一种植保无人飞机防飘喷洒机构的制作方法

本发明涉及植保无人飞机领域，具体来说，是指一种能够实现均匀喷洒，减少雾滴飘移的植保无人飞机防飘喷洒机构。

背景技术：

植保无人飞机具有高效、便捷等优点，智能化程度高，操作方便，可实现远程操控、航路规划，在各种复杂农田环境下均可进行植保飞防作业，且不受地形、地貌的影响，为防治爆发性病虫害做出了较大贡献。

由于无人飞机在飞行过程中，旋翼会产生下洗气流，其流场特性较复杂，一部分气流会扰动作物冠层并胁迫雾滴向下运动，增强雾滴的穿透性，产生有益效应，另一部分气流会携带部分雾滴向非靶标区域运动，形成飘移，产生不良效应；同时由于外界环境的影响，部分雾滴在外界风力的作用下也会出现飘移。针对上述问题，人们对喷杆的安装位置进行了改善，如zl201711230201.0设计了一种调节机构对喷杆位置进行改变，但其不能全部有效的发挥旋翼下洗气流的作用；专利zl201410158111.5设计了一种气助式大幅宽植保无人直升机，其通过气囊收集旋翼下方的气流并进行利用，实现流场性能部分改善，但其不能对下洗气流全部收集，而且下压风场不能改变，如作物冠层较疏，下压风场过大，雾滴易喷洒到地面，造成污染；如作物冠层较密，下压风场过小，雾滴不能穿透作物，造成防治不彻底。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种植保无人飞机防飘喷洒装置，通过收集旋翼下洗气流实现雾滴防飘、均匀喷洒，并可根据飞行信息、外界风速的大小、冠层疏密程度实时调整出口气流的大小。

技术方案：

一种植保无人飞机防飘喷洒机构，所述植保无人飞机防飘喷洒机构安装在无人飞机下方，包括前图像传感器、后图像传感器、气罩部件以及喷洒部件；

所述前图像传感器和所述后图像传感器分别安装在所述无人飞机下方的前后位置，分别在所述无人飞机正飞和反飞时探测作物冠层密度及作业幅宽；在所述无人飞机上安装有用于检测所述无人飞机飞行方向及飞行速度的传感器；

所述气罩部件通过内部支撑架连接到所述无人飞机外壳，所述喷洒部件安装在所述气罩部件的下方；

所述气罩部件包括集气装置、扩散装置、稳定装置、风道收缩装置、风道直流装置以及出口风速传感器；所述稳定装置与所述扩散装置、所述集气装置与所述扩散装置分别通过第二旋转轴、第三旋转轴连接，所述风道直流装置安装在所述稳定装置下方两侧位置，且其长度与所述集气装置的边长一致，在所述风道直流装置的底部设有出气孔；所述风道收缩装置由前风道收缩装置、中风道收缩装置、后风道收缩装置三部分构成，均通过第一旋转轴与所述稳定装置连接，并各自可以绕其第一旋转轴转动；所述风道收缩装置的长度l为喷洒作业幅宽；在各风道收缩装置的末端均设有出口风速传感器；

所述喷洒部件安装在所述气罩部件的所述中风道收缩装置上，其喷头位于所述中风道收缩装置中心。

所述扩散装置由扩散装置前后板和扩散装置侧板构成，所述扩散装置侧板包括第一扩散装置侧板和第二扩散装置侧板，在所述第二扩散装置侧板上开有长槽，在所述第一扩散装置侧板上对应位置设有凸轴，所述第一扩散装置侧板通过所述凸轴和所述长槽的配合，可滑动的安装在所述第二扩散装置侧板上；所述扩散装置前后板的内壁上安装有对低速气流进行导流分配的扩散装置柔性导流板；所述扩散装置柔性导流板的上端安装在所述扩散装置前后板的内壁上，下端固定在所述稳定装置上，侧面安装在扩散装置柔性前后板上；在所述扩散装置前后板和所述扩散装置侧板之间安装有扩散装置柔性前后板；

所述稳定装置由稳定装置前后板和稳定装置侧板构成，在所述稳定装置前后板与所述稳定装置侧板之间安装有稳定装置柔性前后板，所述稳定装置柔性前后板内部安装有蜂窝状整流板；

