一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置及其角度調整方法
【專利摘要】本發明屬于農用航空植保領域，涉及一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置及其角度調整方法。本發明是針對因作物樹冠傾斜的生物學外形特性、地勢造成的作物呈“梯度式”傾斜分布以及轉向時機身傾斜等特點造成的噴霧不均勻問題，通過航空植保機噴桿角度自動調整的方法，建立機身傾斜角等于噴桿調整的反偏轉角或建立仿形作物表面與地面的夾角等于噴桿調整的反偏轉角的數學模型，應用該模型自動調節噴桿角度，使自動仿形噴灑裝置達到仿形作物植冠外形提高噴霧均勻性的效果。本發明通過檢測生物學特性、地理因素和機身傾斜等因素來指導設計適用于復雜環境條件下的噴桿角度調整，做到“少施藥，施好藥”，提高噴霧均勻性和覆蓋率，提高農藥的利用率。
【專利說明】
一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置及其角度調整方法
技術領域
[0001] 本發明屬于農用航空植保領域，特別涉及一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置 及其角度調整方法。
【背景技術】
[0002] 影響航空噴霧均勻性的因素有很多種。就目前航空植保噴藥機固定噴桿而言，在 下述情況下勢必對噴霧均勻性產生極大影響:第一，地勢造成的作物呈"梯度式"或坡度（以 下統一稱為梯度)傾斜分布。由于地面有坡度所造成的作物梯度分布，如果農用航空植保機 噴桿角度不可調，必然導致農用航空植保機在作業時候造成霧滴分布不均勻。第二，不同作 物的生物學外形特性。當農用航空植保機在果園或茶園作業時，樹冠有很明顯的傾斜面，例 如柑橘樹、茶樹等。考慮到農用航空植保機機身不發生傾斜的情況下，如果噴桿角度不可調 性，僅僅從樹冠上部施藥，則會造成嚴重的施藥不均勻現象。第三，農用航空植保機的機身 傾斜。農用航空植保機在施藥作業中，飛機在田間轉彎過程中造成的機身傾斜現象不可避 免，或者操作人員操作不當造成的機身傾斜現象經常發生，如果農用航空植保機噴桿不可 調，施藥均勻性會受到極大的影響。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種提高農用航空植保噴霧均勻性的自動仿形噴灑裝置。
[0004] 本發明的另一個目的是提供一種提高噴霧均勻性和覆蓋率，提高化學農藥的利用 率的農用航空植保自動仿形噴灑裝置的角度調整方法。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
[0006] 本發明提供一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，包括機體支架1和噴桿13,該 噴灑裝置還包括"T"形折彎桿臂12、噴桿角度調整裝置、數據采集裝置和控制裝置;機體支 架1設置有上支撐板2和下支撐板14; "T"形折彎桿臂12具有水平部、豎直部以及折彎點，其 中，"T"形折彎桿臂12豎直部的下端與噴桿13垂直固接;掛臂10的一端垂直固接于上支撐板 2中部，掛臂10的另一端通過活動銷軸11與"T"形折彎桿臂12的折彎點活動連接;噴桿角度 調整裝置包括步進電機3、聯軸器4、絲杠5、滑塊6、方管滑塊7、活動螺栓8和導向桿9;所述步 進電機3固定連接在上支撐板2上，步進電機3的輸出端通過聯軸器4與絲杠5的一端連接，絲 杠5的另一端通過軸承組件安裝在下支撐板14上;所述導向桿9為雙桿結構，平行于絲杠5、 垂直設置于上支撐板2和下支撐板14之間；所述滑塊6在豎直方向上設置有三個并列的貫穿 長孔;其中，中央的貫穿長孔設有內螺紋，絲杠5從所述設有內螺紋的中央貫穿長孔穿過，并 與滑塊6構成螺紋連接;兩側的貫穿長孔供導向桿9穿過，導向桿9與滑塊6構成滑動連接;滑 塊6的外側中心位置設置有內螺紋盲孔61;所述方管滑塊7為中空方管;所述"T"形折彎桿臂 12的水平部穿過方管滑塊7,并與方管滑塊7構成滑動連接，方管滑塊7內側中心位置的管壁 上設置有連接孔;所述活動螺栓8設置于滑塊6和方管滑塊7之間，活動螺栓8的一端與滑塊6 的內螺紋盲孔61螺紋連接，另一端與方管滑塊7上的連接孔構成轉動連接;所述數據采集裝 置包括左激光傳感器16、右激光傳感器17、角度位移傳感器19和速度傳感器20;左激光傳感 器16和右激光傳感器17設置于噴桿13的左右兩端；角度位移傳感器19設置在"T"形折彎桿 臂12的折彎點上;速度傳感器20設置在噴桿13上;控制裝置根據數據采集裝置采集的數據， 控制步進電機3的運轉。
[0007] 優選地，所述"T"形折彎桿臂12的豎直部與噴桿13之間對稱設置有兩個加強板15， 加強板15的一端通過螺栓18與"T"形折彎桿臂12的豎直部固接，另一端通過固定卡21固接 在噴桿13上。
[0008] 所述滑塊6的初始位置位于絲杠5和導向桿9的二分之一處。
[0009] 優選地，所述噴灑裝置還包括左限位桿開關33和右限位桿開關32,左限位桿開關 33和右限位桿開關32分別垂直固接于掛臂10的左右兩側，且左限位桿開關33和右限位桿開 關32位于同一條直線上。
[0010] 所述控制裝置包括控制器31、輸出端單元30、右激光傳感器單元26、左激光傳感器 單元28、角度位移傳感器單元25、速度傳感器單元27和測試單元29;右激光傳感器單元26與 右激光傳感器17連接;左激光傳感器單元28與左激光傳感器16連接；角度位移傳感器單元 25與角度位移傳感器19連接;速度傳感器單元27與速度傳感器20連接;所述控制器31的輸 入端分別與右激光傳感器單元26、左激光傳感器單元28、角度位移傳感器單元25和速度傳 感器單元27連接，輸出端與輸出端單元30連接;輸出端單元30與步進電機3連接;所述測試 單元29與控制器31連接。
[0011]所述角度調整裝置還包括左激光傳感器步進電機23和右激光傳感器步進電機24; 左激光傳感器步進電機23和右激光傳感器步進電機24分別設置于噴桿13的左右兩端，并分 別與左激光傳感器16和右激光傳感器17連接。
[0012] 所述左激光傳感器16和右激光傳感器17均可由超聲波傳感器代替。
[0013] 本發明提供一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角度調整方法，該方法包括 機身傾斜仿形模式，并包括如下步驟：
[0014] a、調整左激光傳感器16和右激光傳感器17,使其均垂直于地面22, 即，使得左激光 傳感器16和右激光傳感器17的向前傾斜角度0 = 0;
[0015] b、左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 29，對數據進行處理和判斷；如果MS | U | 時則進行噴桿調整，否則不進行噴桿調整，其 中，1^是左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值，M和W為1^的下限值 和上限值;同時，開啟角度位移傳感器19;
