一種農用遙控飛行植保機噴桿主動平衡裝置及調節方法與流程

本發明屬于農林業航空機械技術領域，具體涉及一種噴桿主動平衡裝置及調節方法。

背景技術：

在航空噴灑作業中，農用遙控飛行植保機上噴桿是用于安裝和承載噴頭的關鍵部件,噴桿的長度、安裝參數（位置、角度、水平度等）對噴灑有效幅寬甚至藥液霧滴的沉積分布效果等有著直接影響。一般情況下，農用遙控飛行植保機機載噴灑裝置在使用前，需要通過試驗測試，確定最佳的噴桿長度、噴桿安裝位置、噴頭安裝角度等，同時在實際作業中，希望噴桿保持預先設定好的狀態（水平狀態），以保證最佳的噴霧效果。

由于航空植保裝備的載荷限制，目前航空施藥多采用低量或超低量、高濃度噴灑方式，藥液的漏噴尤其是重噴現象會導致比地面機具更嚴重的后果，而現有的航空噴灑裝備上的噴桿大都是固定在起落架上或藥箱上，在安裝設計中（地面），噴桿與機身保持水平狀態，但是在實際作業中以下主要幾個因素會導致機身不能與地面保持水平，從而導致噴桿與作物冠層面不能保持水平：1）航空施藥裝備作業前進或后退飛行中，機身隨著旋翼面會有向前（后）一定角度的傾（仰）角，導致噴桿前傾（后仰），預先設定好的噴頭角度發生改變，影響噴灑均勻性；2）飛行作業中受到持續側風或者陣風作用影響，會導致機身傾斜，固定在機身的噴桿也會隨之傾斜，引起噴灑不均勻；3）由于航空施藥裝備自身的飛行中的振動引起的機身傾斜，或在地面裝配時重心配置、操控等因素引起的機身不水平等。以圖1、2所示，圖1中噴桿、噴頭的安裝位置預先設置好，設置中在一定噴灑高度h和旋翼下洗氣流的作用下，噴桿水平情況下能夠實現藥液預定幅寬的均勻噴灑，當有因素引起噴桿的姿態不能保持水平狀態時，會出現圖2所示意所出現的漏噴和重噴的現象,引起達不到防效和藥害的嚴重后果。

技術實現要素：

為了避免無人植保機飛行過程中各因素造成噴桿振（晃）動，而引起的漏噴和重噴現象，本發明設計了一種噴桿主動平衡裝置及調節方法，可解決傳統航空植保作業中噴灑裝備上噴桿的平衡姿態不能主動調節問題，支撐農業航空植保裝備發展。

為了實現上述技術目的，本發明公開的技術方案為：

一種農用遙控飛行植保機噴桿主動平衡裝置，其特征在于，包括平衡控制器和平衡執行機構：

所述平衡控制器設有控制單元和姿態傳感器，所述姿態傳感器安裝在飛行植保機的機身上，用于檢測機身的飛行姿態信息，并與所述控制單元連接；

所述平衡執行機構包括噴桿俯仰角度調節機構和噴桿橫滾角度調節機構，所述噴桿俯仰角度調節機構包括第一電機和第一電機安裝座，所述噴桿橫滾角度調節機構包括第二電機和第二電機安裝座，所述第一、第二電機分別與所述控制單元連接，第一電機固定在第一電機安裝座上，所述第一電機安裝座與機身連接，第一電機的動力輸出端與第二電機安裝座傳動連接，控制第二電機安裝座發生橫滾轉動，所述第二電機固定在第二電機安裝座上，所述噴桿通過軸承與第二電機安裝座連接，噴桿安裝在所述軸承的內圈中，軸承外圈安裝在第二電機安裝座上，所述噴桿上設有固定的同軸齒輪，所述第二電機的動力輸出端通過齒輪與所述同軸齒輪嚙合，控制噴桿的俯仰轉動。

在上述方案的基礎上，進一步改進或優選的方案還包括：

所述第二電機安裝座與一傳動齒輪軸固定連接，第一電機的動力輸出端通過齒輪與所述傳動齒輪軸傳動連接。

所述第一、第二電機均優選采用步進電機。

用于如上所述的一種農用遙控飛行植保機噴桿主動平衡裝置的調節方法，其特征在于，包括以下步驟：

一）預先設定噴桿在遙控飛行植保機機身上的安裝位置和噴頭的安裝角度；

二）將遙控飛行植保機靜置于水平地面上，啟動所述主動平衡裝置，初始化姿態傳感器 ；

三）通過控制單元讀取并記錄姿態傳感器在初始化狀態時獲得的機身俯仰、橫滾姿態角信息，以噴桿此時的對地狀態為初始狀態，并以所述初始狀態作為噴灑作業中對噴桿進行平衡調節的目標狀態，操作遙控飛行植保機起飛和噴灑作業，；

四）在噴灑作業中，通過控制單元讀取姿態傳感器發送的信號，判斷機身飛行姿態，計算出噴桿當下對地狀態與對地初始狀態的偏差角度，并確定糾正方向，根據所述偏差角度與相應步進電機步進角、相應傳動機構傳動比的關系，計算出向步進電機驅動器輸出的調節脈沖數量；

五）根據步驟四）的計算結果，由控制單元發出調節脈沖至步進電機驅動器，驅動相應步進電機轉動到一定角度，通過相應傳動機構調節噴桿的俯仰和/或橫滾角，糾正噴桿的姿態偏差，將噴桿調節至所述目標狀態，完成平衡調節；

六）噴灑過程中，重復步驟四）至步驟五）的過程，直至一次航空施藥作業結束。

所述步驟六）中，可根據預設的時間周期，在每個時間周期內重復一次步驟四）至步驟五）的過程。也可在控制單元檢測到姿態傳感器發送信號發生變化時，即重復一次步驟四）至步驟五）的過程。

