本發(fā)明涉及與無人機(jī)配合工作的噴藥設(shè)備及其噴藥方法，具體地說，涉及一種基于遍歷航點(diǎn)的無人機(jī)噴藥系統(tǒng)及噴藥方法。

背景技術(shù)：

由于無人機(jī)植保作業(yè)方式具有高效、不損傷作物的特性，并隨著無人機(jī)技術(shù)發(fā)展，尤其是其飛行穩(wěn)定性、自主性及電源續(xù)航能力增加，使其替代了傳統(tǒng)的人工植保作為方式，成為植保作業(yè)方式的主要方式。

公開號(hào)為cn106448105a的專利文獻(xiàn)中公開了一種定點(diǎn)噴藥無人機(jī)，包括旋翼無人機(jī)及通過云臺(tái)搭載在該旋翼無人機(jī)上電源、藥劑容器、藥劑泵及藥劑噴嘴。在工作過程中，藥劑泵將存儲(chǔ)在藥劑容器內(nèi)的藥劑通過藥劑噴嘴噴射至作物上，但是，其為沿航線對(duì)待噴藥區(qū)域進(jìn)行連續(xù)噴藥，不同位置的噴藥量容易隨航速及姿態(tài)的調(diào)整而變化，即不易對(duì)藥量噴灑量進(jìn)行控制，噴多的地方容易導(dǎo)致作物吸收不充分而對(duì)環(huán)境造成污染，而噴少的地方容易導(dǎo)致噴藥效果無法達(dá)到期望目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于遍歷航點(diǎn)的無人機(jī)噴藥系統(tǒng)，以均衡待噴藥區(qū)域內(nèi)不同位置處的噴藥量，提高噴藥效果；

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于遍歷航點(diǎn)的無人機(jī)噴藥方法，以均衡待噴藥區(qū)域內(nèi)不同位置處的噴藥量，提高噴藥效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供基于遍歷航點(diǎn)的無人機(jī)噴藥系統(tǒng)包括無人機(jī)及搭載在無人機(jī)上的電源、控制單元、導(dǎo)航單元與噴藥單元，噴藥單元包括藥箱、與藥箱連通的噴頭及設(shè)于藥箱出藥口與噴頭進(jìn)藥口間的流量調(diào)節(jié)閥；電源與控制單元、導(dǎo)航單元及噴藥單元電連接而為它們的正常工作供電，導(dǎo)航單元向控制單元輸出導(dǎo)航信號(hào)，控制單元向噴藥單元輸出控制信號(hào)以控制器噴藥狀態(tài)；控制單元包括處理器，該處理器用于在無人機(jī)飛至預(yù)設(shè)懸停位置時(shí)控制噴藥單元進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長的噴藥。

通過增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥，便于對(duì)噴藥單元在單位時(shí)長內(nèi)的噴藥量進(jìn)行調(diào)控，即可根據(jù)作物對(duì)噴藥量需求變化改變噴藥速率；在噴藥過程中，處理器控制噴藥單元在無人機(jī)為懸停狀態(tài)時(shí)進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長噴藥，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無人機(jī)在飛行過程中速度不定及姿態(tài)不定對(duì)不同區(qū)域接收到實(shí)際藥量影響的問題，以均衡待噴藥區(qū)域內(nèi)不同位置處的噴藥量，提高噴藥效果。此外，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥以對(duì)其噴藥速率進(jìn)行控制，從而可對(duì)無人機(jī)懸停時(shí)間進(jìn)行更精確地調(diào)控，進(jìn)一步提高噴藥質(zhì)量。

具體的方案為噴頭包括圓形中心噴頭及均布于圓形中心噴頭外圍的四個(gè)圓形補(bǔ)缺噴頭。與現(xiàn)有技術(shù)中采用圓形噴頭進(jìn)行噴灑的技術(shù)相比，能有效地減少未噴灑區(qū)域面積。

