一种能够仿形喷施的植保无人机及其喷施方法

摘要

本发明涉及农业设备技术领域，更具体地，涉及一种能够仿形喷施的植保无人机及其喷施方法，包括无人机，所述无人机上设有药箱、仿形装置、三维形态检测装置，所述无人机、仿形装置上均设有喷施装置，所述药箱与喷施装置相连通；所述植保无人机还包括数据处理分析装置，所述无人机、仿形装置、三维形态检测装置、喷施装置均与数据处理分析装置通信连接。本发明能够提高药液对果树作物冠层的覆盖率，还能够实现精准对靶喷施，大幅度降低漏喷率和重喷率，提高农药利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及农业设备技术领域，更具体地，涉及一种能够仿形喷施的植保无人机及其喷施方法。

背景技术

近年来，由于农用无人机具有作业速度快、移动灵活、作业安全、不受地形环境因素影响且节能环保等优点，因此作为农业航空的重要标志之一的航空喷施方式得到了迅速的应用和发展。

随着农用无人机的应用范围越来越大，其作业方式所存在的一些弊端也逐渐显露出来。其中，无人机的作业幅宽难以随时改变，这就使得同一架无人机在面对不同的作业对象时难以达到最佳的作业效果，容易出现重喷率高、漏喷率高、冠层之外的位置无法被药液覆盖等缺点，从而降低植保航空的作业效果。

现在的无人机无法根据作物的形态和大小来调整自己的作业喷幅，这就导致无人机在作业时需要对单一植被进行重复作业才能使药液完全覆盖作业对象，这往往很容易导致重喷率和漏喷率增高以及药液的浪费，而且上述问题在作业对象是果树作物时尤为明显。

公开号为CN112224414A的中国专利文献，公开了一种用于果树打药的多旋翼无人机及其施药方法，喷药机械臂可以自动改变姿态，伸缩，以适应果树的农药喷洒。

但上述方案无法对果树进行仿形喷施，导致药液浪费、喷施效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够仿形喷施的植保无人机及其喷施方法，能够提高药液对果树作物冠层的覆盖率，还能够实现精准对靶喷施，大幅度降低漏喷率和重喷率，提高农药利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种能够仿形喷施的植保无人机，包括无人机，所述无人机上设有药箱、仿形装置、三维形态检测装置，所述无人机、仿形装置上均设有喷施装置，所述药箱与喷施装置相连通；所述植保无人机还包括数据处理分析装置，所述无人机、仿形装置、三维形态检测装置、喷施装置均与数据处理分析装置通信连接。

本发明包括一种能够仿形喷施的植保无人机，药箱用于存储药液，三维形态检测装置用于对果树作物进行三维形态识别，数据处理分析装置根据识别结果控制仿形装置对果树作物进行仿形，并控制喷施装置对果树进行喷施，能够提高药液对果树作物冠层的覆盖率，还能够实现精准对靶喷施，大幅度降低漏喷率和重喷率，提高农药利用率。

优选地，所述仿形装置包括与所述数据处理分析装置通信连接的若干机械臂机构，所述机械臂机构由若干交替设置的关节单元、伸缩单元组成。伸缩单元、关节单元的设置，使得机械臂机构能够根据果树作物的冠层形状进行仿形，能够实现对果树整个冠层下方的喷施，提高药液对果树作物冠层的覆盖率。

优选地，所述喷施装置包括泵体、导管、多个第一喷头，多个第一喷头通过导管与泵体的输出端连接，所述泵体的输入端与药箱连接，且所述泵体与数据处理分析装置通信连接；所述第一喷头连接于所述仿形装置上远离所述无人机的一端。

优选地，所述喷施装置还包括连接于所述无人机底部的第二喷头，所述第二喷头通过导管与泵体连接。

优选地，所述无人机的底部连接有阻挡件，所述第二喷头位于所述阻挡件内。

优选地，所述三维形态检测装置连接于所述阻挡件的外壁上。

优选地，还包括与所述数据处理分析装置通信连接的距离检测装置，所述距离检测装置设于所述仿形装置上。当仿形装置距离果树作物过远或过近时，能够通过数据处理分析装置对仿形装置的位置进行再调整，防止喷施不到位或是仿形装置与果树作物相碰。

