.5m-1.5m。
优选地，所述激光传感器发射120°的激光扇面，探测地形数据，通过接受激光反射光得出地形三维数据，并对数据进行地形仿真，得到地形仿真数据，控制器根据地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度，使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度。
优选地，所述风速传感器自动测量旋翼无人机机下风场大小和自然风的大小，控制器根据自然风的风向夹角调节喷药的喷射方向，控制器根据风速值得大小变量调节喷雾压力和雾滴大小，以使喷射出的药液雾滴能够到达作物叶片。
优选地，所述控制器根据雾滴大小调节静电脉冲高压器，产生匹配的150kv-250kv的脉冲电荷，并通过荷电传感器检测雾滴带电量，反馈给控制器，进行雾滴荷电的精确调节。
优选地，旋翼无人机通过高光谱传感器在飞行过程中不断拍摄作物的病害光谱，并将所述病害光谱发送给控制器，在地面放置校准传感器，校准传感器将校准点的GPS数据发送给控制器，控制器根据病害光谱和GPS数据对病害信息和GPS数据库进行校准。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：采用静电喷药技术让雾滴带电荷，植物表面负电荷和雾滴正电荷吸引，使得雾滴均匀分布在作物的背面等传统施药技术难以到达的地方，通过地形仿真功能，能实现根据地形灵活调节飞机高度，实现距离作物冠层的相对距离不变，并根据机下风场调整喷雾压力和雾滴大小，有效地提高了空中喷药的作业精度。
附图说明
图1是本发明实施例的旋翼无人机风场静电喷药装置的结构示意图。
图中：1：静电喷嘴；2：激光传感器；3：高光谱传感器；4：超声传感器；5：无线接收天线；6：控制器；7：GPS接收天线；8：发动机；9：静电杆；10：变量喷药系统；11：风速传感器；12：药箱；13：静电脉冲高压器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的旋翼无人机风场静电喷药装置包括旋翼无人机(包括：机身、旋翼、尾翼和发动机8)以及所述旋翼无人机设有的用于探测作物位置数据的超声传感器4、用于探测地形数据的激光传感器2、用于测量所述旋翼无人机机下风场数据的风速传感器11、用于进行静电喷药的静电喷药器、用于接收信号并控制所述旋翼无人机的控制器6、用于拍摄病害光谱的高光谱传感器3、GPS接收天线7和无线接收天线5；所述静电喷药器包括静电喷嘴1、静电杆9、静电脉冲高压器13、变量喷药系统10和药箱12。
应用上述本实施例的旋翼无人机风场静电喷药装置进行的旋翼无人机风场静电喷药方法的步骤包括：
S1.旋翼无人机通过超声传感器4探测作物位置数据，通过激光传感器2得到地形仿真数据，超声传感器4和激光传感器2将采集的数据发送给控制器4；
S2.控制器6根据其接收的作物位置数据和地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度，以使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度；
在上述过程中，超声传感器4在旋翼无人机飞行过程中根据超声信号发射和接收的时间间隔以及旋翼无人机的飞行速度计算出旋翼无人机的飞行距离，从而计算出旋翼无人机距离作物冠层的高度(设超声信号发射点与作物的距离为a，超声信号接收点与作物的距离为b，飞行距离为c，则a、b、c组成一个直角三角形，其中，b为斜边，a等于飞行速度乘以间隔时间，b加c等于超声信号传播速度乘以间隔时间)，控制器6根据计算得到的高度通过控制发动机8的转速使旋翼无人机达到指定的喷药高度，并与作物冠层之间的距离保持所述喷药高度不变，所述喷药高度为0.5m-1.5m，这样能够有效地保证最佳的喷药效果。
激光传感器2发射120°的激光扇面，探测地形数据，通过接受激光反射光得出地形三维数据，并对数据进行地形仿真，得到地形仿真数据，控制器6根据地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度和飞行喷药姿态，使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度，实现无人机空中高精度施药。
S3.旋翼无人机通过风速传感器11测量旋翼无人机机下风场数据，风速传感器11将采集的数据发送给控制器6；
S4.控制器6根据其接收的机下风场数据控制变量喷药系统10，调节喷雾压力和雾滴大小并与风速匹配；
上述过程中，风速传感器11自动测量旋翼无人机机下风场大小和自然风的大小，控制器6根据自然风的风向夹角调节喷药的喷射方向，控制器6根据风速值得大小变量调节喷雾压力和雾滴大小，以使喷射出的药液雾滴能够到达作物叶片，避免随风飘逸。
S5.控制器6根据雾滴大小控制静电脉冲高压器13，产生匹配的脉冲电荷；
上述过程中，控制器6根据雾滴大小调节静电脉冲高压器13，产生匹配的150kv-250kv的脉冲电荷，并通过荷电传感器检测雾滴带电量，反馈给控制器6，进行雾滴荷电的精确调节。由于作物叶子到负电荷，雾滴加上正电荷，由于电荷异性相吸解决雾滴均匀全部荷电的目的，农药雾滴荷电后直接吸附在叶子背面和根部等传统喷药方式无法到达的死角，而且药量节省和传统施药比较，省下90％的农药