所述风道收缩装置包括第一风道收缩装置侧板、第二风道收缩装置侧板以及安装在所述第一风道收缩装置侧板及所述第二风道收缩装置侧板内的风道收缩装置前后板，所述第一风道收缩装置侧板可滑动地安装在所述第二风道收缩装置侧板外侧；所述风道收缩装置前后板的形状以维氏曲线进行设计，见公式(1)，从而气流从所述风道收缩装置中流出时风速均匀，方向一致，并与出口垂直；

式中：rc为风道收缩装置轴向距离为xc处的高度尺寸，单位为m；r1为风道收缩装置进口高度尺寸，单位为m；r2为风道收缩装置出口高度尺寸，单位为m；xc为距风道收缩装置进口距离；

在所述气罩部件的所述稳定装置上固定有横向调节部件，所述横向调节部件包括横向调节电机以及相互配合的横向调节螺杆和横向调节螺套；所述横向调节电机固定在所述气罩部件的所述稳定装置一侧，所述横向调节螺杆安装在所述横向调节电机的输出轴上，所述横向调节螺套固定在所述稳定装置侧板侧板上。

还包括纵向调节部件，所述纵向调节部件包括纵向调节电机、主动齿轮、左齿条、被动齿轮、右齿条及齿轮箱体；所述齿轮箱体通过其两侧的支架固定在所述风道风道直流装置侧板上，所述左齿条固定在第一风道收缩装置侧板上，所述右齿条固定在第二风道收缩装置侧板上；所述纵向调节电机固定安装在所述风道直流装置的侧板上，同时通过支撑螺杆固定在所述齿轮箱体上；所述主动齿轮安装在纵向调节电机的输出轴上，所述被动齿轮通过支承轴安装在所述齿轮箱体上，且所述主动齿轮与所述被动齿轮之间相互啮合；随着所述纵向调节电机的旋转，所述主动齿轮与所述被动齿轮分别带动所述左齿条与所述右齿条进行直线运动，从而所述带第一动风道收缩装置侧板和所述第二风道收缩装置侧板运动，实现所述风道收缩装置开口尺寸变化。

在所述第一风道收缩装置侧板内侧壁上设有凸条，在所述第二风道收缩装置侧板外侧相对应地位置上设有与所述第一风道收缩装置侧板内侧壁上设的凸条相对应的滑槽，二者相互配合。

所述横向调节部件中相互配合的横向调节螺杆和横向调节螺套为两组，在所述横向调节电机的输出轴上固定安装第二传动锥齿轮，在所述第二传动锥齿轮相对的两侧上分别安装有第一传动锥齿轮，所述第一传动锥齿轮与所述第二传动锥齿轮啮合；两根横向调节螺杆分别安装在两侧的所述第一传动齿轮上，相应的横向调节螺套通过螺纹安装在所述横向调节螺杆上。

所述集气装置距离所述无人飞机的旋翼的距离h为200mm，所述集气装置上口径为正方形，其边长a为对角旋翼外缘的1.2倍。

所述集气装置、所述扩散装置、所述稳定装置、所述风道收缩装置及所述风道直流装置各侧板及前后板内侧均有密封柔性布，其形状与所述气罩部件展开时外形一致。

本发明与现有技术相比，具有有益如下技术效果：

(1)雾滴防飘。本发明提出的植保无人飞机防飘喷洒装置，可以在喷头喷雾区域外围形成一圈风幕，降低外界气流对雾滴的影响效果，实现雾滴防飘；同时可根据飞行信息、外界风速的大小、冠层疏密程度实时调整出口气流的大小，进一步降低雾滴飘移。