[0016] c、通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷機身處于右傾斜狀 態，則進行機身右傾斜噴桿調整，如果L3<L4，判斷機身處于左傾斜狀態，則進行機身左傾斜 噴桿調整;隨后測試單元29給控制單元31發送控制信號，控制單元31驅動步進電機3帶動絲 杠5旋轉，使螺紋滑塊6移動;與此同時，方管滑塊7帶動"T"形折彎桿臂12轉動;其中，L 3為左 激光傳感器16到其投影點距離;L4為右激光傳感器17到其投影點距離；
[0017] d、開啟角度位移傳感器19后，初始化角度位移傳感器19,角度計數置0,開始采集 角度位移數據;根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移 傳感器19不斷地探測和修正，從而使控制器31通過輸出端單元30控制步進電機3轉動；
[0018] 上述數學模型為：
[0019] Li= |L3-L4
[0021] Z〇i = Z〇2
[0022] 其中，
[0023] 1^為左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值；
[0024] L2為噴桿13的長度；
[0025] L3為左激光傳感器16到其投影點距離；
[0026] L4為右激光傳感器17到其投影點距離；
[0027] ^以為機身傾斜角；
[0028] Za2為噴桿13調整的反偏轉角；
[0029] e、角度位移傳感器19不斷地探測和修正后進行Zai=Za2的判斷，當Zai#Za 2 時，步進電機3繼續轉動，角度位移傳感器19繼續采集角度位移數據，直到Zai=Za2為止； 當Zai = Za2時，一次機身傾斜仿形結束，步進電機3停止轉動，以"T"形折彎桿臂12本次機 身傾斜仿形結束后的位置作為下一次機身傾斜仿形的角度位移基準點。
[0030]本發明提供一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角度調整方法，該方法包括 作物仿形模式，并包括如下步驟：
[0031] a、調整左激光傳感器16和右激光傳感器17,使其均向前傾斜，使得左激光傳感器 16和右激光傳感器17的向前傾斜角度0>〇;
[0032] b、左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 29，對數據進行處理和判斷；如果MS | Lo | 時則進行傾斜調整，否則不進行傾斜調整，其 中，Lo仿形作物高端到低端的垂直距離，M和W為Lo的下限值和上限值;同時，開啟角度位移傳 感器19;
[0033] c、通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷作物樹冠右高左低， 則進行噴桿左傾斜調整，如果L3<L4，判斷作物樹冠左高右低，則進行噴桿右傾斜調整;隨后 測試單元29給控制單元31發送控制信號，控制單元31驅動步進電機3帶動絲杜5旋轉，使螺 紋滑塊6移動;與此同時，方管滑塊7帶動"T"形折彎桿臂12轉動;其中，L 3為左激光傳感器16 到其投影點的距離;L4為右激光傳感器17到其投影點的距離；
[0034] d、開啟角位移傳感器19后，初始化角度位移傳感器19,角度計數置0,開始采集角 度位移數據;根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移傳 感器19不斷地探測和修正，從而使控制器31通過輸出端單元30控制步進電機3轉動；
[0035] 數學模型為：
[0036] Lo= | L3-L4 | X cosP
[0037] Lo = Li X cosP
[0041] Ti = T2
[0042] Z〇3= Z〇2
[0043] Lo為仿形作物高端到低端的垂直距離；
[0044] 1^為左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值；
[0045] L2為噴桿13的長度；
[0046] L3為左激光傳感器16到其投影點的距離；
[0047] L4為右激光傳感器17到其投影點的距離；
[0048] h為作物的最短噴灑距離；
[0049] Za3為仿形作物與地面的夾角；
[0050] Za2為噴桿13調整的反偏轉角；
[0051 ] 為激光傳感器采集和噴桿調整處理的延遲時間；
[0052] T2為激光傳感器采集和噴桿調整處理時間；
[0053] e、角度位移傳感器19不斷地探測和修正后進行Za3=Za2的判斷，當Za3辛Za 2 時，步進電機3繼續轉動，角度位移傳感器19繼續采集角度位移數據，直到Za3=Za2為止； 當Za 3= Za2時，一次作物仿形結束，步進電機3停止轉動，以"T"形折彎桿臂12本次作物仿 形結束后的位置作為下一次作物仿形的角度位移基準點。
[0054] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0055] 利用本發明公開的方法能夠及時、自動調整噴桿的角度，以適應地面坡度、機身傾 斜或果樹樹冠特征等，提高霧滴分布均勻性，也為進一步結合噴桿角度調整方法去指導仿 形噴霧設計提供理論依據。
[0056] 本發明的一個重要特點在于提出調整噴桿水平的條件，依據機身傾斜角等于 噴桿調整的反偏轉角Za2和仿形作物與地面的夾角Za3等于噴桿調整的反偏轉角Za2的數 學思想，結合激光傳感器測距原理和角度位移傳感器實時反饋和修正的機理，利用z ai= Za2和Za3=Za2,使得噴桿具有及時、自動、可調的功能，適應多重復雜的環境，從而進行 更為均勻的噴霧。
[0057] 同時，本發明首先考慮到兩個激光傳感器實時采集數據傳送給控制裝置，則會使 控制裝置不停地發送信號給輸出裝置，極其容易造成噴桿在空中不停地進行左傾斜和右傾 斜調整，導致噴霧分布更加不均勻，而且務必保證噴桿與機翼不發生干涉。基于這種情況， 在機身傾斜仿形模式中，設定程序規定噴桿進行調整的條件是:MS | U | 時進行傾斜調 整，否則不進行傾斜調整，其中，U是兩個激光傳感器分別到投影點距離的差值，M和W為1^的 下限值和上限值，（下限值一定不為〇)，具體取值根據噴桿13的長度并綜合機身晃動的幅度 和地面作物冠層起伏程度設定。在作物仿形模式中，設定程序規定噴桿進行調整的條件是： M彡|Lo|彡W時則進行傾斜調整，否則不進行傾斜調整，其中，Lo-是仿形作物高端到低端的 垂直距離，M和W為Lo的下限值和上限值(下限值一定不為0)，具體取值根據噴桿13的長度并 綜合機身晃動的幅度和地面作物冠層起伏程度設定。
[0058]其次，利用兩個激光傳感器最新采集的三組數據進行平均運算處理，得出一組平 均數據，通過數學算法模型對這一組數據進行處理求得Za3,再利用一個角度位移傳感器 對控制裝置進行實時反饋和修正位移。最后，考慮到仿形噴霧過程中，激光傳感器采集和處 理的延遲時間h，故使激光傳感器的向前傾斜角度0，通過左右激光傳感器16、17和速度傳 感器20分別測出作物的最短噴灑距離h和飛機速度v，一并帶入公式
計算出噴桿調整的時間!^，設定相應的向前傾斜角度0，以確保噴桿自動調整為水平狀態， 其結論更為準確、可靠。
【附圖說明】
[0059] 圖1為本發明農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的結構示意圖；
