[发明专利]一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法

权利要求书

1.一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，包括飞行主控系统、传感采集处理系统、对靶喷雾流量控制系统及供电装置；

所述飞行主控系统，用于处理无人机位置信息、姿态信息参数，控制无人机稳定飞行，该飞行主控系统包括飞控主板、动力装置、远程遥控通信装置及飞行数据记录装置；

所述传感采集处理系统，实时处理获取的田间杂草图像数据，该传感采集处理系统包括工控主板、USB摄像头及视频解码器，所述USB摄像头采集的图像，通过视频解码器解码后传输给工控主板；

所述对靶喷雾流量控制系统，用于实现离心喷头方向及流量大小的调节，该对靶喷雾流量控制系统包括对靶云台、PWM模块、药箱、隔膜泵及离心喷头组成；在物理上，所述药箱、隔膜泵及离心喷头采用水管依次顺序连接，离心喷头安装在对靶云台上；电气上，离心喷头与PWM模块连接，PWM模块与工控主板连接；

所述对靶云台是一种二轴旋转支架装置，包括第一减震固定板、第二减震固定板、减震片、水平旋转机构、连接机构、垂直旋转机构、横杆、喷头紧固件、二轴云台控制板以及姿态反馈元件；物理上，所述第一减震固定板与第二减震固定板通过螺柱固定，减震片安装在第一减震固定板与第二减震固定板的外侧，水平旋转机构与第二减震固定板连接，水平旋转机构与连接机构连接，连接机构与垂直旋转机构连接，垂直旋转机构与横杆连接，横杆与喷头紧固件连接，离心喷头固定在喷头紧固件上，二轴云台控制板固定在第二减震固定板上方，姿态反馈元件固定在第二减震固定板下方；电气上，水平旋转机构、垂直旋转机构及姿态反馈元件均通过串口接入二轴云台控制板；

所述二轴云台控制板是一种MOS管驱动的电机控制板，安装在第二减震固定板上，可接收姿态反馈元件的离心喷头倾斜角和伺服电机加速度参数，并控制伺服电机转动，使离心喷头保持稳定的姿态和快速的角度变换；

所述USB摄像头安装在无人机前进方向前侧的中间位置，对靶云台安装在无人机前进方向后侧的中间位置，两者可通过滑块在导轨上调节位置，保持最佳时延距离，为系统软、硬件时延预留响应时间；

所述时延距离可参考如下公式：

式中，l为时延距离，l_e是距离误差，v_ref是无人机理想速度，v是无人机实际速度，t_c为系统总时延，ε为其他因素。

2.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，所述动力装置用于驱动螺旋桨和控制舵机，为无人机提供动力，该动力装置包括无刷电机、螺旋桨及电调，所述电调与无刷电机连接，所述无刷电机上方设置螺旋桨；

所述远程遥控通信装置用于操作者调整无人飞行器的姿态、速度及高度，该远程遥控通信装置包括地面控制站和无线通信模块，通过无线模块实现飞控主板和地面控制站的无线信号传输；

所述飞行数据记录装置用于将无人机的位置、速度、高度及姿态信息通过无线方式传送到地面控制站，便于无人机的稳定控制，该飞行数据记录装置包括GPS模块和惯性姿态传感器，所述GPS模块安装在无人机的顶部，所述惯性姿态传感器设置在飞控主板上。

3.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，所述工控主板采用嵌入式人工智能超级计算平台，用于田间杂草图像数据采集、分析处理和流量控制。

4.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，所述PWM模块采用大功率MOS触发开关驱动模块，用于将PWM占空比信号转化成电动离心喷头驱动电压信号；

所述药箱容量约为5L，挂载在无人机的正下方，隔膜泵的正上方，出水口与隔膜泵入水口相连。

5.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，所述隔膜泵用于提供药液喷施压力，采用12V电压供电喷雾水泵，最大流量为4.5L/min，出水口接离心喷头。