S6.旋翼无人机采用上述的喷药高度、喷雾压力、雾滴大小和脉冲电荷进行静电喷药。
另外，旋翼无人机通过高光谱传感器3在飞行过程中不断拍摄作物的病害光谱，并将所述病害光谱发送给控制器6，在地面放置校准传感器，校准传感器将校准点的GPS数据发送给控制器，控制器根据病害光谱和GPS数据对病害信息和GPS数据库进行校准。
也可以预先将地块病虫害信息和对应GPS信息综合建立数据库，发送给控制器6，无人机空中根据无人机当前的GPS坐标查询数据库实现地块不同位置的差异化变量喷药，满足定量定点定时的高精度喷药需求。
飞机头部加装的高光谱传感器3，其可以在飞行中不断拍摄地面作物光谱发送给控制器6，采用高光谱传感器3拍摄地块中果树的病害光谱，光谱数据发送给控制器6，实现在线实时进行对靶喷药的目的。
由于山区地势不平，果园果树遮挡，在地形复杂的区域布置校准传感器，将坐标点位置的光谱信息和GPS信息无线发送给飞临上空位置的无人机，无人机控制器6通过GPS接收天线7和无线接收天线5接收这些信息后，无人机根据标准点的信息进行校准，用来快速动态校准高光谱传感器数据、地块病虫害信息和对应GPS信息综合数据库，实现高精度作业目的。
本发明的上述技术方案具有如下优点：采用静电喷药技术让雾滴带电荷，植物表面负电荷和雾滴正电荷吸引，使得雾滴均匀分布在作物的背面等传统施药技术难以到达的地方，通过地形仿真功能，能实现根据地形灵活调节飞机高度，实现距离作物冠层的相对距离不变，并根据机下风场调整喷雾压力和雾滴大小，有效地提高了空中喷药的作业精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种旋翼无人机风场静电喷药装置，其特征在于：包括旋翼无人机以及所述旋翼无人机设有的用于探测作物位置数据的超声传感器、用于探测地形数据的激光传感器、用于测量所述旋翼无人机机下风场数据的风速传感器、用于进行静电喷药的静电喷药器、用于接收信号并控制所述旋翼无人机的控制器。
2.根据权利要求1所述的旋翼无人机风场静电喷药装置，其特征在于：所述静电喷药器包括静电喷嘴、静电杆、静电脉冲高压器、变量喷药系统和药箱。
3.根据权利要求1所述的旋翼无人机风场静电喷药装置，其特征在于：所述旋翼无人机设有用于拍摄病害光谱的高光谱传感器。
4.根据权利要求1所述的旋翼无人机风场静电喷药装置，其特征在于：所述旋翼无人机设有GPS接收天线和无线接收天线。
5.一种应用权利要求1-4中任何一项所述的旋翼无人机风场静电喷药装置进行风场静电喷药的方法，其特征在于：所述方法的步骤包括：
S1.旋翼无人机通过超声传感器探测作物位置数据，通过激光传感器得到地形仿真数据，超声传感器和激光传感器将采集的数据发送给控制器；
S2.控制器根据其接收的作物位置数据和地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度，以使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度；
S3.旋翼无人机通过风速传感器测量旋翼无人机机下风场数据，风速传感器将采集的数据发送给控制器；
S4.控制器根据其接收的机下风场数据控制变量喷药系统，调节喷雾压力和雾滴大小并与风速匹配；
S5.控制器根据雾滴大小控制静电脉冲高压器，产生匹配的脉冲电荷；
S6.旋翼无人机采用上述的喷药高度、喷雾压力、雾滴大小和脉冲电荷进行静电喷药。
6.根据权利要求5所述的旋翼无人机风场静电喷药方法，其特征在于：所述超声传感器在旋翼无人机飞行过程中根据超声信号发射和接收的时间间隔以及旋翼无人机的飞行速度计算出旋翼无人机的飞行距离，从而计算出旋翼无人机距离作物冠层的高度，控制器根据计算得到的高度通过控制发动机的转速使旋翼无人机达到指定的喷药高度，所述喷药高度为0.5m-1.5m。
7.根据权利要求5所述的旋翼无人机风场静电喷药方法，其特征在于：所述激光传感器发射120°的激光扇面，探测地形数据，通过接受激光反射光得出地形三维数据，并对数据进行地形仿真，得到地形仿真数据，控制器根据地形仿真数据动态的调整旋翼无人机的飞行高度，使旋翼无人机对作物保持指定的喷药高度。
8.根据权利要求5所述的旋翼无人机风场静电喷药方法，其特征在于：所述风速传感器自动测量旋翼无人机机下风场大小和自然风的大小，控制器根据自然风的风向夹角调节喷药的喷射方向，控制器根据风速值得大小变量调节喷雾压力和雾滴大小，以使喷射出的药液雾滴能够到达作物叶片。
9.根据权利要求5所述的旋翼无人机风场静电喷药方法，其特征在于：所述控制器根据雾滴大小调节静电脉冲高压器，产生匹配的150kv-250kv的脉冲电荷，并通过荷电传感器检测雾滴带电量，反馈给控制器，进行雾滴荷电的精确调节。
10.根据权利要求5-9中任何一项所述的旋翼无人机风场静电喷药方法，其特征在于：旋翼无人机通过高光谱传感器在飞行过程中不断拍摄作物的病害光谱，并将所述病害光谱发送给控制器，在地面放置校准传感器，校准传感器将校准点的GPS数据发送给控制器，控制器根据病害光谱和GPS数据对病害信息和GPS数据库进行校准。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |