一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法技术方案

本发明专利技术公开一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法，该喷施系统包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。本发明专利技术能够持续有效地对树体高直的橡胶林进行精准喷烟作业。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法
本专利技术涉及农业无人机喷施装置及方法，具体涉及一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统及喷施方法。
技术介绍
在橡胶树种植过程中，橡胶树经常会出现病虫害，需要进行长时间的管理以及定期进行病虫害的防治。在施药技术上，立地环境和林段大小及分布是制约施药器械选择的重要因素。传统的橡胶树病虫害防治施药方式大多为人工背负喷雾器或喷粉器，或利用风送机进行施药，这种作业方式防治效果差低、操作难度大、成本高，且农药残留对环境污染严重，还可能会对工作人员的身体健康造成一定的伤害。随着科技不断的发展，如今航空植保已经成为新时代的植保关键技术之一，无人机因其作业高度可调、自由灵活、机动性强、作业效率高等优点被广泛应用于农业中。但是受限于喷洒方式、自身载药量以及作业对象不同的生长特点，无人机对于林木喷施液体农药的效果并不是特别理想。尤其是对于树体高大的橡胶树来说，作业效果和作业连续性很难得到有效保证，特别是在树冠下层及叶片背面位置的受药效果表现较差，进而影响到了最终的病虫害防治效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述存在的问题，提供一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，该系留无人机烟剂喷施系统能够持续有效地对树体高直的橡胶林进行精准喷烟作业。本专利技术的另一个目的在于提供一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。上述适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统的工作原理为：工作时，无人车先搭载无人机到作业区域，然后无人机携带喷施装置升空，并停留在预定的高度上，接着无人车通过系留线缆往喷施装置中输送烟剂农药，经过烟雾辅助催发器的二次雾化和加压处理后，通过喷头将烟剂农药喷向橡胶树。在喷施的过程中，无人车通过系留线缆持续地往无人机输送电能，使得无人机具有持续续航的能力，直接完成喷施工作。本专利技术的一个优选方案，其中，所述喷头通过多自由度喷杆与高空储药箱连接，所述多自由度喷杆由相互垂直设置的第一喷杆和第二喷杆组成，所述第一喷杆通过电动球头转向节与第二喷杆连接；所述喷头设有多个，均匀排列在第二喷杆上。通过上述结构，可以对喷头的姿态进行多自由度灵活调节，适用不同的喷施要求，提高喷施效果。优选地，所述第一喷杆至少设有两个，相邻的第一喷杆之间通过电动球头转向节连接。优选地，所述喷头内部设置有流量控制器，可对烟剂喷施量进行精准控制。优选地，所述电动球头转向节内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头。优选地，所述第二喷杆上的端部设有靶标施烟效果辅助测定传感器，该靶标施烟效果辅助测定传感器用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药等关键信息，信息实时回传控制模块，协助喷施控制处理器的实时调节。具体地，所述靶标施烟效果辅助测定传感器为烟雾浓度传感器或激光传感器或红外传感器以及视觉传感器的一种或多种。优选地，所述喷施装置还包括喷施控制处理器，该喷施控制处理器与烟雾辅助催发器、电动球头转向节、流量控制器和靶标施烟效果辅助测定传感器电连接。在工作中，喷施控制处理器能够对烟雾辅助催发器的催发压力、多自由度喷杆的布置方式及喷头流量控制器的流量进行实时调节。本专利技术的一个优选方案，其中，所述无人车上设有后台控制模块，该后台控制模块用于接收无人机和喷施装置的工作数据，实时对接收到的数据信息进行处理分析，能够生成施烟作业处方图，规划施烟作业路径，确定多自由度喷杆实时展开姿态，控制喷烟压力与流量，确定各施药区域的烟剂喷施用量以及对烟剂飘移情况做出模拟评估；并控制喷施装置进行喷施工作以及控制无人车的行进和无人机的飞行。本专利技术的一个优选方案，其中，还包括安全模块，该安全模块包括飞行安全传感器和环境安全传感器，其中，所述飞行安全传感器安装在无人机上，用于实时测定飞行高度、飞行速度、旋翼转速、机身俯仰角度、飞行电压、飞行路径以及周边障碍物信息等飞行数据；所述环境安全传感器分别设置在智能无人车和无人机上，用于实时测定作业区域空间内的气象信息与无人机周围的大气及旋翼气流扰动情况，所述飞行安全传感器监测到的飞行数据信息和环境安全传感器监测到的环境数据信息通过无线通讯的方式回传至后台控制模块。本专利技术的一个优选方案，其中，所述无人车上设有若干个烟剂颗粒采样分析传感器，所述烟剂颗粒采样分析传感器水平朝上放置，该烟剂颗粒采样分析传感器上方为空旷无遮挡的空间。通过上述结构，由于烟剂颗粒采样分析传感器具有自净式连续烟剂颗粒采集能力，能够在较短的时间间隔内连续多次采集并分析烟剂颗粒附着情况，可实时测定施烟系统喷施作业过程中烟剂颗粒在地面的逸散沉降情况以评估烟剂农药脱靶率，进而为后台控制模块制定施烟决策提供参考。本专利技术的一个优选方案，其中，所述系留线缆的内部设有用于输送烟剂的内管路和用于输送电能、电信号的外管路，所述内管路中设置有用于防治烟剂农药回流地面的单向烟气阀门；所述外管路包裹在内管路之外，该外管路分隔成多个隔舱，多个隔舱分别用于收纳供电线、无损数据传输线、备用供电线、备用无损数据传输线和轻质高强度抗割索绳。优选地，所述系留线缆连接在无人车的一端缠绕在绕放线器上，另一端通过紧急脱钩装置与无人机连接。通过上述结构，可根据实际作业需求对系留线缆进行绕放操作，若遇紧急情况可进行线缆脱离操作，此时切换至机载紧急备用电池为无人机供电。一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施方法，包括以下步骤：(1)施烟作业前，利用安装有激光雷达的遥感测绘无人机对作业橡胶林进行航空遥感图像信息采集，获取施药区域的遥感影像，构建作业区域内所有橡胶树的树形病理三维点云成像图，将遥感数据信息传送至控制模块；(2)控制模块对接收到的遥感数据信息进行分析处理，规划形成施烟作业路径与施烟作业处方图，并确定多自由度喷杆的安装长度、初始喷施姿态以及喷头安装类型与数量；(3)将喷施装置安装至无人机上，并安装系留线缆；(4)无人机自无人车的顶部起降平台起飞至橡胶林第一阶段作业路径指定初始喷施位置悬停，喷施控制处理器伸展调节多自由度喷杆姿态；(5)无人车为无人机的高空储药箱供药，当烟剂农药储量检测传感器监测到药量达到高空储药箱量容积的50％时，喷施装置开始对橡胶树进行施烟作业，无人车在无人机的下方同步行进；(6)控制模块实时对回传的传感器数据信息进行分析处理，结合施烟作业处方图及时修正无人车与无人机的行进作业参数，并根据地面烟剂颗粒采样分析传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；/n所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，包括无人机和停留在地面上的无人车，所述无人机的下方挂载有用于向橡胶树喷洒烟剂农药的喷施装置，该喷施装置包括高空储药箱、喷头和用于将高空储药箱内的烟剂农药进行二次雾化处理并加压输送至喷头处的烟雾辅助催发器；
所述无人车与无人机之间设有用于为无人机输送电能和为喷施装置输送烟剂农药的系留线缆。