[0060] 圖2為本發明滑塊6的結構示意圖；
[0061] 圖3a為機身傾斜仿形模式中機身左傾斜時噴桿13的狀態示意圖；
[0062]圖3b為機身傾斜仿形模式中機身左傾斜噴桿13調整水平狀態示意圖；
[0063]圖3c為機身傾斜仿形模式中機身左傾斜-恢復水平時噴桿13的狀態示意圖；
[0064]圖3d為機身傾斜仿形模式中機身左傾斜-恢復水平噴桿13調整水平狀態示意圖； [0065]圖4a為機身傾斜仿形模式中機身右傾斜時噴桿13的狀態示意圖；
[0066]圖4b為機身傾斜仿形模式中機身右傾斜噴桿13調整水平狀態示意圖；
[0067]圖4c為機身傾斜仿形模式中機身右傾斜-恢復水平時噴桿13的狀態示意圖；
[0068]圖4d為機身傾斜仿形模式中機身右傾斜-恢復水平時噴桿13調整水平狀態示意 圖；
[0069]圖5a為作物仿形模式中作物樹冠左高右低時噴桿13的狀態示意圖；
[0070]圖5b為作物仿形模式中作物樹冠左高右低時噴桿13的仿形狀態示意圖；
[0071 ]圖6a為作物仿形模式中作物樹冠右高左低時噴桿13的狀態示意圖；
[0072]圖6b為作物仿形模式中作物樹冠右高左低時噴桿13的仿形狀態示意圖；
[0073] 圖7a為本發明機身傾斜仿形模式的噴桿自動調整流程圖；
[0074] 圖7b為本發明作物仿形模式的噴桿自動調整流程圖。
[0075]其中的附圖標記為：
[0076] 1機體支架 2上支撐板
[0077] 3步進電機 4聯軸器
[0078] 5絲杠 6滑塊
[0079] 61內螺紋盲孔 7方管滑塊
[0080] 8活動螺栓 9導向桿
[0081] 1〇掛臂 丨丨活動銷軸
[0082] 12 "T"形折彎桿臂 13噴桿
[0083] 14下支撐板 15加強板
[0084] 16左激光傳感器 17右激光傳感器
[0085] 18螺栓 19角度位移傳感器
[0086] 20速度傳感器 21固定卡
[0087] 22地面 23左激光傳感器步進電機
[0088] 24右激光傳感器步進電機25角度位移傳感器單元
[0089] 26右激光傳感器單元 27速度傳感器單元
[0090] 28左激光傳感器單元 29測試單元
[0091] 30輸出端單元 31控制器
[0092] 32右限位桿開關 33左限位桿開關
[0093] 0左激光傳感器16和右激光傳感器17的向前傾斜角
[0094] Lo-仿形作物高端到低端的垂直距離
[0095] U左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值
[0096] L2噴桿13的長度
[0097] L3左激光傳感器16到其投影點距離
[0098] L4右激光傳感器17到其投影點距離
[0099] h作物的最短噴灑距離
[0100] v飛機的行進速度
[0101] 機身傾斜角
[0102] Za2噴桿13調整的反偏轉角
[0103] Za3仿形作物與地面22的夾角
[0104] E左激光傳感器16的端點
[0105] E'左激光傳感器16的投影點
[0106] F右激光傳感器17的端點
[0107] K右激光傳感器17的投影點
[0108] AjXdj、!!、# X'、D'、把作圖輔助點(數學符號）
【具體實施方式】
[0109] 本發明針對因作物樹冠傾斜的生物學外形特性、地勢造成的作物呈"梯度式"傾斜 分布以及機身傾斜等特點造成的噴霧不均勻問題，通過航空植保機噴桿自動調整角度的方 法，分別建立機身傾斜角等于噴桿調整的反偏轉角和仿形作物表面與地面的夾角等于噴桿 調整的反偏轉角的數學模型，應用該模型控制噴桿角度自動調節，使所設計的自動調節噴 桿角度裝置達到提高噴霧均勻性的效果。
[0110] 本發明公開了一種基于作物本身生物學外形特性、地勢造成的作物梯度分布和機 身傾斜時造成的相對坡度的農用無人機自動仿形噴桿。在農用無人機航空噴霧過程中由于 作物本身生物學外形特性、作物梯度分布和機身傾斜時造成的相對坡度等對霧滴分布均勻 性具有較大影響，本發明能夠及時、有效解決上述原因所造成的噴霧不均勻問題，為彌補農 用航空領域施藥技術缺陷提出了指導。
[0111]下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明。
[0112] 圖1為本發明的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的結構示意圖。該噴灑裝置包 括機體支架1、"T"形折彎桿臂12、噴桿13、噴桿角度調整裝置、數據采集裝置和控制裝置。
[0113] 機體支架1固接于農用航空植保機機身底盤(未示出），機體支架1設置有上支撐板 2和下支撐板14。
[0114] "T"形折彎桿臂12具有水平部、豎直部以及折彎點，其中，"T"形折彎桿臂12豎直部 的下端與噴桿13垂直固接。掛臂10的一端垂直固接于上支撐板2中部，掛臂10的另一端通過 活動銷軸11與"T"形折彎桿臂12的折彎點活動連接。
[0115] 優選地，"T"形折彎桿臂12的豎直部與噴桿13之間對稱設置有兩個加強板15,加強 板15的一端通過螺栓18與"T"形折彎桿臂12的豎直部固接，另一端通過固定卡21固接在噴 桿13上。
[0116] 其中，噴桿角度調整裝置包括步進電機3、聯軸器4、絲杠5、滑塊6、方管滑塊7、活動 螺栓8和導向桿9。所述步進電機3固定連接在上支撐板2上，步進電機3的輸出端通過聯軸器 4與絲杠5的一端連接，絲杠5的另一端通過軸承組件安裝在下支撐板14上，絲杠5具有自鎖 特性。所述導向桿9為雙桿結構，平行于絲杠5、垂直設置于上支撐板2和下支撐板14之間。
[0117] 如圖2所示，所述滑塊6在豎直方向上設置有三個并列的貫穿長孔。其中，中央的貫 穿長孔設有內螺紋，絲杠5從所述設有內螺紋的中央貫穿長孔穿過，并與滑塊6構成螺紋連 接;兩側的貫穿長孔供導向桿9穿過，導向桿9與滑塊6構成滑動連接。滑塊6的外側中心位置 設置有內螺紋盲孔61。所述方管滑塊7為中空方管。所述"T"形折彎桿臂12的水平部穿過方 管滑塊7,并與方管滑塊7構成滑動連接。方管滑塊7內側中心位置的管壁上設置有連接孔。
[0118] 所述活動螺栓8設置于滑塊6和方管滑塊7之間，活動螺栓8的一端與滑塊6的內螺 紋盲孔61螺紋連接，另一端與方管滑塊7上的連接孔構成轉動連接。
[0119] 所述滑塊6的初始位置位于絲杠5和導向桿9的二分之一處。
[0120] 當步進電機3驅動絲杠5螺旋運動時，滑塊6帶動方管滑塊7沿導向桿9長度方向做 直線運動；同時，方管滑塊7以活動螺栓8為旋轉軸做旋轉運動，從而"T"形折彎桿臂12通過 活動銷軸11繞掛臂10轉動。同時，與"T"形折彎桿臂12的豎直部固定連接、又通過加強板15 輔助連接的噴桿13在"T"形折彎桿臂12的旋轉帶動下左右傾斜轉動，達到了仿形和機身傾 斜后調整的目的。
[0121] 優選地，所述噴灑裝置還包括左限位桿開關33和右限位桿開關32，左限位桿33和 右限位桿32分別垂直固接于掛臂10的左右兩側，且左限位桿33和右限位桿32位于同一條直 線上。
[0122] 當左限位桿開關33和右限位桿開關32的機械觸頭與"T"型折彎桿臂12的水平部接 觸時，步進電機3停止轉動，以保護步進電機3開關不受損壞。