更具體的方案為圓形中心噴頭的噴孔面為外凸錐形面，圓形補(bǔ)缺噴頭的噴孔面為平面，二者尺寸滿足以下三式：其中，h為外凸錐形面的高度，d1為圓形中心噴頭的直徑，h為噴頭與待噴植物間的垂向間距，d2為圓形補(bǔ)缺噴頭的直徑，l為圓形中心噴頭與圓形補(bǔ)缺噴頭的中心間距，d為圓形中心噴頭的噴藥區(qū)域直徑。

另一個(gè)具體的方案為流量調(diào)節(jié)閥包括進(jìn)藥管、調(diào)節(jié)套環(huán)、出藥管及用于對(duì)三者間的相對(duì)位置進(jìn)行定位的緊定機(jī)構(gòu)；進(jìn)藥管的一軸向端口為封閉端口，管體壁上設(shè)有與出藥口連通的導(dǎo)藥孔；出藥管的一軸向端口與進(jìn)藥口連通；調(diào)節(jié)套環(huán)的兩軸向端面各設(shè)有與調(diào)節(jié)套環(huán)共軸布置的環(huán)形套槽，一環(huán)形套槽可沿軸向滑動(dòng)且水密地套接于進(jìn)藥管的另一軸向端口上，另一環(huán)形套槽可沿軸向滑動(dòng)且水密地套接于出藥管的另一軸向端口上，調(diào)節(jié)套環(huán)上設(shè)有用于調(diào)節(jié)導(dǎo)藥孔的有效孔徑的閥片。流量調(diào)節(jié)閥可采用各種形式的電子閥與人工閥，本方案為采用手工調(diào)節(jié)的機(jī)械閥，便于在每次飛行噴藥前，根據(jù)實(shí)際噴藥量進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，增強(qiáng)其調(diào)節(jié)可控性。

更具體的方案為流量調(diào)節(jié)閥上設(shè)有表征導(dǎo)藥孔有效孔徑的刻度。在具體調(diào)節(jié)過程中可采用尺子兩側(cè)調(diào)節(jié)環(huán)與進(jìn)藥管或出藥管間的相對(duì)位置而計(jì)算導(dǎo)藥孔的有效孔徑，本方案為采用預(yù)設(shè)刻度進(jìn)行表征，能有效地簡化人工調(diào)節(jié)過程。

另一個(gè)更具體的方案為一環(huán)形套槽與進(jìn)藥管另一軸向端口間及另一環(huán)形套槽與出藥管的另一軸向端口間組成的兩組套接結(jié)構(gòu)中，至少一組套接結(jié)構(gòu)為螺紋連接結(jié)構(gòu)；閥片為自一環(huán)形套槽的內(nèi)槽壁的端面沿軸向延伸形成的筒形結(jié)構(gòu)。

再一個(gè)更具體的方案為一環(huán)形套槽與進(jìn)藥管另一軸向端口間及另一環(huán)形套槽與出藥管的另一軸向端口間組成的兩組套接結(jié)構(gòu)中，至少一組套接結(jié)構(gòu)間設(shè)有沿軸向布置的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；閥片為自一環(huán)形套槽的內(nèi)槽壁的端面沿軸向延伸形成的弧形片。

再具體的方案為緊定機(jī)構(gòu)包括設(shè)于環(huán)形套槽的外槽壁上的螺孔及與螺孔配合的緊定螺釘，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括緊定螺釘及設(shè)于進(jìn)藥管或出藥管的外側(cè)壁上的軸向?qū)Р?，軸向?qū)Р叟c緊定螺釘?shù)那岸讼嗯浜稀３浞掷镁o定螺釘既構(gòu)成緊定機(jī)構(gòu)的一部分，又構(gòu)成導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的部分，以有效地減少零部件數(shù)量及裝配工序。

為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供基于遍歷航點(diǎn)的噴藥方法使用無人機(jī)噴藥系統(tǒng)對(duì)待噴藥區(qū)域進(jìn)行噴藥，其包括噴藥步驟；該噴藥步驟包括無人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線飛行，并在預(yù)設(shè)懸停位置處懸停及對(duì)位于其下方區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長的噴藥。

