可移动双喷头喷雾系统植保无人机研究

张成茂，李博宸，张玉浩

（临沂大学，山东临沂 276000）

1 喷雾系统的整体设计及工作方式

1.1 整体设计

本文所设计的可移动双喷头喷雾系统植保无人机主要由无人机本体，无人机本体的底部的储液箱，储液箱底部的水泵，旋转机构和喷洒机构组成。其中旋转机构由舵机安装座、舵机、摇臂安装座、摇臂组成；喷洒机构由离心喷头、压力喷头、第一管路、第二管路组成。整体结构如图1所示

图1 喷雾系统整体结构图

1.2 工作方式

1.2.1 通过舵机摇臂提供旋转动力，使得摇臂可以实现360°旋转，从而达到改变喷头的位置的目的，进而能够增大农药喷洒面积。

1.2.2 离心喷头和压力喷头通过一个遥控通道控制，可实现离心喷头和压力喷头的转换。

1.2.3 通过对舵机的控制可实现同一摇臂上的离心喷头和压力喷头同步运动，从而改变喷头所在的位置，进而改变4套喷头之间的距离，可实现对单位面积内农药喷洒密度的改变。当4套喷头间距离减小时，农作物单位面积获得的农药量增加，此时可以对农药需求量大的农作物进行喷洒；当4套喷头间距离变大时，农作物单位面积获得的农药量减少，此时可以对农药需求量小的农作物进行喷洒。

1.2.4 通过控制系统可以实现四套离心喷头和压力喷头的同步移动，以及移动角度的同步。通过控制系统结合农作物的具体情况还可以完成离心喷头和压力喷头的独立工作，实现二者的工作转换。

2 喷雾系统各部分设计

2.1 旋转机构

2.1.1 结构。旋转机构由舵机安装座、舵机、摇臂安装座、摇臂组成。如图2所示，其结构是舵机固定在舵机安装坐上，安装座固定在无人机的机臂末端，旋翼的正下方，摇臂通过摇臂安装座上的舵机摇臂相连接，另一端用同样的方式固定舵机与另一个摇臂，而两个舵机均与无人机控制系统相连，通过无人机遥控器控制舵机摇臂的转动，从而控制两个摇臂的旋转。

2.1.2 设计特点。旋转机构的设计特点是旋转机构放置在旋翼正下方有利于无人机飞行的平稳性，保证最大的喷施效果，同时还兼顾到药液喷出后，恰巧位于无人机旋翼产生的下洗流场内，可以借助下洗流场的作用力，改善药液的喷施范围，强化药液喷出的扩散性效果，提高药液的下落速度，进一步提高喷施效率。

2.1.3 工作原理。由于喷洒系统喷施农药形成的形状呈伞状，当无人机上四套旋转机构同步转动到交叉相对的两套旋转机构的连线相互垂直时，四套喷洒系统的相对位置距离最小。若相对两套喷洒系统的中心点连线的距离S等于喷洒幅面的半径R的2倍时，喷洒系统的喷洒幅面在无人机中心轴处产生最大交集，则该交集处农作物单位面积、单位时间内获得的药液的量是最多的，同时，也是无人机完全覆盖垂直于其的农作物的边界值，意味着此时的用药量也是最小的。如图1所示，旋转机构部分展开效果。

2.2 喷洒机构

2.2.1 结构。喷洒机构由离心喷头、压力喷头、第一管路、第二管路组成。如图3所示。其结构是离心喷头和压力喷头均固定在下方的摇臂上，其中压力喷头固定在摇臂末端，离心喷头固定在摇臂中间，压力喷头和离心喷头分别接通第一管路和第二管路。如图1所示，储液箱底部设有与储液箱连通的水泵，水泵通过第一管路与压力喷头连通，且第一管路内设有第一电磁阀；水泵通过第二管路与所述离心喷头连通，第二管路内设有第二电磁阀；其中水泵、第一电磁阀、第二电磁阀和离心喷头均与无人机的控制系统连接。

图2 旋转机构

2.2.2 设计特点。喷洒机构的设计特点是离心喷头雾化效果好但穿透力差，可以对低密度、对雾化效果要求高的农作物喷洒。压力喷头雾化效果差但穿透力好，可以对高密度、雾化效果要求低的农作物喷洒。

2.2.3 工作原理。针对不同的种类、生长周期、种植密度的农作物，根据其所需的农药喷洒的雾化效果和渗透程度，通过无人机的控制系统来控制第一电磁阀和第二电磁阀，以及离心喷头的离心电机的工作以此来控制离心喷头和压力喷头的工作，从而实现所需的不同喷洒效果。

3 储液箱安装位置说明

储液箱呈漏斗状，出液口位于漏斗的最底端，药液依靠重力流动至出液口，有利于药液使用的充分，防止留存。另外，储液箱的中心轴线与无人机本体的中心轴线重合。保证储液箱对无人机的水平重心没有影响，有利于喷施的均衡性以及无人机本体飞行的安全性，同时提高旋翼式无人机的飞行速度、承重能力和续航效能。储液箱位置如图4所示。

4 结语

设计的植保无人机可移动双喷头喷雾系统能够很好的解决了现有的植保无人机存在的农药喷洒量单一，喷洒范围小，适用农作物单一，喷洒效率低，经济成本高等问题。通过实验证明，该设计可以为不同种植密度，不同种类，不同农药需求量的农作物进行高效、经济的喷洒作业。

图3 喷洒机构

图4 储液箱