[0123] 所述數據采集裝置，包括左激光傳感器16、右激光傳感器17、角度位移傳感器19和 速度傳感器20。
[0124] 左激光傳感器16和右激光傳感器17設置于噴桿13的左右兩端。
[0125] 角度位移傳感器19設置在"T"形折彎桿臂12的折彎點上。
[0126] 角度位移傳感器19用來采集角度位移數據，其設置在"T"形折彎桿臂12的折彎點 上，當折彎點每轉過1°，角度位移傳感器19就會計數一次。當初始化角度位移傳感器19時， 它的計數值被設置為〇,且在編程中設定角度位移傳感器19正向或者反向轉動時，計數都是 隨著轉過的角度有規律地增加。
[0127] 速度傳感器20設置在噴桿13上。
[0128] 所述控制裝置，包括控制器31、輸出端單元30、右激光傳感器單元26、左激光傳感 器單元28、角度位移傳感器單元25、速度傳感器單元27和測試單元29。
[0129] 右激光傳感器單元26與右激光傳感器17連接;左激光傳感器單元28與左激光傳感 器16連接；角度位移傳感器單元25與角度位移傳感器19連接;速度傳感器單元27與速度傳 感器20連接。
[0130] 所述控制器31的輸入端分別與右激光傳感器單元26、左激光傳感器單元28、角度 位移傳感器單元25和速度傳感器單元27連接，輸出端與輸出端單元30連接;輸出端單元30 與步進電機3連接。
[0131] 測試單元29與控制器31連接，測試單元29根據實時采集的左激光傳感器16和右激 光傳感器17測量數據，根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角 度位移傳感器19不斷地探測和修正，從而使控制器31通過輸出端單元30控制步進電機3轉 動，使噴桿13對機身傾斜做出調整，對不同的作物外形生物學特性進行仿形，達到對地面作 物均勻噴霧的效果。
[0132] 優選地，噴桿13的左右兩端還分別設置有左激光傳感器步進電機23和右激光傳感 器步進電機24,并分別與左激光傳感器16和右激光傳感器17連接。
[0133] 所述控制裝置還包括激光傳感器步進電機控制單元(未示出），控制左激光傳感器 步進電機23和右激光傳感器步進電機24的旋轉，調整激光傳感器向前傾斜角度0，角度調整 范圍為〇°<0<45°。
[0134] 本發明中的激光傳感器為測距傳感器中的一種，同時左激光傳感器16和右激光傳 感器17均可由超聲波傳感器所代替。
[0135] 本發明提供一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角度調整方法，包括機身傾 斜仿形模式和作物仿形模式。
[0136] 根據作物樹冠傾斜的生物學外形特性、地勢造成的作物呈"梯度式"傾斜分布以及 機身傾斜的特點選擇自動仿形模式：當作業面積較小，在田間轉彎的過程中農用航空植保 機需要頻繁做機身傾斜動作時;或者作物樹冠生物學外形較為平整時，選擇機身傾斜仿形 模式。在機身傾斜仿形模式中，航空植保機正常無偏飛行時，飛行方向平行于地面22,機身 左轉定義為機身左傾斜，機身右轉定義為機身右傾斜；當作業面積較大，農用航空植保機可 較長時間保持平穩飛行，作物樹冠生物學外形參差不齊時，選擇作物仿形模式。在作物仿形 模式中，作物樹冠左高右低時噴桿右端向下傾斜仿形定義為噴桿右傾斜;作物樹冠右高左 低時噴桿左端向下傾斜仿形定義為噴桿左傾斜。
[0137] 1、如圖7a所示，當選擇機身傾斜仿形模式時，農用航空植保機自動仿形噴灑裝置 的角度調整方法包括如下步驟：
[0138] a、調整左激光傳感器16和右激光傳感器17,使其均垂直于地面22, 即，使得左激光 傳感器16和右激光傳感器17的向前傾斜角度0 = 0;
[0139] b、左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 29，對數據進行處理和判斷；如果MS | U | 時則進行噴桿調整，否則不進行噴桿調整，其 中，1^是左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值，M和W為1^的下限值 和上限值，M和W的具體取值根據噴桿13的長度并綜合機身晃動的幅度和地面作物冠層起伏 程度設定;同時，開啟角度位移傳感器19;
[0140] c、通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷機身處于右傾斜狀 態，則進行機身右傾斜噴桿調整，如果L 3<L4，判斷機身處于左傾斜狀態，則進行機身左傾斜 噴桿調整;隨后測試單元29給控制單元31發送控制信號，控制單元31驅動步進電機3帶動絲 杠5旋轉，使螺紋滑塊6移動;與此同時，方管滑塊7帶動"T"形折彎桿臂12轉動;其中，L 3為左 激光傳感器16到其投影點距離;L4為右激光傳感器17到其投影點距離；
[0141] d、開啟角度位移傳感器19后，初始化角度位移傳感器19,角度計數置0,開始采集 角度位移數據，根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移 傳感器19不斷地探測和修正，從而使控制器31通過輸出端單元30控制步進電機3轉動； [0142] 數學模型為：
[0146] 其中，
[0147] 1^為左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值；
[0148] L2為噴桿13的長度；
[0149] L3為左激光傳感器16到其投影點距離；
[0150] L4為右激光傳感器17到其投影點距離；
[0151] ^以為機身傾斜角；
[0152] Za2為噴桿13調整的反偏轉角；
[0153] e、角度位移傳感器19不斷地探測和修正后進行Zai=Za2的判斷，當Zai#Za 2 時，步進電機3繼續轉動，角度位移傳感器19繼續采集角度位移數據，直到Zai=Za2為止； 當Zai = Za2時，一次機身傾斜仿形結束，步進電機3停止轉動，以"T"形折彎桿臂12本次機 身傾斜仿形結束后的位置作為下一次機身傾斜仿形的角度位移基準點。
[0154] 2、如圖7b所示，當選擇作物仿形模式時，農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角 度調整方法包括如下步驟：
[0155] a、調整左激光傳感器16和右激光傳感器17,使其均向前傾斜，使得左激光傳感器 16和右激光傳感器17的向前傾斜角度0>〇;
[0156] b、左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 29，對數據進行處理和判斷；如果MS | Lo | 時則進行傾斜調整，否則不進行傾斜調整，其 中，Lo仿形作物高端到低端的垂直距離，M和W為Lo的下限值和上限值，具體取值根據噴桿13 的長度并綜合機身晃動的幅度和地面作物冠層起伏程度設定；同時，開啟角度位移傳感器 19；
[0157] c、通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷作物樹冠右高左低， 則進行噴桿左傾斜調整，如果L 3<L4，判斷作物樹冠左高右低，則進行噴桿右傾斜調整;隨后 測試單元29給控制單元31發送控制信號，控制單元31驅動步進電機3帶動絲杜5旋轉，使螺 紋滑塊6移動;與此同時，方管滑塊7帶動"T"形折彎桿臂12轉動;其中，L 3為左激光傳感器16 到其投影點的距離;L4為右激光傳感器17到其投影點的距離；
