一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置及其角度调整方法

摘要

本发明属于农用航空植保领域，涉及一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置及其角度调整方法。本发明是针对因作物树冠倾斜的生物学外形特性、地势造成的作物呈“梯度式”倾斜分布以及转向时机身倾斜等特点造成的喷雾不均匀问题，通过航空植保机喷杆角度自动调整的方法，建立机身倾斜角等于喷杆调整的反偏转角或建立仿形作物表面与地面的夹角等于喷杆调整的反偏转角的数学模型，应用该模型自动调节喷杆角度，使自动仿形喷洒装置达到仿形作物植冠外形提高喷雾均匀性的效果。本发明通过检测生物学特性、地理因素和机身倾斜等因素来指导设计适用于复杂环境条件下的喷杆角度调整，做到“少施药，施好药”，提高喷雾均匀性和覆盖率，提高农药的利用率。

权利要求

1.一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置，包括机体支架(1)和喷杆(13)，其特征在于：该喷洒装置还包括“T”形折弯杆臂(12)、喷杆角度调整装置、数据采集装置和控制装置；

机体支架(1)设置有上支撑板(2)和下支撑板(14)；

“T”形折弯杆臂(12)具有水平部、竖直部以及折弯点，其中，“T”形折弯杆臂(12)竖直部的下端与喷杆(13)垂直固接；挂臂(10)的一端垂直固接于上支撑板(2)中部，挂臂(10)的另一端通过活动销轴(11)与“T”形折弯杆臂(12)的折弯点活动连接；

喷杆角度调整装置包括步进电机(3)、联轴器(4)、丝杠(5)、螺纹滑块(6)、方管滑块(7)、活动螺栓(8)和导向杆(9)；

所述步进电机(3)固定连接在上支撑板(2)上，步进电机(3)的输出端通过联轴器(4)与丝杠(5)的一端连接，丝杠(5)的另一端通过轴承组件安装在下支撑板(14)上；所述导向杆(9)为双杆结构，平行于丝杠(5)、垂直设置于上支撑板(2)和下支撑板(14)之间；

所述螺纹滑块(6)在竖直方向上设置有三个并列的贯穿长孔；其中，中央的贯穿长孔设有内螺纹，丝杠(5)从所述设有内螺纹的中央贯穿长孔穿过，并与螺纹滑块(6)构成螺纹连接；两侧的贯穿长孔供导向杆(9)穿过，导向杆(9)与螺纹滑块(6)构成滑动连接；螺纹滑块(6)的外侧中心位置设置有内螺纹盲孔(61)；

所述方管滑块(7)为中空方管；所述“T”形折弯杆臂(12)的水平部穿过方管滑块(7)，并与方管滑块(7)构成滑动连接，方管滑块(7)内侧中心位置的管壁上设置有连接孔；

所述活动螺栓(8)设置于螺纹滑块(6)和方管滑块(7)之间，活动螺栓(8)的一端与螺纹滑块(6)的内螺纹盲孔(61)螺纹连接，另一端与方管滑块(7)上的连接孔构成转动连接；

所述数据采集装置包括左激光传感器(16)、右激光传感器(17)、角度位移传感器(19)和速度传感器(20)；

左激光传感器(16)和右激光传感器(17)设置于喷杆(13)的左右两端；

角度位移传感器(19)设置在“T”形折弯杆臂(12)的折弯点上；

速度传感器(20)设置在喷杆(13)上；

控制装置根据数据采集装置采集的数据，控制步进电机(3)的运转。

2.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述“T”形折弯杆臂(12)的竖直部与喷杆(13)之间对称设置有两个加强板(15)，加强板(15)的一端通过螺栓(18)与“T”形折弯杆臂(12)的竖直部固接，另一端通过固定卡(21)固接在喷杆(13)上。

3.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述螺纹滑块(6)的初始位置位于丝杠(5)和导向杆(9)的二分之一处。

4.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述喷洒装置还包括左限位杆开关(33)和右限位杆开关(32)，左限位杆开关(33)和右限位杆开关(32)分别垂直固接于挂臂(10)的左右两侧，且左限位杆开关(33)和右限位杆开关(32)位于同一条直线上。

5.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述控制装置包括控制器(31)、输出端单元(30)、右激光传感器单元(26)、左激光传感器单元(28)、角度位移传感器单元(25)、速度传感器单元(27)和测试单元(29)；右激光传感器单元(26)与右激光传感器(17)连接；左激光传感器单元(28)与左激光传感器(16)连接；

角度位移传感器单元(25)与角度位移传感器(19)连接；速度传感器单元(27)与速度传感器(20)连接；

所述控制器(31)的输入端分别与右激光传感器单元(26)、左激光传感器单元(28)、角度位移传感器单元(25)和速度传感器单元(27)连接，输出端与输出端单元(30)连接；输出端单元(30)与步进电机(3)连接；

所述测试单元(29)与控制器(31)连接。

6.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述角度调整装置还包括左激光传感器步进电机(23)和右激光传感器步进电机(24)；左激光传感器步进电机(23)和右激光传感器步进电机(24)分别设置于喷杆(13)的左右两端，并分别与左激光传感器(16)和右激光传感器(17)连接。

7.根据权利要求1所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置，其特征在于：所述左激光传感器(16)和右激光传感器(17)均可由超声波传感器代替。

8.一种根据权利要求1-7之一所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法，其特征在于：该方法包括机身倾斜仿形模式，并包括如下步骤：a、调整左激光传感器(16)和右激光传感器(17)，使其均垂直于地面(22)，即，使得左激光传感器(16)和右激光传感器(17)的向前倾斜角度β＝0；

b、左激光传感器(16)和右激光传感器(17)实时采集数据，并将数据传送到测试单元(29)，对数据进行处理和判断；如果M≤|L1|≤W时则进行喷杆调整，否则不进行喷杆调整，其中，L1是左激光传感器(16)和右激光传感器(17)分别到其投影点距离的差值，M和W为L1的下限值和上限值；同时，开启角度位移传感器(19)；

c、通过L3>L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3>L4，判断机身处于右倾斜状态，则进行机身右倾斜喷杆调整，如果L3

