一种农药雾化喷洒无人机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种喷洒无人机，尤其涉及一种农药雾化喷洒无人机及其控制方法。

背景技术

我们中国是农业大国，发展高效、安全的现代生态农业是中国农业现代化建设的重要目标。目前国内农药用量越来越大，作业成本高，且浪费严重，资源有效利用率低下，作物产量和质量难以得到保障，同时带来严重的水土资源污染、生态系统失衡、农产品品质下降等问题，无法适应现代农业发展的要求，随着科技的发展，现在的农业都趋向机械化，无人机喷洒农药技术开始广泛应用在农业上面，无人机喷洒农药技术对提高中国农作物病虫害防治机械化水平，实行统防统治的专业化服务，提高农业资源的利用率，增强突发性大面积病虫害防控能力具有重要的作用，使用无人喷洒农药喷药效率高，和传统的人工喷药相比，喷药无人机更具有高效、省时、便捷的优势。喷药无人机可以装载30公斤农药，飞行高度在2至3米，甚至更高的高度，一次飞行可以喷洒10至15亩地，大大的提高了作业效率，防治效果更好。喷药无人机喷药服务喷洒更均匀，几乎每株作物都能喷洒到药水。旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果更好。

现有技术中，通过无人机在对农作物进行农药使用时，均是提前将药物混合后装载至无人机上进行喷洒，无法针对不同区域、不同农作物进行现场药物混合，然后针对性的喷洒，并进行精准喷洒，农药防治效果较差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种农药雾化喷洒无人机及其控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种农药雾化喷洒无人机，包括：无人机以及配合连接在无人机底部的喷洒组件，

所述无人机包括机身，所述机身顶部设置有风速监测机构，所述无人机两侧对称设置有角度调节机构，所述角度调节机构上设置有螺旋桨；

所述机身底部设置有固定板，所述固定板底部中心位置设置有转轴，所述转轴底部设置有控制器，所述控制器底部设置有连杆，所述连杆一端配合连接有喷洒组件；

所述喷洒组件包括框架，所述框架内部设置有隔板，所述隔板一侧设置有混药箱，所述隔板另一侧设置有支架，所述支架一端连接有横梁，所述横梁顶部设置有若干个储药箱，若干个所述储药箱通过分流管与所述混药箱连接，任一储药箱底部设置有分流控制阀，所述储药箱一侧设置有多个喷洒头，至少一个喷洒头与其余喷洒头端部方向不同，所述混药箱一侧设置有液位传感器。

本发明一个较佳实施例中，所述机身两端分别设置有第一前腿、第二前腿、第一后腿、第二后腿，所述第一前腿、第二前腿与第一后腿、第二后腿对称设置，所述第一前腿与第二前腿均通过前腿铰接件活动连接，所述第一后腿与第二后腿均通过后腿铰接件活动连接。

本发明一个较佳实施例中，所述机身一端设置有腿部控制机构，所述腿部控制机构用于控制第一前腿、第二前腿、第一后腿与第二后腿的转动角度。

本发明一个较佳实施例中，所述角度调节机构为活动轴，所述活动轴能够旋转，所述活动轴外侧设置有2个螺旋桨，2个螺旋桨之间的角度为120度。

本发明一个较佳实施例中，所述喷洒头包括第一喷洒头、第二喷洒头与第三喷洒头，所述第一喷洒头与所述第二喷洒头喷洒方向竖直向下，所述第三喷洒头喷洒方向为水平方向。

本发明一个较佳实施例中，所述第一喷洒头上设置有第一喷洒阀，所述第二喷洒头上设置有第二喷洒阀，所述第三喷洒头上设置有第三喷洒阀，所述第一喷洒阀与第二喷洒阀、第三喷洒阀均能够灵活调整开度，所述第一喷洒阀、第二喷洒阀与第三喷洒阀均为电动阀门。

