一種六軸式農藥噴霧飛行裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種噴霧裝置，具體涉及一種六軸式農藥噴霧飛行裝置。
【背景技術】
[0002]農業機械是指在作物種植業和畜牧業生產過程中，以及農、畜產品初加工和處理過程中所使用的各種機械；植物種植保護機械用于種植和保護作物及農產品免受病、蟲、鳥、獸和雜草等危害。長期以來，我國農作物防病防蟲主要依靠手動噴霧器和背負式噴霧機等地面農藥噴灑裝置對農作物進行農藥噴灑與防治。然而，我國農田地理范圍分布較廣，地形復雜，地面農藥噴灑裝置進行農藥噴灑受地形和工作條件限制，作業效率低下，危險系數高，這給農業機械化的使用帶來了困難。而現有農藥噴灑飛行裝置大多采用直升飛機進行農藥噴霧，存在體型大、運行成本昂貴、飛行姿態單一、安全穩定性差和農藥噴灑不均勻的缺點，且需要專業的操作人員。因此，研宄一種能夠在復雜地形使用的新型農業機械化、自動化產品，對我國農業機械現代化、自動化，緩解人的勞動強度，提高種植效率具有非常重要的意義。
【發明內容】
[0003]鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種六軸式農藥噴霧飛行裝置，解決現有農藥噴霧飛行器體積大，飛行姿態單一，自動化程度低，安全平穩性差的問題。本發明的目的之二是提供一種控制前述六軸式農藥噴霧飛行裝置飛行的方法。
[0004]本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的，一種六軸式農藥噴霧飛行裝置，包括機架1、設置在機架上的控制系統和以機架為中心等角度分布在機架上的六個支撐軸，每個支撐軸的末端連接一個驅動單元；所述控制系統包括控制器6和分別與控制器連接的姿態檢測模塊、農藥噴灑模塊以及無線通信模塊16 ;
[0005]所述驅動單元為整個飛行裝置提供飛行動力；
[0006]所述控制器完成實時數據處理，并輸出控制信號實現飛行姿態的調控；
[0007]所述姿態檢測模塊根據用戶設定飛行姿態，動態監測飛行中的數據，同時根據用用戶需求實時調整飛行姿態；
[0008]所述農藥噴灑模塊根據預先設定的噴藥量、噴藥高度、噴藥區域，執行噴灑作業任務；所述無線通信模塊用于將各個傳感器的狀態參數傳到遙控器，操作人員根據反饋回來的數據，對六軸式農藥噴霧飛行裝置實時進行控制。
[0009]進一步，所述驅動單元包括與控制器連接的電子調速器2、與電子調速器連接的驅動電機3以及與驅動電機連接的螺旋槳4。
[0010]進一步，所述姿態檢測模塊包括分別與控制器連接的GPS定位器7、氣壓傳感器8、六軸陀螺儀9和地磁傳感器10 ;所述GPS定位器用于對飛行器進行準確定位，并通過無線通信模塊將其參數返回給操作者，所述氣壓傳感器和地磁傳感器分別實時監控飛行裝置的飛行高度和飛行方向，所述六軸陀螺儀用于采集飛行裝置的三個方向的角速度以及三個方向的角加速度。
[0011]進一步，所述農藥噴灑模塊包括噴霧裝置、液位傳感器15、設置在機架I下方的密閉容器13以及驅動兩個水泵的驅動電路14，所述液位傳感器設置于密閉容器內并與控制器連接，所述噴霧裝置包括分別設置在兩個支撐軸上的水泵11，每個水泵對應一個高速離心噴頭12，所述兩個支撐軸在同一直線上。
[0012]本發明的目的之二是通過以下技術方案來實現的，一種六軸式農藥噴霧飛行裝置控制方法，包括以下步驟:
[0013]S1.通過遙控器對需要完成的任務進行預先設定，然后控制飛行裝置起飛；
[0014]S2.根據用戶預先設定的任務，動態監測飛行中的數據，根據用戶需要實時調整飛行的姿態；
[0015]S3.當飛行裝置到達預先設定的位置時，根據預先設定的噴藥量、噴藥高度、噴藥區域，打開高速離心噴頭執行噴灑作業任務。
[0016]進一步，所述步驟SI具體包括:
[0017]在六軸式農藥噴霧飛行裝置工作前，操作人員從全國地理信息系統數據庫中獲得該地區的衛星圖像，在衛星圖像中劃定工作區域，并在工作區域內從農藥噴灑起始點至終點依次設點，并設定六軸式農藥噴霧飛行裝置在各點的飛行高度。
[0018]進一步，采用動態ro算法確保六軸式農藥噴霧飛行裝置在兩點之間有用直線路徑飛行，所述動態 H)算法為:U (k) = U (k-1) +Kp*e (k) +Kd* (e (k) _e (k_l))，Kp =k*(e(k)-e(k-l))~2，e(k) = f(k)-f (k_l)，公式中k為比例常數，Kd為靜態值，Kp為動態值，U(k)為電機的控制量，e(k)為地磁傳感器上次采集值與現在采集值得偏差，f(k)為地磁傳感器的采集值。