随后测试单元(29)给控制单元(31)发送控制信号，控制单元(31)驱动步进电机(3)带动丝杠(5)旋转，使螺纹滑块(6)移动；与此同时，方管滑块(7)带动“T”形折弯杆臂(12)转动；其中，L3为左激光传感器(16)到其投影点距离；L4为右激光传感器(17)到其投影点距离；

d、开启角度位移传感器(19)后，初始化角度位移传感器(19)，角度计数置0，开始采集角度位移数据；根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器(19)不断地探测和修正，从而使控制器(31)通过输出端单元(30)控制步进电机(3)转动；

上述数学模型为：

L1＝|L3-L4|

∠α1＝∠α2

其中，

L1为左激光传感器(16)和右激光传感器(17)分别到其投影点距离的差值；

L2为喷杆(13)的长度；

L3为左激光传感器(16)到其投影点距离；

L4为右激光传感器(17)到其投影点距离；

∠α1为机身倾斜角；

∠α2为喷杆(13)调整的反偏转角；

e、角度位移传感器(19)不断地探测和修正后进行∠α1＝∠α2的判断，当∠α1≠∠α2时，步进电机(3)继续转动，角度位移传感器(19)继续采集角度位移数据，直到∠α1＝∠α2为止；

当∠α1＝∠α2时，一次机身倾斜仿形结束，步进电机(3)停止转动，以“T”形折弯杆臂(12)本次机身倾斜仿形结束后的位置作为下一次机身倾斜仿形的角度位移基准点。

9.一种根据权利要求1-7之一所述的农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法，其特征在于：该方法包括作物仿形模式，并包括如下步骤：a、调整左激光传感器(16)和右激光传感器(17)，使其均向前倾斜，使得左激光传感器(16)和右激光传感器(17)的向前倾斜角度β＞0；

b、左激光传感器(16)和右激光传感器(17)实时采集数据，并将数据传送到测试单元(29)，对数据进行处理和判断；如果M≤|L0|≤W时则进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L0仿形作物高端到低端的垂直距离，M和W为L0的下限值和上限值；同时，开启角度位移传感器(19)；

c、通过L3>L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3>L4，判断作物树冠右高左低，则进行喷杆左倾斜调整，如果L3

d、开启角位移传感器(19)后，初始化角度位移传感器(19)，角度计数置0，开始采集角度位移数据；根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器(19)不断地探测和修正，从而使控制器(31)通过输出端单元(30)控制步进电机(3)转动；

上述数学模型为：

L0＝|L3-L4|×cosβ

L0＝L1×cosβ

h＝Min(L3cosβ,L4cosβ)

T1＝T2

∠α3＝∠α2

L0为仿形作物高端到低端的垂直距离；

L1为左激光传感器(16)和右激光传感器(17)分别到其投影点距离的差值；

L2为喷杆(13)的长度；

L3为左激光传感器(16)到其投影点的距离；

L4为右激光传感器(17)到其投影点的距离；

h为作物的最短喷洒距离；

∠α3为仿形作物与地面的夹角；

∠α2为喷杆(13)调整的反偏转角；

T1为激光传感器采集和喷杆调整处理的延迟时间；

T2为激光传感器采集和喷杆调整处理时间；

e、角度位移传感器(19)不断地探测和修正后进行∠α3＝∠α2的判断，当∠α3≠∠α2时，步进电机(3)继续转动，角度位移传感器(19)继续采集角度位移数据，直到∠α3＝∠α2为止；

当∠α3＝∠α2时，一次作物仿形结束，步进电机(3)停止转动，以“T”形折弯杆臂(12)本次作物仿形结束后的位置作为下一次作物仿形的角度位移基准点。

说明书

一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置及其角度调整方法

技术领域

[0001] 本发明属于农用航空植保领域，特别涉及一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置及其角度调整方法。

背景技术

[0002] 影响航空喷雾均匀性的因素有很多种。就目前航空植保喷药机固定喷杆而言，在下述情况下势必对喷雾均匀性产生极大影响：第一，地势造成的作物呈“梯度式”或坡度(以下统一称为梯度)倾斜分布。由于地面有坡度所造成的作物梯度分布，如果农用航空植保机喷杆角度不可调，必然导致农用航空植保机在作业时候造成雾滴分布不均匀。第二，不同作物的生物学外形特性。当农用航空植保机在果园或茶园作业时，树冠有很明显的倾斜面，例如柑橘树、茶树等。考虑到农用航空植保机机身不发生倾斜的情况下，如果喷杆角度不可调性，仅仅从树冠上部施药，则会造成严重的施药不均匀现象。第三，农用航空植保机的机身倾斜。农用航空植保机在施药作业中，飞机在田间转弯过程中造成的机身倾斜现象不可避免，或者操作人员操作不当造成的机身倾斜现象经常发生，如果农用航空植保机喷杆不可调，施药均匀性会受到极大的影响。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种提高农用航空植保喷雾均匀性的自动仿形喷洒装置。

[0004] 本发明的另一个目的是提供一种提高喷雾均匀性和覆盖率，提高化学农药的利用率的农用航空植保自动仿形喷洒装置的角度调整方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