(2)雾滴喷洒均匀。本发明提出的植保无人飞机防飘喷洒装置，其出口处形成的气流风速均匀，方向一致，实现雾滴均匀喷洒。

(3)机构简单实用。本发明装置采用简单的集流装置，实现旋翼下洗气流的二次利用

附图说明

图1为工作状态正视图。

图2为工作状态去除左侧风道直流装置侧视图。

图3运输状态正视图。

图4为气罩部件结构图。

图5为去除部分稳定装置柔性前板的扩散装置、稳定装置气囊结构图(此图中零件均为柔性布囊)。

图6为横向调节部件图。

图7为纵向调节部件图。

图8为风道收缩装置结构图。

图9为风道直流装置结构图。

图10为控制流程图。

其中，100-无人飞机；200-气罩部件；300-横向调节部件；400-喷洒部件；500-纵向调节部件；

101-前图像传感器；102-后图像传感器；201-集气装置；202-扩散装置；202a-扩散装置柔性导流板；202b-第二扩散装置侧板；202c-扩散装置前后板；202d-第一扩散装置侧板；202e-扩散装置柔性前后板；203-稳定装置；203a-整流板；203b-稳定装置前后板；203c-稳定装置侧板；203d-稳定装置柔性前后板；204-风道收缩装置；204a-第一风道收缩装置侧板；204b-第二风道收缩装置侧板；204c-风道收缩装置前后板；205-风道直流装置；206-第一旋转轴；207-第二旋转轴；208-第三旋转轴；209-出口风速传感器；301-横向调节螺套；302-横向调节螺杆；303-横向调节电机；304-第一传动锥齿轮；305-第二传动锥齿轮；501-纵向调节电机；502-支撑螺杆；503-支架；504-左齿条；505-主动齿轮；506-被动齿轮；507-右齿条；508-齿轮箱体；509-支承轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1、2、3所示，本发明的植保无人飞机防飘喷洒机构安装在所述无人飞机100下方，包括前图像传感器101、后图像传感器102、气罩部件200、横向调节部件300、喷洒部件400以及纵向调节部件500。所述前图像传感器101和所述后图像传感器102分别安装在所述无人飞机100下方的前后位置，分别在所述无人飞机100正飞和反飞时探测作物冠层密度及作业幅宽；在所述无人飞机100上安装有用于检测所述无人飞机飞行方向及飞行速度的传感器。所述气罩部件200通过内部支撑架连接到所述无人飞机100外壳，所述横向调节部件300安装在所述气罩部件200下部，所述纵向调节部件500安装在所述气罩部件200下部侧面，所述喷洒部件400安装在所述气罩部件200的下方。

如图3、4所示，所述气罩部件200包括集气装置201、扩散装置202、稳定装置203、风道收缩装置204、风道直流装置205以及出口风速传感器209；所述稳定装置203与所述扩散装置202、所述集气装置201与所述扩散装置202分别通过第二旋转轴207、第三旋转轴208连接，所述风道直流装置205安装在所述稳定装置203下方两侧位置，且其长度与所述集气装置201的边长一致。所述集气装置201距离所述无人飞机100的旋翼的距离h为200mm，所述集气装置201上口径为正方形，其边长a为对角旋翼外缘的1.2倍；如图4所示，所述扩散装置202由扩散装置前后板202c和扩散装置侧板构成，所述扩散装置侧板包括第一扩散装置侧板202b和第二扩散装置侧板202d，在所述第二扩散装置侧板202b上开有长槽，在所述第一扩散装置侧板202d上对应位置设有凸轴，所述第一扩散装置侧板202b通过所述凸轴和所述长槽的配合，可滑动的安装在所述第二扩散装置侧板202d上。在所述扩散装置前后板202c的内壁上安装有对低速气流进行导流分配的扩散装置柔性导流板202a；所述扩散装置柔性导流板202a的上端安装在所述扩散装置前后板202c的内壁上，下端固定在所述稳定装置203上，侧面安装在202e上；在所述扩散装置前后板202c和所述扩散装置侧板之间安装有扩散装置柔性前后板202e；；如图4所示，所述稳定装置203由稳定装置前后板203b和稳定装置侧板203c构成，在所述稳定装置前后板203b与所述稳定装置侧板203c之间安装有稳定装置柔性前后板203d，所述稳定装置柔性前后板203d内部安装有蜂窝状整流板203a；所述风道收缩装置204由前风道收缩装置、中风道收缩装置、后风道收缩装置三部分构成，均通过第一旋转轴206与所述稳定装置203连接，并各自可以绕其第一旋转轴206转动；所述风道收缩装置204的长度l为喷洒作业幅宽；在各风道收缩装置的末端均设有出口风速传感器209。如图8所示，所述风道收缩装置204包括第一风道收缩装置侧板204a、第二风道收缩装置侧板204b以及风道收缩装置前后板204c，所述第一风道收缩装置侧板204a可滑动地安装在所述第二风道收缩装置侧板204b外侧；两侧的所述风道收缩装置前后板204c之间通过柔性涂层布连接密封；在本发明中，在所述第一风道收缩装置侧板204a内侧壁上设有凸条，在所述第二风道收缩装置侧板204b外侧相对应地位置上设有与所述第一风道收缩装置侧板204a内侧壁上设的凸条相对应的滑槽，二者相互配合；所述风道收缩装置前后板204c的形状以维氏曲线进行设计，见公式(1)，从而气流从所述风道收缩装置204中流出时风速均匀，方向一致，并与出口垂直；