本发明一个较佳实施例中，所述隔板位于所述混药箱的一侧设置有监测板，所述监测板一侧阵列设置有若干个监测器，若干个所述监测器与若干个所述分流控制阀一一对应。

本发明一个较佳实施例中，所述固定板底部一侧设置有冲洗箱，所述混药箱一侧设置有循环管，所述循环管一端连接至冲洗箱。

为达到上述目的，本发明采用的另一种技术方案为：一种控制方法，应用于农药雾化喷洒无人机，包括如下步骤：

采集目标区域图像信息，提取图像特征值，根据图像特征值得到目标区域农作物种类，得到农作物种类信息，

通过云端大数据获取农作物病虫害数据信息，建立病虫害模型；

根据病虫害模型获取目标区域内农作物喷洒农药配比信息；

根据农药配比信息建立分流控制阀控制参数信息，得到分流控制阀状态信息；

获取分流控制阀实时状态信息，将分流控制阀实时状态信息进行比较，得到偏差率；

判断所述偏差率是否大于预定偏差率阈值，

若大于，则生成修正信息，根据修正信息对分流控制阀参数信息进行调整。

本发明一个较佳实施例中，根据农药配比信息获取农药种类信息及农药特性信息，建立药液混合模型；

获取分流管农药流量信息，将分流管农药流向信息输入药液混合模型，生成药液混合参数信息，根据药液混合参数信息对药液进行混合；

获取实时混合状态信息，将实时混合状态信息与预设混合状态信息进行比较，得到混合偏差率，

判断所述混合偏差率是否大于预设混合偏差率阈值，

若大于，则生成调整信息，根据调整信息对药液混合模型的参数进行调整。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)根据大数据自动获取目标区域内不同种类农作物的农药需求，以及通过不同种类农作物的判断进行自动生成农药配比方式，根据农药配比针对不同的农作物，不同病虫害进行有效杀菌，提高农药配比精度，并实现农药配比的自动化，同时在进行农药喷洒过程中，自动控制第一喷洒头、第二喷洒头与第三喷洒头的喷洒速率，同时能够实时调整农药喷洒速率，实现农药药效的最大化吸收。

(2)通过在无人机上搭载喷洒组件，能够利用无人机的高效、省时、便捷的优势，提高了作业效率，此外通过控制器控制转轴旋转，转轴旋转过程中，处于水平喷洒方向的第三喷洒头能够进行大面积覆盖喷洒，通过第一喷洒头与第二喷洒头向下垂直喷洒，配合第三喷洒头水平喷洒，覆盖面积较广，病虫害防治效果较好。

(3)喷洒组件包括若干个储药箱，不同储药箱内可以放有不同种类的农药，针对不同农作物进行不同农药比例的混合，针对性较强，通过控制储药箱上的分流控制阀进行控制对应储药箱进入混药箱内农药的比例，控制精度较高。

(4)混药箱一侧设置有循环管，通过冲洗箱对混药箱进行冲洗，减少部分农药对混药箱内壁的腐蚀，延长混药箱使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明农药雾化喷洒无人机局部立体结构示意图；

图2示出了农药雾化喷洒无人机另一角度局部立体结构示意图；

图3示出了喷洒组件局部立体结构示意图；

图4示出了喷洒组件底部结构示意图；

图5示出了风速监测机构局部立体结构示意图；

图6示出了农药雾化喷洒无人机控制方法流程图；

图7示出了通过药液混合模型进行药液混合方法流程图。

图中：10、螺旋桨，11、角度调节机构；

20、第一前腿，21、第二前腿，22、前腿铰接件；

30、机身，31、风速监测机构，3101、固定座；

40、后腿铰接件，41、第二后腿，42、第一后腿，43、腿部控制机构；

50、冲洗箱，51、固定板，52、摄像头，60、转轴，61、控制器；

70、连杆，71、横杆，72、储药箱，7201、分流控制阀，7202、分流管，73、隔板，7301、支架，74、第一喷洒头，7401、第一喷洒阀，75、第二喷洒头，7501、第二喷洒阀，76、第三喷洒头，7601、第三喷洒阀，77、框架，78、立板，7801、水平监测机构，79、监测板，7901、监测器；

80、混药箱，81、液位传感器，82、循环管。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本发明一种农药雾化喷洒无人机局部立体结构示意图，图2所示，本发明公开了农药雾化喷洒无人机另一角度局部立体结构示意图。

如图1-2所示，本发明第一方面提供了一种农药雾化喷洒无人机，包括：无人机以及配合连接在无人机底部的喷洒组件，

无人机包括机身30，机身30顶部设置有风速监测机构31，无人机两侧对称设置有角度调节机构11，角度调节机构11上设置有螺旋桨10；

机身30底部设置有固定板51，固定板51底部中心位置设置有转轴60，转轴60底部设置有控制器61，控制器61底部设置有连杆70，连杆70一端配合连接有喷洒组件；

喷洒组件包括框架77，框架77内部设置有隔板73，隔板73一侧设置有混药箱80，隔板73另一侧设置有支架7301，支架7301一端连接有横梁，横梁顶部设置有若干个储药箱72，若干个储药箱72通过分流管7202与混药箱80连接，任一储药箱72底部设置有分流控制阀7201，储药箱72一侧设置有多个喷洒头，至少一个喷洒头与其余喷洒头端部方向不同，混药箱80一侧设置有液位传感器81。