[0006] 本发明提供一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置，包括机体支架1和喷杆13，该喷洒装置还包括“T”形折弯杆臂12、喷杆角度调整装置、数据采集装置和控制装置；机体支架1设置有上支撑板2和下支撑板14；“T”形折弯杆臂12具有水平部、竖直部以及折弯点，其中，“T”形折弯杆臂12竖直部的下端与喷杆13垂直固接；挂臂10的一端垂直固接于上支撑板2中部，挂臂10的另一端通过活动销轴11与“T”形折弯杆臂12的折弯点活动连接；喷杆角度调整装置包括步进电机3、联轴器4、丝杠5、滑块6、方管滑块7、活动螺栓8和导向杆9；所述步进电机3固定连接在上支撑板2上，步进电机3的输出端通过联轴器4与丝杠5的一端连接，丝杠5的另一端通过轴承组件安装在下支撑板14上；所述导向杆9为双杆结构，平行于丝杠5、垂直设置于上支撑板2和下支撑板14之间；所述滑块6在竖直方向上设置有三个并列的贯穿长孔；其中，中央的贯穿长孔设有内螺纹，丝杠5从所述设有内螺纹的中央贯穿长孔穿过，并与滑块6构成螺纹连接；两侧的贯穿长孔供导向杆9穿过，导向杆9与滑块6构成滑动连接；滑块6的外侧中心位置设置有内螺纹盲孔61；所述方管滑块7为中空方管；所述“T”形折弯杆臂
12的水平部穿过方管滑块7，并与方管滑块7构成滑动连接，方管滑块7内侧中心位置的管壁上设置有连接孔；所述活动螺栓8设置于滑块6和方管滑块7之间，活动螺栓8的一端与滑块6的内螺纹盲孔61螺纹连接，另一端与方管滑块7上的连接孔构成转动连接；所述数据采集装置包括左激光传感器16、右激光传感器17、角度位移传感器19和速度传感器20；左激光传感器16和右激光传感器17设置于喷杆13的左右两端；角度位移传感器19设置在“T”形折弯杆臂12的折弯点上；速度传感器20设置在喷杆13上；控制装置根据数据采集装置采集的数据，控制步进电机3的运转。

[0007] 优选地，所述“T”形折弯杆臂12的竖直部与喷杆13之间对称设置有两个加强板15，加强板15的一端通过螺栓18与“T”形折弯杆臂12的竖直部固接，另一端通过固定卡21固接在喷杆13上。

[0008] 所述滑块6的初始位置位于丝杠5和导向杆9的二分之一处。

[0009] 优选地，所述喷洒装置还包括左限位杆开关33和右限位杆开关32，左限位杆开关33和右限位杆开关32分别垂直固接于挂臂10的左右两侧，且左限位杆开关33和右限位杆开关32位于同一条直线上。

[0010] 所述控制装置包括控制器31、输出端单元30、右激光传感器单元26、左激光传感器单元28、角度位移传感器单元25、速度传感器单元27和测试单元29；右激光传感器单元26与右激光传感器17连接；左激光传感器单元28与左激光传感器16连接；角度位移传感器单元25与角度位移传感器19连接；速度传感器单元27与速度传感器20连接；所述控制器31的输入端分别与右激光传感器单元26、左激光传感器单元28、角度位移传感器单元25和速度传感器单元27连接，输出端与输出端单元30连接；输出端单元30与步进电机3连接；所述测试单元29与控制器31连接。

[0011] 所述角度调整装置还包括左激光传感器步进电机23和右激光传感器步进电机24；左激光传感器步进电机23和右激光传感器步进电机24分别设置于喷杆13的左右两端，并分别与左激光传感器16和右激光传感器17连接。

[0012] 所述左激光传感器16和右激光传感器17均可由超声波传感器代替。

[0013] 本发明提供一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法，该方法包括机身倾斜仿形模式，并包括如下步骤：

[0014] a、调整左激光传感器16和右激光传感器17，使其均垂直于地面22，即，使得左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＝0；

[0015] b、左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，并将数据传送到测试单元29，对数据进行处理和判断；如果M≤|L1|≤W时则进行喷杆调整，否则不进行喷杆调整，其中，L1是左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值，M和W为L1的下限值和上限值；同时，开启角度位移传感器19；

[0016] c、通过L3＞L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3＞L4，判断机身处于右倾斜状态，则进行机身右倾斜喷杆调整，如果L3＜L4，判断机身处于左倾斜状态，则进行机身左倾斜喷杆调整；随后测试单元29给控制单元31发送控制信号，控制单元31驱动步进电机3带动丝杠5旋转，使螺纹滑块6移动；与此同时，方管滑块7带动“T”形折弯杆臂12转动；其中，L3为左激光传感器16到其投影点距离；L4为右激光传感器17到其投影点距离；

[0017] d、开启角度位移传感器19后，初始化角度位移传感器19，角度计数置0，开始采集角度位移数据；根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器19不断地探测和修正，从而使控制器31通过输出端单元30控制步进电机3转动；

[0018] 上述数学模型为：

[0019] L1＝|L3-L4|

[0020]

[0021] ∠α1＝∠α2

[0022] 其中，

[0023] L1为左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值；

[0024] L2为喷杆13的长度；

[0025] L3为左激光传感器16到其投影点距离；

[0026] L4为右激光传感器17到其投影点距离；

[0027] ∠α1为机身倾斜角；

[0028] ∠α2为喷杆13调整的反偏转角；

[0029] e、角度位移传感器19不断地探测和修正后进行∠α1＝∠α2的判断，当∠α1≠∠α2时，步进电机3继续转动，角度位移传感器19继续采集角度位移数据，直到∠α1＝∠α2为止；当∠α1＝∠α2时，一次机身倾斜仿形结束，步进电机3停止转动，以“T”形折弯杆臂12本次机身倾斜仿形结束后的位置作为下一次机身倾斜仿形的角度位移基准点。

[0030] 本发明提供一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法，该方法包括作物仿形模式，并包括如下步骤：

[0031] a、调整左激光传感器16和右激光传感器17，使其均向前倾斜，使得左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＞0；

[0032] b、左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，并将数据传送到测试单元29，对数据进行处理和判断；如果M≤|L0|≤W时则进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L0仿形作物高端到低端的垂直距离，M和W为L0的下限值和上限值；同时，开启角度位移传感器19；