[0019]9.進一步，所述六軸式農藥噴霧飛行裝置的姿態由其傾斜角和傾斜角速度決定，所述姿態監測模塊采用積分補償的方法來消除傾斜角速度的積累誤差，加速度計采集的值ACC_VALUE以及陀螺儀采集的值GYRO_VALUE經過修正以及積分補償后得到了六軸式農藥噴霧飛行裝置的飛行角度值FLY_ANGEL:
[0020]FLY_ANGEL = (GYRO_VALUE-GYRO_OFFSET)*Kgyro+ Σ DELTA_VALUE*(1/T)
[0021 ] 其中，DELTA_VALUE為加速度計所獲得的傾斜角度，GYRO_VALUE為陀螺儀采集的值，GYRO_OFFSET為陀螺儀的零點偏移量，Kgyο為陀螺儀的比例值，Σ DELTA_VALUE為DELTA_VALUE的和，T為積分時間常數。經過修正以及積分補償后的傾斜角度之差:
[0022]DELTA_VALUE = (ACC_VALUE_ACC_OFFSET)*Kacc_FLY_ANGEL.
[0023]ACC_VALUE為加速度計采集的值，Kacc為加速度計的比例值，ACC_OFFSET為加速度器的零點偏移量。
[0024]Kacc = 180* (ACCmax+ACCmin)，其中ACCmax為加速度計的最大值，ACC min為加速度計的最小。
[0025]由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點:
[0026]機械結構剛度高、重量輕；能夠根據用戶需要設定農藥噴灑面積，噴藥量、噴藥時間、噴藥區域；噴灑過程中，噴藥操作人員不會直接接觸農藥，避免噴灑過程中農藥對人體健康的影響；飛行姿態可實時動態調整，適應不同高度地形的農藥噴灑作業，避免對地面原有生態的破壞；實現操作人員對施藥狀況的實時監控。
【附圖說明】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中:
[0028]圖1為飛行裝置機械結構圖；
[0029]圖2為系統硬件電路結構框圖；
[0030]圖3為MCU最小系統模塊電路圖；
[0031]圖4為無線通信模塊電路圖；
[0032]圖5為電源模塊電路圖；
[0033]圖6為系統軟件控制流程圖；
[0034]圖7為實際測量傾角曲線與積分補償后的傾角曲線圖；
[0035]圖8為動態積分補償結構圖；
[0036]圖9為噴灑過程控制流程圖；
[0037]圖10為不規則農田設定飛行路線規劃圖；
[0038]圖11為規則農田設定飛行路線規劃圖；
[0039]圖12為飛行裝置轉直角彎路線規劃圖。
[0040]圖中，1.機架，2.電子調速器，3.驅動電機，4.螺旋槳，5.電源模塊，6.控制器，
7.GPS定位器，8.氣壓傳感器，9.六軸陀螺儀，10.地磁傳感器，11.水泵，12.高速離心噴頭，13.密閉容器，14.驅動電路，15.液位傳感器，16.無線通信模塊。
[0041]具體實施方法
[0042]以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。
[0043]如圖1、2所示，一種六軸式農藥噴霧飛行裝置，包括機架1、設置在機架上的控制系統和以機架為中心等角度分布在機架上的六個支撐軸，每個支撐軸的末端連接一個驅動單元；所述控制系統包括控制器6和分別與控制器連接的姿態檢測模塊、農藥噴灑模塊以及無線通信模塊16。
[0044]所述驅動單元為整個飛行裝置提供飛行動力。所述驅動單元包括與控制器連接的電子調速器2、與電子調速器2連接的驅動電機3以及與驅動電機連接的螺旋槳4。在本發明中，驅動電機為六旋翼高轉速無刷直流電機，該電機通過電機固定座固定在各個支撐軸的端點部位，控制器6以及電源模塊5固定在機身中間位置的上端。電子調速器固定在軸翼中間位置，以減小振動，增加穩定性。
[0045]所述控制器完成實時數據處理，并輸出控制信號實現飛行姿態的調控。在本發明中，機架I采用25_碳纖維材料制成，采用碳纖維材料使機身輕便，有利于飛行控制。控制器采用ST公司生產的ARM_COTEX M3控制芯片STM32F103RCT6。
[0046]所述姿態檢測模塊根據用戶設定飛行姿態，動態監