需要说明的是，通过在无人机上搭载喷洒组件，能够利用无人机的高效、省时、便捷的优势，提高了作业效率，此外通过控制器61控制转轴60旋转，转轴60旋转过程中，处于水平喷洒方向的第三喷洒头76能够进行大面积覆盖喷洒，通过第一喷洒头74与第二喷洒头75向下垂直喷洒，配合第三喷洒头76水平喷洒，覆盖面积较广，病虫害防治效果较好，液位传感器81用于监测混药箱80内部药液的液位，当液位传感器81监测到混药箱80内液位到达低点临界值时，能够暂停喷洒，并控制无人机返回，无人机返回途中能够提前对农药进行混合，或控制无人机徘徊在固定区域，并对混药箱80内的农药进行配比，达到可喷洒液位时，继续对农作物进行喷洒，无人机顶部安装有风速监测机构31，风速监测机构31用于检测施药时的实时风速影响，若风速过大，进行判定，能否通过放漂移干扰的方式继续施药，如能，可以继续施药，如不能，自动关闭喷头，自动化程度较高，喷洒组件包括若干个储药箱72，不同储药箱72内可以放有不同种类的农药，针对不同农作物进行不同农药比例的混合，针对性较强，通过控制储药箱72上的分流控制阀7201进行控制对应储药箱72进入混药箱80内农药的比例，控制精度较高，若干个储药箱均固定在横杆71上，支架7301一端连接至混药箱80，另一端连接至横杆71，通过支架7301能够将横杆71进行悬空固定，使得储药箱72的压力大于混药箱80压力，方便储药箱72内的药液进入混药箱80，不会出现外界阻力。

如图5所示，本发明公开了风速监测机构局部立体结构示意图。

需要说明的是，风速监测机构31底部设置有固定座3101，通过固定座3101将风速监测机构31固定在无人机顶部中间位置。

根据本发明实施例，机身30两端分别设置有第一前腿20、第二前腿21、第一后腿42、第二后腿41，第一前腿20、第二前腿21与第一后腿42、第二后腿41对称设置，第一前腿20与第二前腿21均通过前腿铰接件22活动连接诶，第一后腿42与第二后腿41均通过后腿铰接件40活动连接。

根据本发明实施例，机身30一端设置有腿部控制机构43，腿部控制机构43用于控制第一前腿20、第二前腿21、第一后腿42与第二后腿41的转动角度。

需要说明的是，由于喷洒组件位于无人机底部，在无人机降落过程中，无法支撑无人机，此时通过腿部控制机构43控制第一前腿20、第一后腿42与第二前腿21、第二后腿41的角度，通过第一前腿20、第一后腿42、第二前腿21、第二后腿41的配合进行支撑无人机安全降落地面，并保持无人机稳定性。

根据本发明实施例，角度调节机构11为活动轴，活动轴能够旋转，活动轴外侧设置有2个螺旋桨10，2个螺旋桨10之间的角度为120度。

如图3所示，本发明公开了喷洒组件局部立体结构示意图。

根据本发明实施例，喷洒头包括第一喷洒头74、第二喷洒头75与第三喷洒头76，第一喷洒头74与第二喷洒头75喷洒方向竖直向下，第三喷洒头76喷洒方向为水平方向。

需要说明的是，第一喷洒头74与第二喷洒头75尺寸相同，型号相同，第一喷洒头74、第二喷洒头75与第三喷洒头76尺寸不同，第三喷洒头76端部有弯折角度，形成L型结构。

根据本发明实施例，第一喷洒头74上设置有第一喷洒阀7401，第二喷洒头75上设置有第二喷洒阀7501，第三喷洒头76上设置有第三喷洒阀7601，第一喷洒阀7401与第二喷洒阀7501、第三喷洒阀7601均能够灵活调整开度，第一喷洒阀7401、第二喷洒阀7501与第三喷洒阀7601均为电动阀门。

