[發明專利]一種基于無人機噴藥的風場監控下的霧滴控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110997439.6
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113589846B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 李東曉;邊大紅;宋瑞卿;梁永波;張志慧
• 申請（專利權）人: 河北農業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

1.一種基于無人機噴藥的風場監控下的霧滴控制系統，其特征在于，包括：

中央處理器、多光譜圖像采集與預處理模塊、激光傳感器、北斗導航模塊、風速傳感器、霧滴中心漂移計算模塊、霧滴粒徑計算和控制模塊、路徑調整模塊和噴桿角度調整模塊；

所述多光譜圖像采集與預處理模塊，與所述中央處理器的第一輸入端連接，用于獲取目標區域的多光譜圖像，并將所述多光譜圖像發送至所述中央處理器；

所述激光傳感器，與所述中央處理器的第二輸入端連接，用于探測地形數據，并將所述地形數據發送至所述中央處理器；

所述北斗導航模塊，與所述中央處理器的第三輸入端連接，用于獲取無人機飛行速度和飛行坐標，并將所述無人機飛行速度和所述無人機飛行坐標發送至所述中央處理器；

所述中央處理器，利用獲取的所述多光譜圖像、所述地形數據、所述無人機飛行速度和所述無人機飛行坐標，規劃無人機作業路徑；

所述風速傳感器，與所述中央處理器的第四輸入端連接，用于測量無人機機下風場數據，并將所述無人機機下風場數據發送至所述中央處理器；

所述霧滴中心漂移計算模塊，與所述中央處理器的第一輸入/輸出端連接，用于接收所述中央處理器發送的所述無人機作業路徑和所述無人機機下風場數據，利用霧滴飄移中心簡化計算模型，得到霧滴中心漂移方向和距離，并將所述霧滴中心漂移方向和所述霧滴中心漂移距離發送至所述中央處理器；

所述霧滴粒徑計算和控制模塊，與所述中央處理器的第二輸入/輸出端連接，用于接收所述中央處理器發送的所述無人機飛行速度、所述無人機飛行坐標和所述無人機機下風場數據，結合環境因素，計算出霧滴粒徑的目標值，根據所述霧滴粒徑的目標值調節霧滴粒徑的大小；

所述路徑調整模塊，與所述中央處理器的第一輸出端連接，用于接收所述中央處理器發送的所述霧滴中心漂移方向、所述霧滴中心漂移距離和所述霧滴粒徑的目標值，對無人機路徑進行調整；

所述噴桿角度調整模塊，與所述中央處理器的第二輸出端連接，用于接收所述中央處理器發送的噴桿角度調整指令進行無人機噴桿角度的調整；

所述調整指令為所述中央處理器根據無人機飛行速度和無人機飛行坐標與設定參數進行比較，得出的調整結果；

噴桿角度的位置調節機構設置在無人機機身的下方，包括X向調節機構、Y向調節機構以及Z向調節機構，Z向調節機構包括豎向放置的Z伸縮桿和用于驅動Z伸縮桿進行豎向伸縮的Z伸縮驅動件；X向調節機構包括橫向放置的X伸縮桿和用于驅動X伸縮桿進行橫向伸縮的X伸縮驅動件，噴頭設置在X伸縮桿上，X伸縮桿的延伸方向與無人機飛行的方向垂直；Y向調節機構包括橫向設置的Y伸縮桿和用于驅動Y伸縮桿進行橫向伸縮的Y伸縮驅動件；Z伸縮桿的頂端固定在機身上，Y伸縮桿的一端固定連接在Z伸縮桿的底端，另一端固定連接在X伸縮桿的中部；X伸縮驅動件、Y伸縮驅動件以及Z伸縮驅動件均為電動推桿，X伸縮桿、Y伸縮桿以及Z伸縮桿分別固定在電動推桿的推桿上；噴頭為多個，且均勻地排列在X伸縮桿上，X伸縮桿至少為兩個；

從噴嘴噴霧角、防堵塞性、噴嘴壓力與流量以及最佳作業粒徑4個方面進行噴嘴選型；

所述霧滴粒徑計算和控制模塊中的所述環境因素包括：風速、環境溫度、空氣相對濕度；

所述霧滴飄移中心簡化計算模型為：

x＝0.167X_W×cos(θ_w-2θ_f)-0.12sinθ_f-0.797cosθ_f

y＝0.167X_W×sinθ_w-0.12cosθ_f-0.797sinθ_f

其中，X_w表示風速；θ_w表示風向與正東方向的夾角；θ_f表示植保無人機飛行方向與正東方向的夾角；x，y分別表示霧滴中心沿正東方向和正北方向飄移的距離。

2.根據權利要求1所述的一種基于無人機噴藥的風場監控下的霧滴控制系統，其特征在于，所述噴桿角度調整模塊所接收到的所述噴桿角度調整指令，是所述中央處理器根據所述無人機飛行速度和所述無人機飛行坐標與設定參數進行比較，得出的調整結果。