[0033] c、通过L3＞L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3＞L4，判断作物树冠右高左低，则进行喷杆左倾斜调整，如果L3＜L4，判断作物树冠左高右低，则进行喷杆右倾斜调整；随后测试单元29给控制单元31发送控制信号，控制单元31驱动步进电机3带动丝杠5旋转，使螺纹滑块6移动；与此同时，方管滑块7带动“T”形折弯杆臂12转动；其中，L3为左激光传感器16到其投影点的距离；L4为右激光传感器17到其投影点的距离；

[0034] d、开启角位移传感器19后，初始化角度位移传感器19，角度计数置0，开始采集角度位移数据；根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器19不断地探测和修正，从而使控制器31通过输出端单元30控制步进电机3转动；

[0035] 数学模型为：

[0036] L0＝|L3-L4|×cosβ

[0037] L0＝L1×cosβ

[0038]

[0039] h＝Min(L3cosβ,L4cosβ)

[0040]

[0041] T1＝T2

[0042] ∠α3＝∠α2

[0043] L0为仿形作物高端到低端的垂直距离；

[0044] L1为左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值；

[0045] L2为喷杆13的长度；

[0046] L3为左激光传感器16到其投影点的距离；

[0047] L4为右激光传感器17到其投影点的距离；

[0048] h为作物的最短喷洒距离；

[0049] ∠α3为仿形作物与地面的夹角；

[0050] ∠α2为喷杆13调整的反偏转角；

[0051] T1为激光传感器采集和喷杆调整处理的延迟时间；

[0052] T2为激光传感器采集和喷杆调整处理时间；

[0053] e、角度位移传感器19不断地探测和修正后进行∠α3＝∠α2的判断，当∠α3≠∠α2时，步进电机3继续转动，角度位移传感器19继续采集角度位移数据，直到∠α3＝∠α2为止；当∠α3＝∠α2时，一次作物仿形结束，步进电机3停止转动，以“T”形折弯杆臂12本次作物仿形结束后的位置作为下一次作物仿形的角度位移基准点。

[0054] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0055] 利用本发明公开的方法能够及时、自动调整喷杆的角度，以适应地面坡度、机身倾斜或果树树冠特征等，提高雾滴分布均匀性，也为进一步结合喷杆角度调整方法去指导仿形喷雾设计提供理论依据。

[0056] 本发明的一个重要特点在于提出调整喷杆水平的条件，依据机身倾斜角∠α1等于喷杆调整的反偏转角∠α2和仿形作物与地面的夹角∠α3等于喷杆调整的反偏转角∠α2的数学思想，结合激光传感器测距原理和角度位移传感器实时反馈和修正的机理，利用∠α1＝∠α2和∠α3＝∠α2，使得喷杆具有及时、自动、可调的功能，适应多重复杂的环境，从而进行更为均匀的喷雾。

[0057] 同时，本发明首先考虑到两个激光传感器实时采集数据传送给控制装置，则会使控制装置不停地发送信号给输出装置，极其容易造成喷杆在空中不停地进行左倾斜和右倾斜调整，导致喷雾分布更加不均匀，而且务必保证喷杆与机翼不发生干涉。基于这种情况，在机身倾斜仿形模式中，设定程序规定喷杆进行调整的条件是：M≤|L1|≤W时进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L1是两个激光传感器分别到投影点距离的差值，M和W为L1的下限值和上限值，(下限值一定不为0)，具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定。在作物仿形模式中，设定程序规定喷杆进行调整的条件是：M≤|L0|≤W时则进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L0--是仿形作物高端到低端的垂直距离，M和W为L0的下限值和上限值(下限值一定不为0)，具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定。

[0058] 其次，利用两个激光传感器最新采集的三组数据进行平均运算处理，得出一组平均数据，通过数学算法模型对这一组数据进行处理求得∠α3，再利用一个角度位移传感器对控制装置进行实时反馈和修正位移。最后，考虑到仿形喷雾过程中，激光传感器采集和处理的延迟时间T1，故使激光传感器的向前倾斜角度β，通过左右激光传感器16、17和速度传感器20分别测出作物的最短喷洒距离h和飞机速度v，一并带入公式 T1＝T2，计算出喷杆调整的时间T2，设定相应的向前倾斜角度β，以确保喷杆自动调整为水平状态，其结论更为准确、可靠。

