一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的装置及方法与流程

本发明属于无人机喷雾领域，具体涉及一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的装置及方法。

技术背景

农用无人机不受地理因素制约，能顺利高效完成作业任务，无人机药、肥喷洒作业效果好、安全性高，且能降低作业人员农药中毒的风险，自动化程度高，作业机组人员相对较少，劳动强度低，所以无人机在农业上得到了广泛的应用。

在无人机农药喷洒的过程中，农药的雾滴粒径大小、覆盖密度对杀虫剂、杀菌剂等药效均有显著影响，雾滴沉积均匀性影响着农药药效，一定的雾滴覆盖度密度就可以达到理想的防治效果，并不需要采用大容量淋洗式的喷雾方式，故对雾滴沉积均匀性的监测在无人机喷洒过程中非常重要。

目前在农业无人机喷洒领域，主要采用水敏纸检测法来检测雾滴密度和雾滴覆盖率，方法是将水敏纸粘贴在载玻片上，将载玻片按照一定的间距放置在农作物中，喷雾后过一段时间，收集载玻片于盛有硅胶颗粒的载玻片盒中密封保存，待雾滴固定后，扫描输入电脑，但此法需要在室外田间进行，检测误差较大，而且试验环境不可控制，导致试验结果各有差异，重复性低。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种能够在室内进行、试验环境可控、快速准确地检测无人机喷雾雾滴沉积情况的方法，以及提供适合该方法的检测装置，具体技术方案如下：

一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的装置，包括机架、x向运动机构、y向运动机构、z向运动机构、载物台、激光测距模块、阵列穴盘容器和机架；x向运动机构由电机、同步轮组、同步轮ⅴ、同步轮ⅵ和橡胶同步带ⅲ组成；z向运动机构由手轮、滑块、光杆、轴承座、传动滑块、丝杆和带座轴承组成；y向运动机构由帯座轴承、轴承座、光杆组、光杆ⅲ、光杆ⅴ、光杆ⅰ、光杆ⅱ、光杆ⅳ、滑块组、滑块ⅰ、滑块ⅱ、橡胶同步带组、橡胶同步带ⅰ、橡胶同步带ⅱ、同步轮组、同步轮ⅲ、同步轮ⅰ、同步轮ⅱ、同步轮ⅳ和电机组成；机架上设置有y向运动机构和z向运动机构，y向运动机构上以螺纹连接方式连接x向运动机构，x向运动机构上安装有激光测距模块，激光测距模块的下方设有载物台，阵列穴盘容器置于载物台上，载物台的两侧与z向运动机构连接；x向运动机构与y向运动机构均采用同步轮+同步带、电机驱动的形式来直线运动，z向运动机构采用丝杆的方式来直线运动，一端与手轮固定连接。

优选地，机架是采用铝合金型材搭建，通过螺栓连接；

优选地，阵列穴盘容器外形为长方体，容器中布满水槽，水槽为1cm×1cm×10cm的长方体结构，相邻两个水槽之间的距离为0.5~1mm，阵列穴盘容器底部装有小轮；侧面有孔，用于两容器之间插销连接；

优选地，机架的底部装有万向轮；

优选地，载物台上设置有导轨，导轨与阵列穴盘容器底部的小轮相配合；

更优选地，载物台上设有挡板、导轨上设置两个卡槽，槽上放置止推块，轨道、挡板及止推块一起限定阵列穴盘容器的位置；

更优选地，载物台底部装有测高传感器。

本发明还提供了一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的方法，包含以下步骤：

（1）将喷雾无人机固定在离地面0.5~2m的装置上；根据无人机喷头位置及喷雾幅宽分布情况，在地面上放置2~100个阵列穴盘容器，对每一个阵列穴盘容器进行坐标标记；

（2）装满药箱、启动无人机、打开喷头，喷洒药液，由阵列穴盘容器收集沉积的雾滴；待药液喷完，关闭喷头后关闭无人机；

（3）手动放下液体体积检测装置的载物台，将阵列穴盘容器放入液体体积检测装置中；

（4）自动校准液体体积检测装置的x、y方向，确定激光测距模块检测起点；手动校准装置的z方向，确定载物台高度；

（5）开始检测：将激光测距模块沿x的正方向检测一行，然后激光测距模块在该行的末端向y的正方向检测一个槽，接着激光测距模块向x的负方向检测，依次之字形进行检测。同时，激光测距模块将检测到的数据传输到微处理器，经微处理器解算，得到液体体积；

（6）检测完毕后，激光测距模块自动回到起始点，检测其他阵列穴盘容器，重复以上步骤5；

（7）数据分析，以三维图的形式显示雾滴沉积分布情况。

本发明的技术优势在于：可以在室内研究无人机飞行高度、速度及旋翼风场对雾滴在空中的漂移与沉积的影响情况，并且能节省试验空间，具有快速、直观的特点。同时，本发明可对无人机在静态（无旋翼风）、动态（有旋翼风）喷雾的雾滴均匀性做出定量判别。