式中：rc为风道收缩装置轴向距离为xc处的高度尺寸，单位为m；r1为风道收缩装置进口高度尺寸，单位为m；r2为风道收缩装置出口高度尺寸，单位为m；xc为距风道收缩装置进口距离。

如图9所示，所述风道直流装置205作为植保无人飞机的起落架，结构为带侧边的竖直长方体结构，侧边用来密封风道收缩装置204与风道直流装置205之间的距离；在所述风道直流装置205的底部设有窄缝状出气孔。

所述横向调节部件300通过两侧支架固定在所述气罩部件200的所述稳定装置203上；如图6所示，所述横向调节部件300包括横向调节电机303、横向调节螺杆302、横向调节螺套301、第一传动锥齿轮304以及第二传动锥齿轮305；所述横向调节电机303固定在所述气罩部件200的所述稳定装置203前板中间，在所述横向调节电机303的输出轴上固定安装有第二传动锥齿轮305，在所述第二传动锥齿轮305相对的两侧上设有第一传动锥齿轮304，所述第一传动锥齿轮304与所述第二传动锥齿轮305啮合；所述横向调节螺杆302安装在第一传动齿轮304上，所述横向调节螺套301安装在所述稳定装置侧板203c上，所述横向调节螺套301通过螺纹安装在所述横向调节螺杆302上；所述横向调节电机303带动第二传动齿轮305旋转，所述第二传动齿轮305带动第一传动齿轮304旋转，所述第一传动齿轮304带动横向调节螺杆302旋转，使得横向调节螺套301直线运动；从而使得所述扩散装置202、所述稳定装置203、所述风道收缩装置204均可以伸缩。所述喷洒部件400安装在所述气罩部件200的所述中风道收缩装置的前后板204c上，其喷头位于所述中风道收缩装置中心。如图7所示，所述纵向调节部件500包括纵向调节电机501、主动齿轮505、左齿条504、被动齿轮506、右齿条507及齿轮箱体508；所述齿轮箱体508通过其两侧的支架503固定在所述风道直流装置205侧板上，所述左齿条504固定在第一风道收缩装置侧板204a上，所述右齿条507固定在第二风道收缩装置侧板204b上；所述纵向调节电机501固定安装在所述风道直流装置205的侧板上，同时通过支撑螺杆502固定在所述齿轮箱体508上；所述主动齿轮505安装在纵向调节电机501的输出轴上，所述被动齿轮506通过支承轴509安装在所述齿轮箱体508上，且所述主动齿轮505与所述被动齿轮506之间相互啮合；随着所述纵向调节电机501的旋转，所述主动齿轮505与所述被动齿轮506分别带动所述左齿条504与所述右齿条507进行直线运动，从而带动所述第一风道收缩装置侧板204a、第二风道收缩装置侧板204b运动，实现所述风道收缩装置204开口尺寸变化。

此外，所述集气装置201、所述扩散装置202、所述稳定装置203、所述风道收缩装置204及所述风道直流装置205各侧板及前后板内侧均有密封柔性布(如涂层布)，其形状与所述气罩部件200展开时外形一致，通过这样的设计可以有效的避免气流外泄。

本发明的工作原理如下：

1)植保无人飞机准备作业时，开启电源，所述横向调节部件300开始工作，所述横向调节电机303旋转带动所述横向调节螺杆302转动，由所述于横向调节电机303与所述横向调节螺套301端部均固定在所述稳定装置203上，从而使得所述扩散装置202、所述稳定装置203、所述风道收缩装置204展开；2)所述无人飞机100启动，旋翼产生的下洗气流全部被所述气罩部件200收集利用，收集的气流在进入到所述集气装置201中，继而进入到所述扩散装置202中，所述扩散装置202由于上端小、下端大，进而使得气流速度降低，降低损耗，同时所述扩散装置202内部有所述扩散装置柔性导流板202a，对低速气流进行导流分配，使得气流以低速进入到所述稳定装置203，所述稳定装置203内部有所述整流板203a，进一步将气流导直并相稳定，稳定的气流进入到所述风道收缩装置204中进行加速，由于所述风道收缩装置前后板204c的形状以维氏曲线进行设计，从而气流从所述风道收缩装置204中流出时风速均匀，方向一致，并与出口垂直。