附图说明

[0059] 图1为本发明农用航空植保机自动仿形喷洒装置的结构示意图；

[0060] 图2为本发明滑块6的结构示意图；

[0061] 图3a为机身倾斜仿形模式中机身左倾斜时喷杆13的状态示意图；

[0062] 图3b为机身倾斜仿形模式中机身左倾斜喷杆13调整水平状态示意图；

[0063] 图3c为机身倾斜仿形模式中机身左倾斜-恢复水平时喷杆13的状态示意图；

[0064] 图3d为机身倾斜仿形模式中机身左倾斜-恢复水平喷杆13调整水平状态示意图；

[0065] 图4a为机身倾斜仿形模式中机身右倾斜时喷杆13的状态示意图；

[0066] 图4b为机身倾斜仿形模式中机身右倾斜喷杆13调整水平状态示意图；

[0067] 图4c为机身倾斜仿形模式中机身右倾斜-恢复水平时喷杆13的状态示意图；

[0068] 图4d为机身倾斜仿形模式中机身右倾斜-恢复水平时喷杆13调整水平状态示意图；

[0069] 图5a为作物仿形模式中作物树冠左高右低时喷杆13的状态示意图；

[0070] 图5b为作物仿形模式中作物树冠左高右低时喷杆13的仿形状态示意图；

[0071] 图6a为作物仿形模式中作物树冠右高左低时喷杆13的状态示意图；

[0072] 图6b为作物仿形模式中作物树冠右高左低时喷杆13的仿形状态示意图；

[0073] 图7a为本发明机身倾斜仿形模式的喷杆自动调整流程图；

[0074] 图7b为本发明作物仿形模式的喷杆自动调整流程图。

[0075] 其中的附图标记为：

[0076] 1机体支架              2上支撑板

[0077] 3步进电机              4联轴器

[0078] 5丝杠                  6滑块

[0079] 61内螺纹盲孔           7方管滑块

[0080] 8活动螺栓              9导向杆

[0081] 10挂臂                 11活动销轴

[0082] 12“T”形折弯杆臂       13喷杆

[0083] 14下支撑板             15加强板

[0084] 16左激光传感器         17右激光传感器

[0085] 18螺栓                 19角度位移传感器

[0086] 20速度传感器           21固定卡

[0087] 22地面                 23左激光传感器步进电机

[0088] 24右激光传感器步进电机 25角度位移传感器单元

[0089] 26右激光传感器单元     27速度传感器单元

[0090] 28左激光传感器单元     29测试单元

[0091] 30输出端单元           31控制器

[0092] 32右限位杆开关         33左限位杆开关

[0093] β左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角

[0094] L0--仿形作物高端到低端的垂直距离

[0095] L1左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值

[0096] L2喷杆13的长度

[0097] L3左激光传感器16到其投影点距离

[0098] L4右激光传感器17到其投影点距离

[0099] h作物的最短喷洒距离

[0100] ν飞机的行进速度

[0101] ∠α1机身倾斜角

[0102] ∠α2喷杆13调整的反偏转角

[0103] ∠α3仿形作物与地面22的夹角

[0104] E左激光传感器16的端点

[0105] E′左激光传感器16的投影点

[0106] F右激光传感器17的端点

[0107] F′右激光传感器17的投影点

[0108] A、B、C、D、G、H、A′、B′、C′、D′、G′、H′作图辅助点(数学符号)具体实施方式

[0109] 本发明针对因作物树冠倾斜的生物学外形特性、地势造成的作物呈“梯度式”倾斜分布以及机身倾斜等特点造成的喷雾不均匀问题，通过航空植保机喷杆自动调整角度的方法，分别建立机身倾斜角等于喷杆调整的反偏转角和仿形作物表面与地面的夹角等于喷杆调整的反偏转角的数学模型，应用该模型控制喷杆角度自动调节，使所设计的自动调节喷杆角度装置达到提高喷雾均匀性的效果。

[0110] 本发明公开了一种基于作物本身生物学外形特性、地势造成的作物梯度分布和机身倾斜时造成的相对坡度的农用无人机自动仿形喷杆。在农用无人机航空喷雾过程中由于作物本身生物学外形特性、作物梯度分布和机身倾斜时造成的相对坡度等对雾滴分布均匀性具有较大影响，本发明能够及时、有效解决上述原因所造成的喷雾不均匀问题，为弥补农用航空领域施药技术缺陷提出了指导。

[0111] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

[0112] 图1为本发明的农用航空植保机自动仿形喷洒装置的结构示意图。该喷洒装置包括机体支架1、“T”形折弯杆臂12、喷杆13、喷杆角度调整装置、数据采集装置和控制装置。

[0113] 机体支架1固接于农用航空植保机机身底盘(未示出)，机体支架1设置有上支撑板2和下支撑板14。

[0114] “T”形折弯杆臂12具有水平部、竖直部以及折弯点，其中，“T”形折弯杆臂12竖直部的下端与喷杆13垂直固接。挂臂10的一端垂直固接于上支撑板2中部，挂臂10的另一端通过活动销轴11与“T”形折弯杆臂12的折弯点活动连接。

[0115] 优选地，“T”形折弯杆臂12的竖直部与喷杆13之间对称设置有两个加强板15，加强板15的一端通过螺栓18与“T”形折弯杆臂12的竖直部固接，另一端通过固定卡21固接在喷杆13上。

[0116] 其中，喷杆角度调整装置包括步进电机3、联轴器4、丝杠5、滑块6、方管滑块7、活动螺栓8和导向杆9。所述步进电机3固定连接在上支撑板2上，步进电机3的输出端通过联轴器4与丝杠5的一端连接，丝杠5的另一端通过轴承组件安装在下支撑板14上，丝杠5具有自锁特性。所述导向杆9为双杆结构，平行于丝杠5、垂直设置于上支撑板2和下支撑板14之间。

[0117] 如图2所示，所述滑块6在竖直方向上设置有三个并列的贯穿长孔。其中，中央的贯穿长孔设有内螺纹，丝杠5从所述设有内螺纹的中央贯穿长孔穿过，并与滑块6构成螺纹连接；两侧的贯穿长孔供导向杆9穿过，导向杆9与滑块6构成滑动连接。滑块6的外侧中心位置设置有内螺纹盲孔61。所述方管滑块7为中空方管。所述“T”形折弯杆臂12的水平部穿过方管滑块7，并与方管滑块7构成滑动连接。方管滑块7内侧中心位置的管壁上设置有连接孔。

[0118] 所述活动螺栓8设置于滑块6和方管滑块7之间，活动螺栓8的一端与滑块6的内螺纹盲孔61螺纹连接，另一端与方管滑块7上的连接孔构成转动连接。

[0119] 所述滑块6的初始位置位于丝杠5和导向杆9的二分之一处。

[0120] 当步进电机3驱动丝杠5螺旋运动时，滑块6带动方管滑块7沿导向杆9长度方向做直线运动；同时，方管滑块7以活动螺栓8为旋转轴做旋转运动，从而“T”形折弯杆臂12通过活动销轴11绕挂臂10转动。同时，与“T”形折弯杆臂12的竖直部固定连接、又通过加强板15辅助连接的喷杆13在“T”形折弯杆臂12的旋转带动下左右倾斜转动，达到了仿形和机身倾斜后调整的目的。

[0121] 优选地，所述喷洒装置还包括左限位杆开关33和右限位杆开关32，左限位杆33和右限位杆32分别垂直固接于挂臂10的左右两侧，且左限位杆33和右限位杆32位于同一条直线上。