有益效果：

本發明可以根據飛行植保機的飛行姿態實時的調節噴桿的橫滾或俯仰角度，使噴桿維持在預設的對地初始狀態，和作物冠層面盡量保持齊平，促使藥劑噴灑均勻，以避免重噴或漏噴的現象發生，且本發明噴桿主動平衡裝置及其調節方法易于實施，適合推廣使用。

附圖說明

圖1為現有技術狀態一的示意圖；

圖2為現有技術狀態二的示意圖；

圖3為本發明噴桿主動平衡裝置的結構示意圖；

圖4為本發明噴桿主動平衡裝置的控制電路示意圖；

圖5為本發明噴桿主動平衡裝置的工作流程示意圖。

具體實施方式

如圖3所示的一種農用遙控飛行植保機噴桿主動平衡裝置，由平衡控制器和平衡執行機構等部件組成。

所述平衡控制器包括控制單元和姿態傳感器：

所述控制單元可采用單片機或其它具有數據采集、處理等功能的控制單元，本實施例中所述控制單元為單片機，所述單片機由中央處理器（CPU）及相應的外圍電路構成，所述外圍電路包括必要的電壓輸入輸出、電壓轉化、數據采集與信號輸出、光電隔離等電路模塊。在農用無人植保機作業飛行過程中，中央處理器不斷采集姿態傳感器獲取的機身俯仰角、橫滾角等飛行姿態信息，作為補償調節的依據，給平衡執行機構輸出控制信號，以完成噴桿的自平衡調節。

所述姿態傳感器與所述控制單元連接，姿態傳感器安裝在飛行植保機的機身下部，用于檢測機身的飛行姿態。

所述平衡執行機構包括噴桿俯仰角度調節機構和噴桿橫滾角度調節機構，所述噴桿俯仰角度調節機構包括第一電機2和第一電機安裝座1，所述噴桿橫滾角度調節機構包括第二電機4和第二電機安裝座3，所述第一、第二電機分別與所述控制單元連接。

所述第一電機2固定在第一電機安裝座1上，第一電機安裝座1與飛行植保機的機身連接，所述第二電機安裝座3安裝在噴桿6的中部。第二電機安裝座3固定在一傳動齒輪軸上（未圖示），第一電機2的動力輸出端通過與所述傳動齒輪軸嚙合的齒輪帶動第二電機安裝座3及噴桿以機身縱向中線為中心發生橫滾轉動，所述第二電機4固定在第二電機安裝座3上，所述噴桿6通過兩個軸承與第二電機安裝座3連接，噴桿6安裝在所述軸承的內圈中，軸承外圈安裝在第二電機安裝座3上，所述噴桿6上設有固定的同軸齒輪5，所述第二電機4的動力輸出端通過齒輪與所述同軸齒輪嚙合，以控制噴桿6的俯仰轉動。第二電機安裝座3上可在其左右兩側對稱地設置兩個第二電機4，以保障平衡調節的穩定性，如圖4所示。

本實施例中，所述第一電機、第二電機均為步進電機，姿態傳感器采用電子陀螺儀。

用于如上所述農用遙控飛行植保機噴桿主動平衡裝置的調節方法，如圖5所示，包括以下步驟：

一）在實際航空施藥作業之前，根據所需的噴灑飛行高度、飛行速度、畝施藥量、有效噴幅等信息及氣壓、風速等環境因素，預先設定好噴桿在遙控飛行植保機機身上的安裝位置和噴頭的安裝角度；

二）將遙控飛行植保機靜置于水平地面上，啟動所述主動平衡裝置，初始化電子陀螺儀，設此時電子陀螺儀的初始化俯仰角α、橫滾角β為0°，“俯態”α角為正值，“仰態”α角為負值，“左向橫滾態”β角為正值，“右向橫滾態”β角為負值；

三）通過控制單元讀取并記錄電子陀螺儀在初始化狀態時獲得的機身俯仰、橫滾姿態角信息，同時設定第一、第二步進電機的角位移為0°，以噴桿此時的對地狀態（相對地面的俯仰角、橫滾角）為初始狀態，并以所述初始狀態作為噴灑作業中對噴桿進行平衡調節的目標狀態，操作遙控飛行植保機起飛、噴灑作業；

四）在噴灑作業中，通過控制單元實時采集電子陀螺儀發送的信號，判斷機身飛行姿態，當機身由于振動或其他因素引起陀螺儀的姿態角度發生變化時，電子陀螺儀俯仰角α、橫滾角β發生變化，根據噴桿與機身的相對空間位置關系，中央處理器計算出噴桿當下對地狀態與對地初始狀態的偏差角度，并確定糾正方向（即判斷噴桿處于“俯態”或“仰態”、“左向橫滾態”或“右向橫滾態”），根據所述偏差角度與相應步進電機步進角、相應傳動機構傳動比（如等速、減速或加速傳動等）的關系，計算出向步進電機驅動器輸出的調節脈沖數量；

五）根據步驟四）的計算結果，由控制單元發出調節脈沖至步進電機驅動器，驅動第一和/或第二步進電機的動力輸出軸轉動到一定角度，通過相應傳動機構（齒輪軸和齒輪）調節噴桿的俯仰和/或橫滾角，糾正噴桿的姿態偏差，將噴桿調節至所述目標狀態，完成平衡調節；

六）噴灑過程中，可根據預設的時間周期，每個時間周期內重復一次步驟四）至步驟五）的過程，或者設置當控制單元檢測到電子陀螺儀發送信號發生變化時，即重復一次步驟四）至步驟五）的過程，直至一次航空施藥作業結束。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書、說明書及其等效物界定。