[0158] d、開啟角位移傳感器19后，初始化角度位移傳感19,角度計數置0,開始采集角度 位移數據根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移傳感 器19不斷地探測和修正，從而使控制器31通過輸出端單元30控制步進電機3轉動；
[0159] 數學模型為：
[0160] Lo= | L3-L41 X cosP
[0161] Lo = Li X cosP
[0165] Ti = T2
[0166] Z〇3= Z〇2
[0167] Lo為仿形作物高端到低端的垂直距離；
[0168] 1^為左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值；
[0169] L2為噴桿13的長度；
[0170] L3為左激光傳感器16到其投影點的距離；
[0171] L4為右激光傳感器17到其投影點的距離；
[0172] h為作物的最短噴灑距離；
[0173] Za3為仿形作物與地面的夾角；
[0174] Za2為噴桿13調整的反偏轉角；
[0175] 為激光傳感器采集和噴桿調整處理的延遲時間；
[0176] T2為激光傳感器采集和噴桿調整處理時間；
[0177] e、角度位移傳感器19不斷地探測和修正后進行Za3=Za2的判斷，當Za3辛Za 2 時，步進電機3繼續轉動，角度位移傳感器19繼續采集角度位移數據，直到Za3=Za2為止； 當Za 3= Za2時，一次作物仿形結束，步進電機3停止轉動，以"T"形折彎桿臂12本次作物仿 形結束后的位置作為下一次作物仿形的角度位移基準點。
[0178] 本發明提供一種兩種仿形模式相互切換的方法，該方法包括如下步驟：
[0179] 通過激光傳感器步進電機控制單元控制左激光傳感器步進電機23和右激光傳感 器步進電機24轉動，使左激光傳感器16和右激光傳感器17向前傾斜角度0在范圍0°~45°之 間調整;當0 = 0°時，則為機身傾斜仿形模式;當0>〇°時，則為作物仿形模式。
[0180] 下面結合附圖對本發明自動仿形原理詳細說明。
[0181] 機身傾斜仿形模式：
[0182] 基于對機身傾斜數學模型的分析。第一，左激光傳感器16和右激光傳感器17的向 前傾斜角度對延遲時間沒有影響，故給定機身發生傾斜時，左激光傳感器16和右激光傳感 器17的向前傾斜角度0 = 0。考慮到左激光傳感器16和右激光傳感器17數據采集和處理的延 遲時間，為此在已知絲杠5與掛臂10之間距離固定不變的基礎上，提高步進電機3的轉速，使 得單位時間內調整角度變大，噴桿13調節時間變短，以確保噴桿13快速調整為水平狀態。第 二，左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據傳送給控制裝置，則會使控制器31不 停地發送信號給輸出端單元30,極易造成噴桿13在空中不停地進行左傾斜和右傾斜調整， 導致噴霧分布更加地不均勻，而且務必保證噴桿13不與機翼發生干涉。基于這種情況，規定 MS | U | ^^，^是左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點距離的差值，M和WSU 下限值和上限值，M和W的具體取值根據噴桿13的長度并綜合機身晃動的幅度和地面作物冠 層起伏程度設定。控制器31最新采集的三組數據進行平均運算處理，得出一組平均數據，通 過數學算法模型對這一組數據進行處理求得第三，通過L 3>L4的判斷確定噴桿的調整 方案，如果L3>L4,判斷機身處于右傾斜狀態，則進行機身右傾斜噴桿調整；如果L3<L4,判 斷機身處于左傾斜狀態，則進行機身左傾斜噴桿調整;第四，角度位移傳感器19安裝在"T" 形折彎桿臂12的折彎點上，在連續機身傾斜仿形過程中，角度位移傳感器19以"T"形折彎桿 臂12本次機身傾斜仿形結束后的位置作為下一次機身傾斜仿形的角度位移基準點，開啟角 度位移傳感器19,令角度位移傳感19初始化，角度計數置0,開始采集角度位移數據，那么角 度位移傳感器19可以實時探測出"T"形折彎桿臂12轉過的角度Za 2。角度位移傳感器19對 控制裝置進行實時反饋繼而修正角度位移。
[0183] 如圖3a所示，當機身發生向左傾斜時，左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采 集數據，左激光傳感器16到其投影點E'的距離為L 3,右激光傳感器17其投影點F'的距離為 L4,可知左激光傳感器16和右激光傳感器17到各自投影點的距離之差為U，噴桿13的長度為 L2,通過左激光傳感器16的投影點E'做一條垂直于右激光傳感器17與投影點K之間連線的 直線，同時這條直線又平行于噴桿13,此時，由直角三角形的反三角函數性質可得:該直線 與地面22的夾角
[0184] 如圖3b所示，當機身向左傾斜噴桿調整水平狀態的過程中，角度位移傳感器19實 時采集數據。角度位移傳感器19采集的數據是飛機機身左傾斜時"T"形折彎桿臂12與其本 次開始的位置為基準測得角位移數據。步進電機3驅動絲杠5正轉，使滑塊6向下運動，并帶 動"T"形折彎桿臂12使噴桿13向水平狀態調節，角度位移傳感器19測得該"T"形折彎桿臂12 與其本次開始的位置為基準的夾角Za 2。根據噴桿調整水平的條件:機身傾斜角Zw等于噴 桿調整的反偏轉角Za2的數學原理，建立相應的數學模型：
[0188] U-左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到其投影點E'和F'距離的差值。
[0189] L2-噴桿13的長度。
[0190] L3-左激光傳感器16到其投影點E'距離。
[0191] L4-右激光傳感器17到其投影點K距離。
[0192] Zai-機身傾斜角。
[0193] Za2--噴桿13調整的反偏轉角。
[0194] 根據①和②求出機身傾斜角度ZadPZa2的角度參數，代入機身傾斜角等于 噴桿反偏轉角Za2的數學模型中③中。以"T"形折彎桿臂12本次機身傾斜仿形結束后的位 置作為下一次作物仿形的角度位移基準點，那么角度位移傳感器可以探測出此時"T"形折 彎桿臂12轉動的Za 2,并實時采集Za2,對控制裝置進行實時反饋與修正角位移。
[0195] 如圖3c所示，當機身恢復水平狀態時，噴桿13相對于地面22呈傾斜狀態，需要進行 水平調整:步進電機3驅動絲杠5反轉，使滑塊6向上運動，并帶動"T"形折彎桿臂12使噴桿13 向水平狀態調節，如圖3d所示。
[0196] 如圖4a所示，當機身發生向右傾斜時，左激光傳感器16其投影點E'的距離為L3,右 激光傳感器17其投影點F'的距離為L4,左激光傳感器16和右激光傳感器17到各自投影點的 距離之差為U，噴桿13的長度為1^2，通過右激光傳感器17的投影點K做一條垂直于左激光傳 感器16與投影點E'之間連線的直線，同時這條直線又平行于噴桿13,此時，由直角三角形的 反三角函數性質可得:該直線與地面22的夾角.