[0122] 当左限位杆开关33和右限位杆开关32的机械触头与“T”型折弯杆臂12的水平部接触时，步进电机3停止转动，以保护步进电机3开关不受损坏。

[0123] 所述数据采集装置，包括左激光传感器16、右激光传感器17、角度位移传感器19和速度传感器20。

[0124] 左激光传感器16和右激光传感器17设置于喷杆13的左右两端。

[0125] 角度位移传感器19设置在“T”形折弯杆臂12的折弯点上。

[0126] 角度位移传感器19用来采集角度位移数据，其设置在“T”形折弯杆臂12的折弯点上，当折弯点每转过1°，角度位移传感器19就会计数一次。当初始化角度位移传感器19时，它的计数值被设置为0，且在编程中设定角度位移传感器19正向或者反向转动时，计数都是随着转过的角度有规律地增加。

[0127] 速度传感器20设置在喷杆13上。

[0128] 所述控制装置，包括控制器31、输出端单元30、右激光传感器单元26、左激光传感器单元28、角度位移传感器单元25、速度传感器单元27和测试单元29。

[0129] 右激光传感器单元26与右激光传感器17连接；左激光传感器单元28与左激光传感器16连接；角度位移传感器单元25与角度位移传感器19连接；速度传感器单元27与速度传感器20连接。

[0130] 所述控制器31的输入端分别与右激光传感器单元26、左激光传感器单元28、角度位移传感器单元25和速度传感器单元27连接，输出端与输出端单元30连接；输出端单元30与步进电机3连接。

[0131] 测试单元29与控制器31连接，测试单元29根据实时采集的左激光传感器16和右激光传感器17测量数据，根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器19不断地探测和修正，从而使控制器31通过输出端单元30控制步进电机3转动，使喷杆13对机身倾斜做出调整，对不同的作物外形生物学特性进行仿形，达到对地面作物均匀喷雾的效果。

[0132] 优选地，喷杆13的左右两端还分别设置有左激光传感器步进电机23和右激光传感器步进电机24，并分别与左激光传感器16和右激光传感器17连接。

[0133] 所述控制装置还包括激光传感器步进电机控制单元(未示出)，控制左激光传感器步进电机23和右激光传感器步进电机24的旋转，调整激光传感器向前倾斜角度β，角度调整范围为0°≤β≤45°。

[0134] 本发明中的激光传感器为测距传感器中的一种，同时左激光传感器16和右激光传感器17均可由超声波传感器所代替。

[0135] 本发明提供一种农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法，包括机身倾斜仿形模式和作物仿形模式。

[0136] 根据作物树冠倾斜的生物学外形特性、地势造成的作物呈“梯度式”倾斜分布以及机身倾斜的特点选择自动仿形模式：当作业面积较小，在田间转弯的过程中农用航空植保机需要频繁做机身倾斜动作时；或者作物树冠生物学外形较为平整时，选择机身倾斜仿形模式。在机身倾斜仿形模式中，航空植保机正常无偏飞行时，飞行方向平行于地面22，机身左转定义为机身左倾斜，机身右转定义为机身右倾斜；当作业面积较大，农用航空植保机可较长时间保持平稳飞行，作物树冠生物学外形参差不齐时，选择作物仿形模式。在作物仿形模式中，作物树冠左高右低时喷杆右端向下倾斜仿形定义为喷杆右倾斜；作物树冠右高左低时喷杆左端向下倾斜仿形定义为喷杆左倾斜。

[0137] 1、如图7a所示，当选择机身倾斜仿形模式时，农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法包括如下步骤：

[0138] a、调整左激光传感器16和右激光传感器17，使其均垂直于地面22，即，使得左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＝0；

[0139] b、左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，并将数据传送到测试单元29，对数据进行处理和判断；如果M≤|L1|≤W时则进行喷杆调整，否则不进行喷杆调整，其中，L1是左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值，M和W为L1的下限值和上限值，M和W的具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定；同时，开启角度位移传感器19；

[0140] c、通过L3＞L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3＞L4，判断机身处于右倾斜状态，则进行机身右倾斜喷杆调整，如果L3＜L4，判断机身处于左倾斜状态，则进行机身左倾斜喷杆调整；随后测试单元29给控制单元31发送控制信号，控制单元31驱动步进电机3带动丝杠5旋转，使螺纹滑块6移动；与此同时，方管滑块7带动“T”形折弯杆臂12转动；其中，L3为左激光传感器16到其投影点距离；L4为右激光传感器17到其投影点距离；

[0141] d、开启角度位移传感器19后，初始化角度位移传感器19，角度计数置0，开始采集角度位移数据，根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器19不断地探测和修正，从而使控制器31通过输出端单元30控制步进电机3转动；

[0142] 数学模型为：

[0143] L1＝|L3-L4|

[0144]

[0145] ∠α1＝∠α2

[0146] 其中，

[0147] L1为左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值；

[0148] L2为喷杆13的长度；

[0149] L3为左激光传感器16到其投影点距离；

[0150] L4为右激光传感器17到其投影点距离；

[0151] ∠α1为机身倾斜角；

[0152] ∠α2为喷杆13调整的反偏转角；

[0153] e、角度位移传感器19不断地探测和修正后进行∠α1＝∠α2的判断，当∠α1≠∠α2时，步进电机3继续转动，角度位移传感器19继续采集角度位移数据，直到∠α1＝∠α2为止；当∠α1＝∠α2时，一次机身倾斜仿形结束，步进电机3停止转动，以“T”形折弯杆臂12本次机身倾斜仿形结束后的位置作为下一次机身倾斜仿形的角度位移基准点。

[0154] 2、如图7b所示，当选择作物仿形模式时，农用航空植保机自动仿形喷洒装置的角度调整方法包括如下步骤：

[0155] a、调整左激光传感器16和右激光传感器17，使其均向前倾斜，使得左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＞0；

[0156] b、左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，并将数据传送到测试单元29，对数据进行处理和判断；如果M≤|L0|≤W时则进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L0仿形作物高端到低端的垂直距离，M和W为L0的下限值和上限值，具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定；同时，开启角度位移传感器
19；