优选地，所述距离检测装置包括至少一个距离传感器，所述距离传感器设于所述伸缩单元上。

优选地，还包括与所述数据处理分析装置通信连接的报警装置。当植保无人机出现故障时，报警装置的设置能够快速提示作业人员对植保无人机进行检查。

本发明还包括一种能够仿形喷施的植保无人机的喷施方法，包括如下步骤：

S1.所述无人机起飞飞至待作业果树上方后，所述三维形态检测装置检测并获取果树作物冠层的三维形态数据，并传输至所述数据处理分析装置；

S2.在步骤S1之后，所述数据处理分析装置根据所述三维形态数据进行处理分析，得到用于控制所述仿形装置的运动轨迹信号；

S3.在步骤S2之后，所述无人机往靠近果树的方向飞行，所述数据处理分析装置根据所述运动轨迹信号控制所述仿形装置进行仿形运动，并控制所述喷施装置对果树冠层进行由上至下的环抱式喷施作业；

S4.完成喷施作业后，所述数据处理分析装置控制所述喷施装置停止喷施，并控制所述仿形装置返回初始状态，然后所述无人机飞至下一个目标果树，返回步骤S1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明包括一种能够仿形喷施的植保无人机及其喷施方法，药箱用于存储药液，三维形态检测装置用于对果树作物进行三维形态识别，数据处理分析装置根据识别结果控制仿形装置对果树作物进行仿形，并控制喷施装置对果树进行喷施，能够提高药液对果树作物冠层的覆盖率，还能够实现精准对靶喷施，大幅度降低漏喷率和重喷率，提高农药利用率。

附图说明

图1为本发明一种能够仿形喷施的植保无人机的结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为本发明一种能够仿形喷施的植保无人机的使用状态图。

图4为本发明一种能够仿形喷施的植保无人机的喷施方法的流程图。

图示标记说明如下：

1-无人机，2-药箱，3-仿形装置，31-关节单元，32-伸缩单元，33-第一连接杆，34-第二连接杆，4-三维形态检测装置，5-喷施装置，51-第一喷头，52-第二喷头，6-距离检测装置，7-阻挡件，8-连接件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图3所示为本发明一种能够仿形喷施的植保无人机的第一实施例，包括无人机1，无人机1上设有药箱2、仿形装置3、三维形态检测装置4，无人机1、仿形装置3上均设有喷施装置5，药箱2与喷施装置5相连通；植保无人机还包括数据处理分析装置，无人机1、仿形装置3、三维形态检测装置4、喷施装置5均与数据处理分析装置通信连接。

药箱2用于存储药液，三维形态检测装置4用于对果树作物进行三维形态识别，数据处理分析装置根据识别结果控制仿形装置3对果树作物进行仿形，并控制喷施装置5对果树进行喷施，能够提高药液对果树作物冠层的覆盖率，还能够实现精准对靶喷施，大幅度降低漏喷率和重喷率，提高农药利用率。本实施例中数据处理分析装置为单片机，设于无人机1的机架内；三维形态检测装置4为激光雷达。

另外，仿形装置3包括与数据处理分析装置电连接的若干机械臂机构，机械臂机构由多个交替设置的关节单元31、伸缩单元32组成，关节单元31、伸缩单元32均与数据处理分析装置电连接。如图1至图3所示，本实施例中伸缩单元32为电动推杆，关节单元31包括舵机和与舵机连接的齿轮组，通过舵机带动齿轮组转动来控制电动推杆的转动。如图1所示，本实施例中设置有六个机械臂机构，相邻的机械臂机构之间间距相等。

另外，喷施装置5包括泵体、导管、多个第一喷头51，多个第一喷头51通过导管与泵体的输出端连接，泵体的输入端与药箱2连接，且泵体与数据处理分析装置电连接；第一喷头51连接于仿形装置3上远离无人机1的一端。

还有，仿形装置3通过连接件8与无人机1铰接。如图2和3所示，仿形装置3还包括第一连接杆33、第二连接杆34；第一连接杆33的一端与位于机械臂机构末端的关节单元31连接，另一端连接第一喷头51；第二连接杆34的一端与位于机械臂机构前端的关节单元31连接，另一端通过舵机、齿轮组与无人机1底部连接。需要说明的是，机械臂机构末端指的是机械臂机构上远离无人机1的一端，机械臂机构前端指的是机械臂机构上靠近无人机1的一端。如图2和图3所示，本实施例中连接件8为第三连接杆，第三连接杆的两端分别与无人机1的机架、第二连接杆34铰接。第二连接杆34的设置能够提高仿形装置3的仿形效果。