[0197] 如圖4b所示，當機身向右傾斜噴桿調整水平狀態的過程中，角度位移傳感器19實 時采集數據。步進電機3驅動絲杠5反轉，使滑塊6向上運動，并帶動"T"形折彎桿臂12使噴桿 13向水平狀態調節，角度位移傳感器19測得該"T"形折彎桿臂12與其本次開始時的位置為 基準的夾角Za 2。根據①和②求出機身傾斜角度ZajPZa2的角度參數，代入機身傾斜角Z W等于噴桿反偏轉角Za 2的數學模型③中。給定"T"形折彎桿臂12本次機身傾斜仿形開始的 位置為角位移的基準點，那么角度位移傳感器可以探測出此時"T"形折彎桿臂12轉動的Z a2,并實時采集Za2,對控制裝置進行實時反饋與修正角位移。
[0198] 如圖4c所示，當機身恢復水平位置時，噴桿13相對于地面22呈傾斜狀態，需要進行 水平調整:步進電機3驅動絲杠5正轉，使滑塊6向下運動，并帶動"T"形折彎桿臂12使噴桿13 向水平狀態調節，如圖4d所示。
[0199] 作物仿形模式：
[0200] 基于對仿形噴霧數學模型的分析。首先，左激光傳感器16和右激光傳感器17的向 前傾斜角度對延遲時間具有較大的意義，故給定仿形噴霧時，左激光傳感器16和右激光傳 感器17的向前傾斜角度0>〇;其次，左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集數據傳送 給控制裝置，則會使控制器31不停地發送信號給輸出端單元30,極易造成噴桿13在空中不 停地進行左傾斜和右傾斜調整，導致噴霧分布更加地不均勻，而且務必保證噴桿13與機翼 不發生干涉。基于這種情況，在設定的程序中規定M<| L〇|$W時則進行傾斜調整，否則不進 行傾斜調整，其中，L〇為仿形作物高端到低端的垂直距離，M和W為L〇的下限值和上限值，具體 取值根據噴桿13的長度并綜合機身晃動的幅度和地面作物冠層起伏程度設定。控制器31最 新采集的3組數據進行平均運算處理，得出一組平均數據，通過數學算法模型對這一組數據 進行處理求得Za 3;第三，通過L3>L4的判斷確定噴桿13的調整方案，如果L3>L4,判斷前方 作物樹冠右高左低，則進行噴桿左傾斜調整;如果L 3<L4,判斷前方作物樹冠左高右低，進行 噴桿右傾斜調整;第四，角度位移傳感器19安裝在"T"形折彎桿臂12折彎點上，給定"T"形折 彎桿臂12本次作物仿形開始的位置為角度位移的基準點，在連續作物仿形過程中，角度位 移傳感器19以"T"形折彎桿臂12本次作物仿形結束后的位置作為下一次作物仿形的角度位 移基準點，開啟角度位移傳感器19,令角度位移傳感19初始化，角度計數置0,開始采集角度 位移數據，那么角度位移傳感器19可以實時探測出"T"形折彎桿臂12轉過的角度Za 2。角度 位移傳感器19對控制裝置進行實時反饋繼而修正角度位移;第五，速度傳感器20安裝在噴 桿13上，用于采集飛機仿形噴霧中飛機速度v。考慮到左激光傳感器16和右激光傳感器17采 集和處理均有一定的延遲時間T，為此在作物的最短噴灑距離h和激光傳感器向前傾斜角0 所測得前方水平距離的基礎上，需測量出飛機的行進速度v，求得飛機通過這段水平距離的 時間Ti，并結合作物的最短噴灑距離h和左激光傳感器16和右激光傳感器17傾斜0所測得前 方水平距離，計算噴桿13調整時間T 2。設定相應的左激光傳感器16和右激光傳感器17向前 傾斜角0，從而當作物到達噴桿13正下方后，實現自動對靶噴霧，保證藥液能夠均勻地噴施 在目標上。
[0201] 對不同的作物外形生物學特性進行仿形的原理以及對地勢梯度造成的作物梯度 分布的仿形原理與圖3a-3d和圖4a-4d中調整噴桿13的原理相一致。
[0202] 如圖5a、5b所示，作物樹冠左高右低，左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集 數據，噴桿13的長度為L2,左激光傳感器16到(仿形作物樹冠高端)投影點E'的測量距離L 3為 圖中EE'，右激光傳感器17到（仿形作物樹冠低端）投影點K的測量距離L4為圖中FF'，左激 光傳感器16和右激光傳感器17分別到投影點采集的距離之差1^為圖中E'G，仿形作物高端 到低端的垂直距離Lo為圖中AC，圖5a中E'在地面上的垂直點為D，線段E1平行且等于線段 AC，由同位角的性質可知:E' G和AC之間夾角亦為0，那么L〇 = Li X co。圖中陰影面為作物的 傾斜面的示意圖，由數學幾何關系可知:作物傾斜面與地面的夾角Za3等于圖中ZCBA，此 時，由直角三角形的反三角函數性質可得:作物傾斜面與地面22的夾角-
[0203] 但是基于對仿形噴霧數學模型的分析，激光傳感器的向前傾斜角0對延遲時間具 有較大的意義，故給定仿形噴霧時激光傳感器的向前傾斜角0辛〇;〇°〈0<45°。根據噴桿仿 形調整的條件:仿形作物與地面的夾角Za 3等于噴桿調整的反偏轉角Za2的數學原理，建立 相應的數學模型：
[0211 ] Lo-仿形作物高端到低端的垂直距離為圖中AC。
[0212] 左激光傳感器16和右激光傳感器17分別到投影點采集的距離之差為圖中E' G〇
[0213] L2-噴桿13的長度。
[0214] L3-左激光傳感器16到(仿形作物樹冠高端)投影點E'的測量距離為圖中EE'。
[0215] L4-右激光傳感器17到(仿形作物樹冠低端)投影點F'的測量距離為圖中FF'。
[0216] h-作物的最短噴灑距離。
[0217] V-飛機的行進速度。
[0218] Za3-仿形作物與地面的夾角為圖中ZCBA。
[0219] Za2--噴桿13調整的反偏轉角。
[0220] Tr-激光傳感器采集和噴桿調整處理均有一定的延遲時間。
[0221 ] T2-激光傳感器采集和噴桿調整處理時間。
[0222]根據④⑤⑥求出仿形作物與地面夾角Za3的角度參數，代入仿形作物與地面的夾 角Za3等于噴桿調整的反偏轉角Za2的數學模型⑩中。給定"T"形折彎桿臂12本次作物仿形 開始的位置為角位移的基準點，步進電機3驅動絲杠5正轉，使滑塊6向下運動，并帶動"T"形 折彎桿臂12使噴桿13向右傾斜調整，那么角度位移傳感器可以探測出此時"T"形折彎桿臂 12轉動的Za2,并實時采集Za2,對控制裝置進行實時反饋與修正角位移。考慮到激光傳感 器采集和處理均有一定的延遲時間T，為此在作物的最短噴灑距離h和激光傳感器傾斜0所 測得前方水平距離的基礎上，需測量出飛機的行進速度v，代入⑧中求得飛機通過這段水平 距離的時間Ti，并結合作物的最短噴灑距離h和激光傳感器傾斜0所測得前方水平距離，計 算噴桿13調整時間!^。設定相應的向前傾斜角度0，從而當作物到達噴桿13正下方后，實現 自動對靶噴霧，保證藥液能夠均勻地噴施在目標上。