[0157] c、通过L3＞L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3＞L4，判断作物树冠右高左低，则进行喷杆左倾斜调整，如果L3＜L4，判断作物树冠左高右低，则进行喷杆右倾斜调整；随后测试单元29给控制单元31发送控制信号，控制单元31驱动步进电机3带动丝杠5旋转，使螺纹滑块6移动；与此同时，方管滑块7带动“T”形折弯杆臂12转动；其中，L3为左激光传感器16到其投影点的距离；L4为右激光传感器17到其投影点的距离；

[0158] d、开启角位移传感器19后，初始化角度位移传感19，角度计数置0，开始采集角度位移数据根据建立的数学模型，计算出喷杆识别算法的角度参数，然后利用角度位移传感器19不断地探测和修正，从而使控制器31通过输出端单元30控制步进电机3转动；

[0159] 数学模型为：

[0160] L0＝|L3-L4|×cosβ

[0161] L0＝L1×cosβ

[0162]

[0163] h＝Min(L3cosβ,L4cosβ)

[0164]

[0165] T1＝T2

[0166] ∠α3＝∠α2

[0167] L0为仿形作物高端到低端的垂直距离；

[0168] L1为左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值；

[0169] L2为喷杆13的长度；

[0170] L3为左激光传感器16到其投影点的距离；

[0171] L4为右激光传感器17到其投影点的距离；

[0172] h为作物的最短喷洒距离；

[0173] ∠α3为仿形作物与地面的夹角；

[0174] ∠α2为喷杆13调整的反偏转角；

[0175] T1为激光传感器采集和喷杆调整处理的延迟时间；

[0176] T2为激光传感器采集和喷杆调整处理时间；

[0177] e、角度位移传感器19不断地探测和修正后进行∠α3＝∠α2的判断，当∠α3≠∠α2时，步进电机3继续转动，角度位移传感器19继续采集角度位移数据，直到∠α3＝∠α2为止；当∠α3＝∠α2时，一次作物仿形结束，步进电机3停止转动，以“T”形折弯杆臂12本次作物仿形结束后的位置作为下一次作物仿形的角度位移基准点。

[0178] 本发明提供一种两种仿形模式相互切换的方法，该方法包括如下步骤：

[0179] 通过激光传感器步进电机控制单元控制左激光传感器步进电机23和右激光传感器步进电机24转动，使左激光传感器16和右激光传感器17向前倾斜角度β在范围0°～45°之间调整；当β＝0°时，则为机身倾斜仿形模式；当β＞0°时，则为作物仿形模式。

[0180] 下面结合附图对本发明自动仿形原理详细说明。

[0181] 机身倾斜仿形模式：

[0182] 基于对机身倾斜数学模型的分析。第一，左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度对延迟时间没有影响，故给定机身发生倾斜时，左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＝0。考虑到左激光传感器16和右激光传感器17数据采集和处理的延迟时间，为此在已知丝杠5与挂臂10之间距离固定不变的基础上，提高步进电机3的转速，使得单位时间内调整角度变大，喷杆13调节时间变短，以确保喷杆13快速调整为水平状态。第二，左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据传送给控制装置，则会使控制器31不停地发送信号给输出端单元30，极易造成喷杆13在空中不停地进行左倾斜和右倾斜调整，导致喷雾分布更加地不均匀，而且务必保证喷杆13不与机翼发生干涉。基于这种情况，规定M≤|L1|≤W，L1是左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点距离的差值，M和W为L1下限值和上限值，M和W的具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定。控制器31最新采集的三组数据进行平均运算处理，得出一组平均数据，通过数学算法模型对这一组数据进行处理求得∠α1；第三，通过L3＞L4的判断确定喷杆的调整方案，如果L3＞L4，判断机身处于右倾斜状态，则进行机身右倾斜喷杆调整；如果L3＜L4，判断机身处于左倾斜状态，则进行机身左倾斜喷杆调整；第四，角度位移传感器19安装在“T”形折弯杆臂12的折弯点上，在连续机身倾斜仿形过程中，角度位移传感器19以“T”形折弯杆臂12本次机身倾斜仿形结束后的位置作为下一次机身倾斜仿形的角度位移基准点，开启角度位移传感器19，令角度位移传感19初始化，角度计数置0，开始采集角度位移数据，那么角度位移传感器19可以实时探测出“T”形折弯杆臂12转过的角度∠α2。角度位移传感器19对控制装置进行实时反馈继而修正角度位移。

[0183] 如图3a所示，当机身发生向左倾斜时，左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，左激光传感器16到其投影点E′的距离为L3，右激光传感器17其投影点F′的距离为L4，可知左激光传感器16和右激光传感器17到各自投影点的距离之差为L1，喷杆13的长度为L2，通过左激光传感器16的投影点E′做一条垂直于右激光传感器17与投影点F′之间连线的直线，同时这条直线又平行于喷杆13，此时，由直角三角形的反三角函数性质可得：该直线与地面22的夹角

[0184] 如图3b所示，当机身向左倾斜喷杆调整水平状态的过程中，角度位移传感器19实时采集数据。角度位移传感器19采集的数据是飞机机身左倾斜时“T”形折弯杆臂12与其本次开始的位置为基准测得角位移数据。步进电机3驱动丝杠5正转，使滑块6向下运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向水平状态调节，角度位移传感器19测得该“T”形折弯杆臂12与其本次开始的位置为基准的夹角∠α2。根据喷杆调整水平的条件：机身倾斜角∠α1等于喷杆调整的反偏转角∠α2的数学原理，建立相应的数学模型：

[0185] L1＝|L3-L4|…………………………①

[0186]