在噴藥過程中，處理器控制噴藥單元在無人機(jī)為懸停狀態(tài)時(shí)進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長噴藥，與現(xiàn)有技術(shù)中的連續(xù)噴藥相比，能有效控制無人機(jī)在飛行過程中速度不定及姿態(tài)不定對(duì)不同區(qū)域接收到實(shí)際藥量的影響，以均衡待噴藥區(qū)域內(nèi)不同位置處的噴藥量，提高噴藥效果。

具體的方案為在噴藥步驟前，還包括路徑規(guī)劃步驟：依據(jù)待噴藥區(qū)域的分布情況，將其劃分成若干塊正方形區(qū)域，正方形區(qū)域的邊界外接于單次噴藥范圍的區(qū)域邊界，并按照對(duì)正方形區(qū)域進(jìn)行噴藥的先后順序設(shè)置無人機(jī)在待噴藥區(qū)域上方飛行的航線及懸停位置，懸停位置與正方形區(qū)域的中心相對(duì)應(yīng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中無人機(jī)噴藥系統(tǒng)的立體圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中藥箱的立體圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中流量調(diào)節(jié)閥與噴頭的立體圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中流量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)分解圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中噴藥方法的工作流程圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中路徑規(guī)劃的示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中噴頭的尺寸說明示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中在懸停位置處的噴藥區(qū)域示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

參見圖1，本發(fā)明無人機(jī)噴藥系統(tǒng)包括無人機(jī)1及搭載在無人機(jī)1上的電源、控制單元、導(dǎo)航單元與噴藥單元。在本實(shí)施例中，無人機(jī)1為旋翼無人機(jī)；導(dǎo)航單元包括gps接收器2，其向控制單元輸出導(dǎo)航信號(hào)，即無人機(jī)1在噴藥過程中的位置信息數(shù)據(jù)；電源與控制單元、導(dǎo)航單元及噴藥單元電連接，為它們的正常工作提供電能。

參見圖1至圖4，噴藥單元包括藥箱3、與藥箱3連通的噴頭4及設(shè)于二者間的流量調(diào)節(jié)閥5。

如圖2所示，藥箱3包括箱體30及設(shè)于箱體30上表面上的裝藥管31、設(shè)于箱體30的下表面的輸藥管33及用于將箱體30安裝在無人機(jī)1上的固定件32。

如圖3所示，噴頭4包括噴頭包括圓形中心噴頭41及均布于圓形中心噴頭41外圍的四個(gè)圓形補(bǔ)缺噴頭43，即相鄰兩個(gè)圓形補(bǔ)缺噴頭43的中心與圓形中心噴頭41的中心連線相夾90度。圓形補(bǔ)缺噴頭43通過連接支管42與噴頭4的進(jìn)藥口連通，圓形中心噴頭41的入口也與進(jìn)藥口連通。圓形中心噴頭41的噴孔面44為外凸錐形面，其上布置有多個(gè)噴孔440，為了各個(gè)角度都能噴到藥劑，外凸錐形面的頂尖處也設(shè)有噴孔，圓形補(bǔ)缺噴頭43的噴孔面為平面，其上均勻地布置有若干個(gè)噴孔。

如圖3及圖4所示，流量調(diào)節(jié)閥5包括進(jìn)藥管6、調(diào)節(jié)套環(huán)7、出藥管8及用于對(duì)三者間的相對(duì)位置進(jìn)行定位的緊定機(jī)構(gòu)。

進(jìn)藥管6的上軸向端口61為封閉端口，管體壁60上設(shè)有與如圖2所示輸藥管的出藥口連通的導(dǎo)藥孔600。出藥管8的下軸向端口81與噴頭4的進(jìn)藥口連通，從而可通過流量調(diào)節(jié)閥5對(duì)藥箱向噴頭4的輸藥速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，即噴頭4在單位時(shí)間內(nèi)的噴藥量。