[0223] 如圖6a、6b所示，作物樹冠右高左低，左激光傳感器16和右激光傳感器17實時采集 數據，噴桿13的長度為L2,左激光傳感器16到(仿形作物樹冠低端)投影點E'的測量距離L 3為 圖中EE'，右激光傳感器17到（仿形作物樹冠高端）投影點K的測量距離L4為圖中FF'，左激 光傳感器16和右激光傳感器17分別到投影點采集的距離之差1^為圖中F'H，仿形作物高端 到低端的垂直距離Lo為圖中AC，圖6a中F'在地面上的垂直點為D，線段F1平行且等于線段 AC，由同位角的性質可知:K H和AC之間夾角亦為0，那么L〇 = Li X co。圖中陰影面為作物的 傾斜面的示意圖，由數學幾何關系可知:作物傾斜面與地面的夾角Za3等于圖中ZCBA，此 時，由直角三角形的反三角函數性質可得:作物傾斜面與地面22的夾角z
[0224] 根據④⑤⑥求出仿形作物與地面夾角Za3的角度參數，代入仿形作物與地面的夾 角Za3等于噴桿調整的反偏轉角Za 2的數學模型⑩中。給定"T"形折彎桿臂12本次作物仿形 開始的位置為角位移的基準點，步進電機3驅動絲杠5反轉，使滑塊6向上運動，并帶動"T"形 折彎桿臂12使噴桿13向左傾斜調整，那么角度位移傳感器可以探測出此時"T"形折彎桿臂 12轉動的Za 2,并實時采集Za2,對控制裝置進行實時反饋與修正角位移。考慮到激光傳感 器采集和處理均有一定的延遲時間T，為此在作物的最短噴灑距離h和激光傳感器傾斜0所 測得前方水平距離的基礎上，需測量出飛機的行進速度v，代入⑧中求得飛機通過這段水平 距離的時間Ti，并結合作物的最短噴灑距離h和激光傳感器向前傾斜角0所測得前方水平距 離，計算噴桿13調整時間T 2。設定相應的激光傳感器向前傾斜角0，從而當作物到達噴桿13 正下方后，實現自動對靶噴霧，保證藥液能夠均勻地噴施在目標上。
【主權項】
1. 一種農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，包括機體支架（1)和噴桿（13)，其特征在 于:該噴灑裝置還包括"T"形折彎桿臂（12)、噴桿角度調整裝置、數據采集裝置和控制裝置； 機體支架（1)設置有上支撐板(2)和下支撐板(14); "T"形折彎桿臂（12)具有水平部、豎直部以及折彎點，其中，"T"形折彎桿臂（12)豎直部 的下端與噴桿(13)垂直固接;掛臂（10)的一端垂直固接于上支撐板(2)中部，掛臂（10)的另 一端通過活動銷軸(11)與"T"形折彎桿臂（12)的折彎點活動連接； 噴桿角度調整裝置包括步進電機(3)、聯軸器(4)、絲杠(5)、滑塊(6)、方管滑塊(7)、活 動螺栓(8)和導向桿(9); 所述步進電機(3)固定連接在上支撐板(2)上，步進電機(3)的輸出端通過聯軸器(4)與 絲杠(5)的一端連接，絲杠(5)的另一端通過軸承組件安裝在下支撐板（14)上;所述導向桿 (9)為雙桿結構，平行于絲杠(5)、垂直設置于上支撐板(2)和下支撐板(14)之間； 所述滑塊(6)在豎直方向上設置有三個并列的貫穿長孔;其中，中央的貫穿長孔設有內 螺紋，絲杠(5)從所述設有內螺紋的中央貫穿長孔穿過，并與滑塊(6)構成螺紋連接;兩側的 貫穿長孔供導向桿(9)穿過，導向桿(9)與滑塊(6)構成滑動連接;滑塊(6)的外側中心位置 設置有內螺紋盲孔(61); 所述方管滑塊(7)為中空方管;所述"T"形折彎桿臂（12)的水平部穿過方管滑塊(7)，并 與方管滑塊(7)構成滑動連接，方管滑塊(7)內側中心位置的管壁上設置有連接孔； 所述活動螺栓(8)設置于滑塊(6)和方管滑塊(7)之間，活動螺栓(8)的一端與滑塊(6) 的內螺紋盲孔(61)螺紋連接，另一端與方管滑塊(7)上的連接孔構成轉動連接； 所述數據采集裝置包括左激光傳感器（16)、右激光傳感器（17)、角度位移傳感器（19) 和速度傳感器(20); 左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)設置于噴桿（13)的左右兩端； 角度位移傳感器(19)設置在"T"形折彎桿臂（12)的折彎點上； 速度傳感器(20)設置在噴桿（13)上； 控制裝置根據數據采集裝置采集的數據，控制步進電機(3)的運轉。2. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于:所述T形 折彎桿臂（12)的豎直部與噴桿（13)之間對稱設置有兩個加強板(15)，加強板(15)的一端通 過螺栓（18)與"T"形折彎桿臂（12)的豎直部固接，另一端通過固定卡(21)固接在噴桿（13) 上。3. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于：所述滑塊 (6)的初始位置位于絲杠(5)和導向桿(9)的二分之一處。4. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于:所述噴灑裝 置還包括左限位桿開關(33)和右限位桿開關(32)，左限位桿開關(33)和右限位桿開關(32) 分別垂直固接于掛臂（10)的左右兩側，且左限位桿開關(33)和右限位桿開關(32)位于同一 條直線上。5. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于： 所述控制裝置包括控制器(31)、輸出端單元(30)、右激光傳感器單元(26)、左激光傳感 器單元(28)、角度位移傳感器單元(25)、速度傳感器單元(27)和測試單元(29);右激光傳感 器單元(26)與右激光傳感器（17)連接;左激光傳感器單元(28)與左激光傳感器（16)連接； 角度位移傳感器單元(25)與角度位移傳感器(19)連接;速度傳感器單元(27)與速度傳感器 (20)連接； 所述控制器(31)的輸入端分別與右激光傳感器單元(26)、左激光傳感器單元(28)、角 度位移傳感器單元(25)和速度傳感器單元(27)連接，輸出端與輸出端單元(30)連接;輸出 端單元(30)與步進電機(3)連接； 所述測試單元(29)與控制器(31)連接。6. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于:所述角度調 整裝置還包括左激光傳感器步進電機(23)和右激光傳感器步進電機(24);左激光傳感器步 進電機(23)和右激光傳感器步進電機(24)分別設置于噴桿（13)的左右兩端，并分別與左激 光傳感器(16)和右激光傳感器(17)連接。7. 根據權利要求1所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置，其特征在于:所述左激光 傳感器(16)和右激光傳感器(17)均可由超聲波傳感器代替。8. -種根據權利要求1-7之一所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角度調整方 法，其特征在于:該方法包括機身傾斜仿形模式，并包括如下步驟： a、 調整左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)，使其均垂直于地面(22)，即，使得左激 光傳感器(16)和右激光傳感器(17)的向前傾斜角度β = 0; b、 左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 (29)，對數據進行處理和判斷；如果MS I L11 SW時則進行噴桿調整，否則不進行噴桿調整， 其中，1^是左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)分別到其投影點距離的差值，M和W為1^的 下限值和上限值;同時，開啟角度位移傳感器(19); c、 通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷機身處于右傾斜狀態，則進行 機身右傾斜噴桿調整，如果LKL 4，判斷機身處于左傾斜狀態，則進行機身左傾斜噴桿調整； 隨后測試單元(29)給控制單元(31)發送控制信號，控制單元(31)驅動步進電機(3)帶動絲 杠(5)旋轉，使螺紋滑塊(6)移動;與此同時，方管滑塊(7)帶動"T"形折彎桿臂（12)轉動;其 中，L 3為左激光傳感器（16)到其投影點距離;L4為右激光傳感器（17)到其投影點距離； d、 開啟角度位移傳感器（19)后，初始化角度位移傳感器（19)，角度計數置0,開始采集 角度位移數據;根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移 傳感器（19)不斷地探測和修正，從而使控制器(31)通過輸出端單元(30)控制步進電機(3) 轉動； 上述數學模型為：其中， L1S左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)分別到其投影點距離的差值； L2為噴桿(13)的長度； L3為左激光傳感器（16)到其投影點距離； L4為右激光傳感器（17)到其投影點距離； Za1S機身傾斜角； Z α2為噴桿（13)調整的反偏轉角； e、角度位移傳感器（19)不斷地探測和修正后進行Za1 = Za2的判斷，當Za1^Za2時， 步進電機(3)繼續轉動，角度位移傳感器(19)繼續采集角度位移數據，直到Za1 = Za2為止； 當Za1 = Za2時，一次機身傾斜仿形結束，步進電機(3)停止轉動，以T形折彎桿臂（12)本 次機身傾斜仿形結束后的位置作為下一次機身傾斜仿形的角度位移基準點。9. 一種根據權利要求1-7之一所述的農用航空植保機自動仿形噴灑裝置的角度調整方 法，其特征在于:該方法包括作物仿形模式，并包括如下步驟： a、 調整左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17 )，使其均向前傾斜，使得左激光傳感器 (16)和右激光傳感器(17)的向前傾斜角度β> O; b、 左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)實時采集數據，并將數據傳送到測試單元 (29)，對數據進行處理和判斷；如果MS I Lo I SW時則進行傾斜調整，否則不進行傾斜調整， 其中，Lo仿形作物高端到低端的垂直距離，M和W為Lo的下限值和上限值;同時，開啟角度位移 傳感器(19); c、 通過L3>L4的判斷確定噴桿的調整方案，如果L3>L4,判斷作物樹冠右高左低，則進行噴 桿左傾斜調整，如果LKL 4，判斷作物樹冠左高右低，則進行噴桿右傾斜調整;隨后測試單元 (29)給控制單元(31)發送控制信號，控制單元(31)驅動步進電機(3)帶動絲杠(5)旋轉，使 螺紋滑塊(6)移動;與此同時，方管滑塊(7)帶動"T"形折彎桿臂（12)轉動;其中，L 3為左激光 傳感器(16)到其投影點的距離;L4為右激光傳感器（17)到其投影點的距離； d、 開啟角位移傳感器（19)后，初始化角度位移傳感器（19)，角度計數置0,開始采集角 度位移數據;根據建立的數學模型，計算出噴桿識別算法的角度參數，然后利用角度位移傳 感器（19)不斷地探測和修正，從而使控制器(31)通過輸出端單元(30)控制步進電機(3)轉 動； 上述數學模型為：Ti = T2 Za3 = Za2 Lo為仿形作物高端到低端的垂直距離； L1S左激光傳感器（16)和右激光傳感器（17)分別到其投影點距離的差值； L2為噴桿(13)的長度； L3為左激光傳感器(16)到其投影點的距離； L4為右激光傳感器(17)到其投影點的距離； h為作物的最短噴灑距離； Za3為仿形作物與地面的夾角； Z a2為噴桿（13)調整的反偏轉角； T1為激光傳感器采集和噴桿調整處理的延遲時間； T2為激光傳感器采集和噴桿調整處理時間； e、角度位移傳感器（19)不斷地探測和修正后進行Za3=Za2的判斷，當Za3辛Za 2時， 步進電機(3)繼續轉動，角度位移傳感器(19)繼續采集角度位移數據，直到Za3 = Za2為止； 當Za3=Za2時，一次作物仿形結束，步進電機(3)停止轉動，以"T"形折彎桿臂（12)本次作 物仿形結束后的位置作為下一次作物仿形的角度位移基準點。
【文檔編號】B64D1/18GK105882969SQ201610192065
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】祁力鈞, 吳亞壘, 楊知倫, 高春花, 杜政偉, 曹軍琳
【申請人】中國農業大學