其中，喷施装置5还包括连接于无人机1底部的第二喷头52，第二喷头52通过导管与泵体连接。如图2和图3所示，第一喷头51、第二喷头52均为雾化喷头，具体地，为圆锥型雾化喷头，其雾化角大于60°，能够避免果树冠层漏喷的现象发生。

另外，无人机1的底部连接有阻挡件7，第二喷头52位于阻挡件7内。如图2和图3所示，本实施例中阻挡件7为呈C形的挡块，第二喷头52位于挡块的凹陷位置。三维形态检测装置4连接于阻挡件7的外壁上，能够防止药液喷洒到三维形态检测装置4上。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中植保无人机还包括与数据处理分析装置电连接的距离检测装置6，距离检测装置设于仿形装置3上。如图2至图3所示，本实施例中距离检测装置6包括至少一个距离传感器，距离传感器安装于第一连接杆33上，还能够根据实际需求安装于伸缩单元32上。当伸缩单元32距离果树作物过远时，能够通过数据处理分析装置对仿形装置3的位置进行调整，防止第一喷头51喷施不到位；当伸缩单元32距离果树作物过近时，能够通过数据处理分析装置对仿形装置3的位置进行调整，防止仿形装置3与果树作物相碰。

还有，植保无人机还包括与数据处理分析装置电连接的报警装置。本实施例中报警装置为声光报警器，连接于无人机1的顶端，当无人机1发生故障或异常时，数据处理分析装置控制声光报警器鸣响以及闪烁，便于作业人员来检查无人机1。

实施例3

如图4所示为本发明一种能够仿形喷施的植保无人机的喷施方法的第一实施例，包括如下步骤：

S1.设待喷施的果树数量为n(n＝1,2,…)，设完成喷施的果树数量为m(m＝0,1,2,…)；无人机1起飞，无人机1飞至待作业果树上方后，三维形态检测装置4检测并获取果树作物冠层的三维形态数据，并传输至数据处理分析装置。

S2.在步骤S1之后，数据处理分析装置根据三维形态数据进行处理分析，得到用于控制仿形装置3的运动轨迹信号。

S3.在步骤S2之后，无人机1缓慢向下飞行，数据处理分析装置根据运动轨迹信号控制关节单元31、伸缩单元32、第一连接杆33、第二连接杆34进行仿形运动，同时数据处理分析装置控制泵体启动，药液依次通过泵体、导管流动至第一喷头51和第二喷头52处，第一喷头51、第二喷头52喷出的药液沿第一连接杆33的运动轨迹由上到下对果树冠层进行由上至下的环抱式喷施作业。

需要说明的是，数据处理分析装置根据运动轨迹信号控制仿形装置3所进行的仿形运动，指的是：无人机1在缓慢向下飞行接近果树的过程中，关节单元31、伸缩单元32、第一连接杆33、第二连接杆34与果树冠层最外层之间的距离持续保持一定数值，在该过程中仿形装置3所形成的形状与果树冠层相似。

S4.完成喷施作业后，数据处理分析装置控制泵体停止，第一喷头51、第二喷头52停止喷施，并控制仿形装置3返回初始状态，然后令m+1。

S5.在步骤S4之后，若m

实施例4

本实施例与实施例3类似，所不同之处在于，本实施例中植保无人机还包括与数据处理分析装置电连接的距离检测装置6、报警装置；步骤S3具体包括如下步骤：

S31.在步骤S2之后，无人机1缓慢向下飞行，距离检测装置6持续检测第一连接杆33、关节单元31与果树冠层之间的距离；

S32.数据处理分析装置根据运动轨迹信号控制关节单元31、伸缩单元32、第一连接杆33、第二连接杆34进行仿形运动，同时数据处理分析装置控制泵体启动，药液依次通过泵体、导管流动至第一喷头51和第二喷头52处，第一喷头51、第二喷头52喷出的药液沿第一连接杆33的运动轨迹由上到下对果树冠层进行环抱式喷施作业；在喷施过程中，当距离检测装置6检测到仿形装置3与果树冠层之间的距离较近时，执行步骤S33；当距离检测装置6检测到仿形装置3与果树冠层之间的距离较远时，执行步骤S34。

S33.数据处理分析装置控制对应的关节单元31、伸缩单元32、或第一连接杆33远离果树冠层；当对应的关节单元31、伸缩单元32、或第一连接杆33出现故障无法运作时，报警装置鸣响。

S34.数据处理分析装置控制对应的关节单元31、伸缩单元32、或第一连接杆33靠近果树冠层；当对应的关节单元31、伸缩单元32、或第一连接杆33出现故障无法运作时，报警装置鸣响。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。