調(diào)節(jié)套環(huán)7的兩軸向端面各設(shè)有與調(diào)節(jié)套環(huán)本體70共軸布置的上環(huán)形套槽71與下環(huán)形套槽72，上環(huán)形套槽71可沿軸向滑動(dòng)地套接于進(jìn)藥管6的下軸向端口62上，且二者間為水密連接，具體為在二者周面間壓有彈性密封圈，為了防止彈性密封圈在二者相對(duì)滑動(dòng)過程中出現(xiàn)脫落，可在一者表面上設(shè)置彈性密封圈的容納槽，比如在進(jìn)藥管6的外周面上設(shè)有與其共軸的環(huán)形凹槽作為容納槽；下環(huán)形套槽72可沿軸向滑動(dòng)地套接于出藥管8的上軸向端口82上，且二者間為水密連接，自上環(huán)形套槽71的內(nèi)槽壁710的端面沿軸向上下延伸形成有弧形片75。

緊定機(jī)構(gòu)包括設(shè)于上環(huán)形套槽71的外槽壁711上的螺孔73、設(shè)于下環(huán)形套槽72的外槽壁721上的螺孔74、與螺孔73配合的緊定螺釘81及與螺孔74配合的緊定螺釘82。

為了使調(diào)節(jié)套環(huán)7在調(diào)節(jié)過程中能夠沿軸向滑動(dòng)，在上環(huán)形套槽71與下軸向端口62間組成一組套接結(jié)構(gòu)，下環(huán)形套槽72與上軸向端口82間組成另一組組套接結(jié)構(gòu)中，在這兩組套接結(jié)構(gòu)中，至少一組套接結(jié)構(gòu)間設(shè)有沿軸向布置的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(圖中未示出)，該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可為由設(shè)于環(huán)形套槽的槽壁上滑槽與設(shè)于藥管壁上的凸條構(gòu)成，也可為由設(shè)于環(huán)形套槽的槽壁上凸條與設(shè)于藥管壁上的滑槽構(gòu)成，還可為設(shè)于藥管外壁上且與緊定螺釘前端相配合的滑槽構(gòu)成，即緊定螺釘沿滑槽滑動(dòng)而構(gòu)成導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

在工作過程中，通過松開緊定螺釘，使調(diào)節(jié)套環(huán)7在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的限制引導(dǎo)下而沿軸向往復(fù)滑動(dòng)，從而使弧形片75對(duì)導(dǎo)藥孔600的孔口進(jìn)行部分遮擋，即弧形片75構(gòu)成對(duì)導(dǎo)藥孔600有效孔徑進(jìn)行調(diào)節(jié)的閥片。

為了便于用戶對(duì)流量調(diào)節(jié)閥5的操作，在流量調(diào)節(jié)閥5上設(shè)有表征有效孔徑的刻度，該刻度可以為換算成有效孔徑的孔徑值、有效面積的面積值、未被遮擋部分弦長的弦高或已被遮擋部分弦長的弦稿。此時(shí)，刻度可以刻在進(jìn)藥管6的外壁上或出藥管8的外壁上，從而通過讀取調(diào)節(jié)套環(huán)7的上下端面與對(duì)應(yīng)位置處刻度的值。

當(dāng)然了，可在上環(huán)形套槽71與下軸向端口62間及下環(huán)形套槽72與上軸向端口82間組成的兩組套接結(jié)構(gòu)中，將至少一組套接結(jié)構(gòu)為螺紋連接結(jié)構(gòu)，并使用由內(nèi)槽壁710端面沿軸向向上延伸形成的筒形結(jié)構(gòu)替代弧形片75構(gòu)成閥片，從而可略去導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在工作過程中為：松開緊定螺釘，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套環(huán)7，從而調(diào)節(jié)筒形結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)藥孔600的遮擋面積。

此時(shí)，刻度還可以設(shè)置成沿進(jìn)藥管6或出藥管8的外壁分布的螺旋線組，通過讀取設(shè)于調(diào)節(jié)套環(huán)7上指針?biāo)谖恢锰幙潭鹊闹?，獲得相應(yīng)的讀數(shù)。