此外，部分气流进入到所述风道直流装置205中，并从两侧流出，形成左右风幕，可以抵御外界环境侧风对雾滴的影响。

风道收缩装置204的气流分为三股分别从前风道收缩装置、中风道收缩装置、后风道收缩装置的出口处流出，前、后风道收缩装置的气流形成前后风幕，可以抵御外界飞行方向的外界气流对雾滴的影响，并可以对作物冠层进行扰动，使得雾滴能够进入到作物内部，中风道收缩装置的气流携带着雾滴快速向下运动到达作物，完成喷洒；同时，所述风道直流装置205的气流形成左右风幕，可以抵御外界环境侧风对雾滴的影响。通过前后左右的四道风幕作用，使得雾滴不易发生飘移，实现均匀喷洒。

3)所述无人飞机100起飞后，按照规划的航线飞行。

由于无人飞机飞行时，会产生相对于植保无人飞机飞行方向反向的气流，会对雾滴飘移造成影响；外界风速也会对雾滴飘移造成影响；作物冠层密度影响喷洒效果。

地面风速风向传感器测定外界风速风向，所述前图像传感器101(正飞)或所述后图像传感器102(反飞)探测作物冠层密度及作业幅宽，无人机本体上传感器检测飞行方向(正飞、反飞)及飞行速度，并将其传输给控制系统，控制系统根据接收的信号对安装在所述风道收缩装置204的所述纵向调节部件500及所述横向调节部件300进行控制。

地面风速风向传感器检测外界风速数值时，并无线传输至控制系统，无人机本体上传感器检测到飞行方向(正飞、反飞)及飞行速度，传输至控制系统，同时，前、后风道收缩装置的出口风速传感器209将前、后风道收缩装置出口处风速传输至控制系统，由于控制系统内部存储有与外界风速、飞行方向、飞行速度相对应的风道收缩装置出口风速值(作业前通过试验获得，该出口风速能够减少外界气流对雾滴的影响)，从而控制系统控制前、后风道收缩装置上的所述纵向调节部件500，使得前、后风道收缩装置开口尺寸变化，实现前、后风道收缩装置出口处气流速度改变，同时，所述前、后风道收缩装置的出口风速传感器209将出口风速再次传输至控制系统，并与系统内部存储的数据进行比对，如符合，则前、后风道收缩装置出口不再变化，从而降低外界环境风速及飞行方向、飞行速度对雾滴飘移的影响。

前、后图像传感器探测作物冠层密度时，并传输至控制系统，同时，中风道收缩装置的所述出口风速传感器209将中风道收缩装置出口处风速传输至控制系统，由于控制系统内部存储有与作物冠层密度相对应的中风道收缩装置出口风速值(作业前通过试验获得，雾滴在一定出口风速下能够穿透相对应的作物冠层)，从而控制系统控制所述中风道收缩装置上的所述纵向调节部件500，使得所述中风道收缩装置开口尺寸变化，实现所述中风道收缩装置出口处气流速度改变，同时，所述中风道收缩装置的所述出口风速传感器209将出口风速再次传输至控制系统，并与系统内部存储的数据进行比对，如符合，则所述中风道收缩装置出口不再变化，从而增加雾滴穿透性。

当图像传感器监测到喷洒幅宽超出作业对象范围(如田块边缘、幼龄果树)，控制系统控制所述横向调节部件300，所述横向调节电机303旋转带动所述横向调节螺杆302转动，由于所述横向调节电机303与所述横向调节螺套301端部均固定在所述稳定装置203上，从而使得所述扩散装置202、所述稳定装置203、所述风道收缩装置204收缩，由于前后左右气流的抑制作用，实现喷洒幅宽减小；进一步的，由于喷洒幅宽减小，飞控系统加大飞行速度，使得单位面积喷洒流量一致。

4)植保作业完成后，植保无人飞机准备返回降落，控制系统控制所述横向调节部件300工作，所述横向调节电机303旋转带动所述横向调节螺杆302反向转动，从而使得所述扩散装置202、所述稳定装置203、所述风道收缩装置204收缩，降低飞行阻力。降落后左右风道直流装置205可作为起落架使用。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。