附图说明

图1为本发明中检测装置的结构示意图

图2为本发明中检测装置的载物台三维图

图3为本发明中检测装置的阵列穴盘容器三维图

图4为本发明中检测装置的4个阵列穴盘容器连接图

其中，具体代码为：100、x向运动机构110、电机120、同步轮组121同步轮ⅴ122、同步轮ⅵ130、橡胶同步带ⅲ200、z向运动机构210、手轮220、滑块230、光杆240、轴承座250、传动滑块260、丝杆270、带座轴承300、y向运动机构310、帯座轴承320、轴承座330、光杆组331、光杆ⅲ332、光杆ⅴ333、光杆ⅰ334、光杆ⅱ335、光杆ⅳ340、滑块组341、滑块ⅰ342、滑块ⅱ350、橡胶同步带组351、橡胶同步带ⅰ352、橡胶同步带ⅱ360、同步轮组；361、同步轮ⅲ362、同步轮ⅰ363、同步轮ⅱ364、同步轮ⅳ370、电机400、激光测距模块500、阵列穴盘容器600、小轮700、载物台800、机架900、万向轮1000、止推块1100、插销。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明作进一步详细描述。

本发明提供了一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的装置，包括机架900、x向运动机构100、y向运动机构300、z向运动机构200、载物台700、激光测距模块400、阵列穴盘容器500和机架800；x向运动机构100由电机110、同步轮组120、121同步轮ⅴ、同步轮ⅵ122和橡胶同步带ⅲ130组成；z向运动机构由手轮210、滑块220、光杆230、轴承座240、传动滑块250、丝杆260和带座轴承270组成；y向运动机构300由帯座轴承310、轴承座320、光杆组330、光杆ⅲ331、光杆ⅴ332、光杆ⅰ333、光杆ⅱ334、光杆ⅳ335、滑块组340、滑块ⅰ341、滑块ⅱ342、橡胶同步带组350、橡胶同步带ⅰ351、橡胶同步带ⅱ352、同步轮组360、同步轮ⅲ361、同步轮ⅰ362、同步轮ⅱ363、同步轮ⅳ364和电机370组成；机架800上设置有y向运动机构300和z向运动机构200，y向运动机构300上以螺纹连接方式连接x向运动机构100，x向运动机构100上安装有激光测距模块400，激光测距模块400的下方设有载物台700，阵列穴盘容器500置于载物台700上，载物台700的两侧与z向运动机构200连接；x向运动机构100与y向运动机构300均采用同步轮+同步带、电机驱动的形式来直线运动，z向运动机构200采用丝杆的方式来直线运动，一端与手轮固定连接。

本发明中，液体体积检测装置的机架800是采用铝合金型材搭建起来，铝合金型材通过螺栓连接。

x向运动机100、y向运动机构300是采用同步轮+同步带、电机驱动的形式来直线运动，x向运动机构100通过螺纹连接装在y向运动机构300上，使激光测距模块400能在x、y方向移动；z向运动机构200采用丝杆260的方式来直线运动的，一端与手轮固定连接，当载物台700下降时，方便阵列穴盘容器500放入载物台700内；载物台700底部装有测高传感器，检测载物台700离地高度，用于手动校准载物台700高度。

阵列穴盘容器500的外形为长方体，容器中布满水槽，水槽为1cm×1cm×10cm的长方体，相邻的两个水槽之间的距离为0.5~1mm；阵列穴盘容器500底部装有小轮600，方便移动；阵列穴盘容器700侧面有开槽，方便搬运；阵列穴盘容器700侧面有孔，用于两容器之间插销1100连接。

同时，为了方便本发明的液体体积检测装置的搬运和移动，在本装置的机架800底部装有万向轮900。

另外，为快速放入阵列穴盘容器500，在液体体积检测装置的载物台700上设置有导轨，导轨与阵列穴盘容器500底部的小轮600相配合，控制阵列穴盘容器500在载物台700上的运动轨迹，以便快速放入。载物台700设有挡板，导轨上设置两个卡槽，槽上放有止推块1000，导轨、挡板及止推块1000共同限定阵列穴盘容器的位置。

此外，本发明还提供了一种采用一种检测农用无人机喷雾雾滴沉积均匀性的方法，包含以下步骤：

（1）将喷雾无人机固定在离地面0.5~2m的装置上；根据无人机喷头位置及喷雾幅宽分布情况，在地面上放置2~100个阵列穴盘容器，对每一个阵列穴盘容器进行坐标标记；

（2）装满药箱、启动无人机、打开喷头，喷洒药液，由阵列穴盘容器收集沉积的雾滴；待药液喷完，关闭喷头后关闭无人机；

（3）手动放下液体体积检测装置的载物台，将阵列穴盘容器放入液体体积检测装置中；

（4）自动校准液体体积检测装置的x、y方向，确定激光测距模块检测起点；手动校准装置的z方向，确定载物台高度；

（5）开始检测：将激光测距模块沿x的正方向检测一行，然后激光测距模块在该行的末端向y的正方向检测一个槽，接着激光测距模块向x的负方向检测，依次之字形进行检测。同时，激光测距模块将检测到的数据传输到微处理器，经微处理器解算，得到液体体积；

（6）检测完毕后，激光测距模块自动回到起始点，检测其他阵列穴盘容器，重复以上步骤5；

（7）数据分析，以三维图的形式显示雾滴沉积分布情况。