2.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述喷头通过多自由度喷杆与高空储药箱连接，所述多自由度喷杆由相互垂直设置的第一喷杆和第二喷杆组成，所述第一喷杆至少设有两个，相邻的第一喷杆之间通过电动球头转向节连接；
所述第一喷杆通过电动球头转向节与第二喷杆连接；
所述喷头设有多个，均匀排列在第二喷杆上；所述喷头内部设置有流量控制器。


3.根据权利要求2所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述电动球头转向节内部为带有轮槽的万向球体和可在球体上滑动的喷杆连接头，外部由X、Y、Z共3个方向的电机共同协调驱动万向球体和喷杆连接头。


4.根据权利要求2所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述第二喷杆上的端部设有靶标施烟效果辅助测定传感器，该靶标施烟效果辅助测定传感器用于实时测定橡胶树冠层变化、喷施烟剂颗粒空间分布以及靶标有效着药信息；
所述喷施装置还包括喷施控制处理器，该喷施控制处理器与烟雾辅助催发器、电动球头转向节、流量控制器和靶标施烟效果辅助测定传感器电连接。


5.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，所述无人车上设有后台控制模块，该后台控制模块用于接收无人机和喷施装置的工作数据，实时对接收到的数据信息进行处理分析，生成施烟作业处方图，规划施烟作业路径，确定多自由度喷杆实时展开姿态，控制喷烟压力与流量，确定各施药区域的烟剂喷施用量以及对烟剂飘移情况做出模拟评估；并控制喷施装置进行喷施工作以及控制无人车的行进和无人机的飞行。


6.根据权利要求1所述的适用于橡胶树的系留无人机烟剂喷施系统，其特征在于，还包括安全模块，该安全模块包括飞行安全传感器和环境安全传感器，其中，所述飞行安全传感器安装在无人机上，用于实时测定飞行高度、飞行速度、旋翼转速、机身俯仰角度、飞行电压、飞行路径以及周边障碍物信息等飞行数据；
所述环境安全传感器分别设置在智能无人车和无人机上，用于实时测定作业区域空间内的气象信息与无人机周围的大气及旋翼气流扰动情况，所述飞行安全传感器监测到的飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，张少勋，张喜瑞，付威，陈致水，袁成宇，汝绍锋，王涛，林茂，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;46