如图4所示，本发明公开了喷洒组件底部结构示意图。

根据本发明实施例，隔板73位于混药箱80的一侧设置有监测板79，监测板79一侧阵列设置有若干个监测器7901，若干个监测器7901与若干个分流控制阀7201一一对应。

需要说明的是，监测器7901能够实时监测分流控制阀7201的开度以及分流控制阀7201的运行状态，当分流控制阀7201出校故障时，监测器7901能够进行闪烁报警。

根据本发明实施例，固定板51底部一侧设置有冲洗箱50，混药箱80一侧设置有循环管82，循环管82一端连接至冲洗箱50。

需要说明的是，混药箱80一侧设置有循环管82，通过冲洗箱50对混药箱80进行冲洗，减少部分农药对混药箱80内壁的腐蚀，延长混药箱80使用寿命。

根据本发明实施例，框架77内侧设置有立板78，立板78一侧设置有水平监测机构7801。

需要说明的是，立板78与隔板73平行分布，当角度调节机构11调整螺旋桨10角度后，无人机飞行角度进行适应性调整，此时水平监测机构7801用于监测无人机水平度，并判断第一喷洒头74与第二喷洒头75与地面之间的夹角，根据夹角的变化进行调整第一喷洒头74与第二喷洒头75的喷洒速率及喷洒压力。

如图6所示，本发明公开了农药雾化喷洒无人机控制方法流程图。

为达到上述目的，本发明采用的另一种技术方案为：一种控制方法，应用于农药雾化喷洒无人机，包括如下步骤：

S102，采集目标区域图像信息，提取图像特征值，根据图像特征值得到目标区域农作物种类，得到农作物种类信息，

S104，通过云端大数据获取农作物病虫害数据信息，建立病虫害模型；

S106，根据病虫害模型获取目标区域内农作物喷洒农药配比信息；

S108，根据农药配比信息建立分流控制阀7201控制参数信息，得到分流控制阀7201状态信息；

S110，获取分流控制阀7201实时状态信息，将分流控制阀7201实时状态信息进行比较，得到偏差率；

S112，判断偏差率是否大于预定偏差率阈值，

S114，若大于，则生成修正信息，根据修正信息对分流控制阀7201参数信息进行调整。

需要说明的是，根据大数据自动获取目标区域内不同种类农作物的农药需求，以及通过不同种类农作物的判断进行自动生成农药配比方式，根据农药配比针对不同的农作物，不同病虫害进行有效杀菌，提高农药配比精度，并实现农药配比的自动化，同时在进行农药喷洒过程中，自动控制第一喷洒头74、第二喷洒头75与第三喷洒头76的喷洒速率，同时能够实时调整农药喷洒速率，实现农药药效的最大化吸收，图像信息通过固定板51底部的摄像头52进行采集，摄像头52能够旋转，进行360度无死角拍摄。

如图7所示，本发明公开了通过药液混合模型进行药液混合方法流程图。

根据本发明实施例，还包括：

S202，根据农药配比信息获取农药种类信息及农药特性信息，建立药液混合模型；

S204，获取分流管农药流量信息，将分流管农药流向信息输入药液混合模型，生成药液混合参数信息，根据药液混合参数信息对药液进行混合；

S206，获取实时混合状态信息，将实时混合状态信息与预设混合状态信息进行比较，得到混合偏差率，

S208，判断混合偏差率是否大于预设混合偏差率阈值，

S210，若大于，则生成调整信息，根据调整信息对药液混合模型的参数进行调整。

需要说明的是，风速监测机构31监测目标区域风速信息，将风速信息与预设风速信息进行比较，得到风速偏差率，若风速偏差率小于第一阈值，则控制无人机直行喷洒，若风速偏差率大于第一阈值小于第二阈值时，则控制无人机旋转喷洒，通过调整第一喷洒头74、第二喷洒头75与第三喷洒头76的喷洒压力进行持续喷洒，若风速偏差率大于第二阈值，则生成停止信号，暂停农作物喷洒，有效提高农作物喷洒效果。

综上所述，根据大数据自动获取目标区域内不同种类农作物的农药需求，以及通过不同种类农作物的判断进行自动生成农药配比方式，根据农药配比针对不同的农作物，不同病虫害进行有效杀菌，提高农药配比精度，并实现农药配比的自动化，同时在进行农药喷洒过程中，自动控制第一喷洒头74、第二喷洒头75与第三喷洒头76的喷洒速率，同时能够实时调整农药喷洒速率，实现农药药效的最大化吸收。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。