參見圖5，本發(fā)明基于遍歷航點(diǎn)的噴藥方法包括路徑規(guī)劃步驟s1、初始化步驟s2及噴藥步驟s3，參見圖6，待噴藥區(qū)域01為一長方形田塊，其長寬之比為5:3，其上均勻地種植有作物。

路徑規(guī)劃步驟s1，依據(jù)待噴藥區(qū)域01的作物分布、形狀等情況，將其劃分成5行3列共15塊正方形區(qū)域02，按照對(duì)15個(gè)正方形區(qū)域02進(jìn)行噴藥的先后順序設(shè)置無人機(jī)在待噴藥區(qū)域上方飛行的航線03及懸停位置021，15個(gè)懸停位置021與15塊正方形區(qū)域02的中心一一對(duì)應(yīng)。

參見圖3、圖5、圖7及圖8，噴頭4中圓形中心噴頭41與圓形補(bǔ)缺噴頭43的尺寸滿足以下三式：

其中，h為外凸錐形面44的高度，d1為所述圓形中心噴頭41的直徑，h為噴頭與待噴作物間的垂向間距，d2為圓形補(bǔ)缺噴頭43的直徑，l為圓形中心噴頭41與圓形補(bǔ)缺噴頭43的中心間距，d為圓形中心噴頭41的噴藥區(qū)域04直徑。

在滿足上三式的條件下，圓心中心噴頭041的噴藥區(qū)域04與四個(gè)圓形補(bǔ)缺噴頭043的噴藥區(qū)域05均為圓形且邊界相外切，噴藥區(qū)域05的直徑等于圓形補(bǔ)缺噴頭43的直徑d2，噴藥區(qū)域05與噴藥區(qū)域04構(gòu)成單次噴藥區(qū)域，正方形區(qū)域02的邊界外接于單次噴藥范圍的區(qū)域邊界，即噴藥區(qū)域05構(gòu)成對(duì)噴藥區(qū)域04未填充部分的補(bǔ)缺。當(dāng)然了，具體劃分時(shí)，其每塊區(qū)域的形狀并不局限于本實(shí)施例中的正方形，為根據(jù)噴頭的噴灑區(qū)域形狀進(jìn)行劃分。

對(duì)于航線的規(guī)劃需根據(jù)藥箱3的容量、可噴正方形區(qū)域02的數(shù)量及電源的供電時(shí)長設(shè)置返航路線。

兩個(gè)懸停位置021之間的間距等于正方形區(qū)域02的邊長。

初始化步驟s2，根據(jù)待噴藥區(qū)域01內(nèi)作物當(dāng)前時(shí)期對(duì)藥劑的需求量，計(jì)算正方形區(qū)域02內(nèi)單次噴藥所需藥量，并根據(jù)預(yù)設(shè)噴藥時(shí)長，計(jì)算噴藥速率，并對(duì)流量調(diào)節(jié)閥5進(jìn)行調(diào)節(jié)至對(duì)應(yīng)刻度值處。

噴藥步驟s3，無人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線03飛行，根據(jù)gps接收的位置信息，在每個(gè)預(yù)設(shè)懸停位置021處懸停及對(duì)位于其下方正方形區(qū)域02進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長的噴藥。

在噴灑過程中，無人機(jī)一般距離農(nóng)作物的高度h的通常取值為1米至1.5米，以保證最佳作業(yè)效率，此外，當(dāng)風(fēng)力大于4級(jí)時(shí)，不適合進(jìn)行噴藥。

在本實(shí)施例中，懸停位置021也稱為航點(diǎn)，即整個(gè)噴藥過程為基于遍歷航點(diǎn)的噴藥方法。

上述無人機(jī)噴藥系統(tǒng)的控制單元包括處理器及與處理器通訊連接的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有噴藥的路徑規(guī)劃，處理器用于從存儲(chǔ)器中獲取該路徑規(guī)劃，并在飛行過程中從導(dǎo)航單元處接收位置信息數(shù)據(jù)，從而在無人機(jī)飛至各懸停位置懸停時(shí)，控制噴藥單元對(duì)位于其下方的區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)時(shí)長的噴藥。

以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。