[0187] ∠α1＝∠α2…………………………③

[0188] L1--左激光传感器16和右激光传感器17分别到其投影点E′和F′距离的差值。

[0189] L2--喷杆13的长度。

[0190] L3--左激光传感器16到其投影点E′距离。

[0191] L4--右激光传感器17到其投影点F′距离。

[0192] ∠α1--机身倾斜角。

[0193] ∠α2--喷杆13调整的反偏转角。

[0194] 根据①和②求出机身倾斜角度∠α1和∠α2的角度参数，代入机身倾斜角∠α1等于喷杆反偏转角∠α2的数学模型中③中。以“T”形折弯杆臂12本次机身倾斜仿形结束后的位置作为下一次作物仿形的角度位移基准点，那么角度位移传感器可以探测出此时“T”形折弯杆臂12转动的∠α2，并实时采集∠α2，对控制装置进行实时反馈与修正角位移。

[0195] 如图3c所示，当机身恢复水平状态时，喷杆13相对于地面22呈倾斜状态，需要进行水平调整：步进电机3驱动丝杠5反转，使滑块6向上运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向水平状态调节，如图3d所示。

[0196] 如图4a所示，当机身发生向右倾斜时，左激光传感器16其投影点E′的距离为L3，右激光传感器17其投影点F′的距离为L4，左激光传感器16和右激光传感器17到各自投影点的距离之差为L1，喷杆13的长度为L2，通过右激光传感器17的投影点F′做一条垂直于左激光传感器16与投影点E′之间连线的直线，同时这条直线又平行于喷杆13，此时，由直角三角形的反三角函数性质可得：该直线与地面22的夹角

[0197] 如图4b所示，当机身向右倾斜喷杆调整水平状态的过程中，角度位移传感器19实时采集数据。步进电机3驱动丝杠5反转，使滑块6向上运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向水平状态调节，角度位移传感器19测得该“T”形折弯杆臂12与其本次开始时的位置为基准的夹角∠α2。根据①和②求出机身倾斜角度∠α1和∠α2的角度参数，代入机身倾斜角∠α1等于喷杆反偏转角∠α2的数学模型③中。给定“T”形折弯杆臂12本次机身倾斜仿形开始的位置为角位移的基准点，那么角度位移传感器可以探测出此时“T”形折弯杆臂12转动的∠α2，并实时采集∠α2，对控制装置进行实时反馈与修正角位移。

[0198] 如图4c所示，当机身恢复水平位置时，喷杆13相对于地面22呈倾斜状态，需要进行水平调整：步进电机3驱动丝杠5正转，使滑块6向下运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向水平状态调节，如图4d所示。

[0199] 作物仿形模式：

[0200] 基于对仿形喷雾数学模型的分析。首先，左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度对延迟时间具有较大的意义，故给定仿形喷雾时，左激光传感器16和右激光传感器17的向前倾斜角度β＞0；其次，左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据传送给控制装置，则会使控制器31不停地发送信号给输出端单元30，极易造成喷杆13在空中不停地进行左倾斜和右倾斜调整，导致喷雾分布更加地不均匀，而且务必保证喷杆13与机翼不发生干涉。基于这种情况，在设定的程序中规定M≤|L0|≤W时则进行倾斜调整，否则不进行倾斜调整，其中，L0为仿形作物高端到低端的垂直距离，M和W为L0的下限值和上限值，具体取值根据喷杆13的长度并综合机身晃动的幅度和地面作物冠层起伏程度设定。控制器31最新采集的3组数据进行平均运算处理，得出一组平均数据，通过数学算法模型对这一组数据进行处理求得∠α3；第三，通过L3＞L4的判断确定喷杆13的调整方案，如果L3＞L4，判断前方作物树冠右高左低，则进行喷杆左倾斜调整；如果L3＜L4，判断前方作物树冠左高右低，进行喷杆右倾斜调整；第四，角度位移传感器19安装在“T”形折弯杆臂12折弯点上，给定“T”形折弯杆臂12本次作物仿形开始的位置为角度位移的基准点，在连续作物仿形过程中，角度位移传感器19以“T”形折弯杆臂12本次作物仿形结束后的位置作为下一次作物仿形的角度位移基准点，开启角度位移传感器19，令角度位移传感19初始化，角度计数置0，开始采集角度位移数据，那么角度位移传感器19可以实时探测出“T”形折弯杆臂12转过的角度∠α2。角度位移传感器19对控制装置进行实时反馈继而修正角度位移；第五，速度传感器20安装在喷杆13上，用于采集飞机仿形喷雾中飞机速度ν。考虑到左激光传感器16和右激光传感器17采集和处理均有一定的延迟时间T，为此在作物的最短喷洒距离h和激光传感器向前倾斜角β所测得前方水平距离的基础上，需测量出飞机的行进速度ν，求得飞机通过这段水平距离的时间T1，并结合作物的最短喷洒距离h和左激光传感器16和右激光传感器17倾斜β所测得前方水平距离，计算喷杆13调整时间T2。设定相应的左激光传感器16和右激光传感器17向前倾斜角β，从而当作物到达喷杆13正下方后，实现自动对靶喷雾，保证药液能够均匀地喷施在目标上。

[0201] 对不同的作物外形生物学特性进行仿形的原理以及对地势梯度造成的作物梯度分布的仿形原理与图3a-3d和图4a-4d中调整喷杆13的原理相一致。

[0202] 如图5a、5b所示，作物树冠左高右低，左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，喷杆13的长度为L2，左激光传感器16到(仿形作物树冠高端)投影点E′的测量距离L3为图中EE′，右激光传感器17到(仿形作物树冠低端)投影点F′的测量距离L4为图中FF′，左激光传感器16和右激光传感器17分别到投影点采集的距离之差L1为图中E′G，仿形作物高端到低端的垂直距离L0为图中AC，图5a中E′在地面上的垂直点为D，线段E′D平行且等于线段AC，由同位角的性质可知：E′G和AC之间夹角亦为β，那么L0＝L1×cosβ。图中阴影面为作物的倾斜面的示意图，由数学几何关系可知：作物倾斜面与地面的夹角∠α3等于图中∠CBA，此时，由直角三角形的反三角函数性质可得：作物倾斜面与地面22的夹角

[0203] 但是基于对仿形喷雾数学模型的分析，激光传感器的向前倾斜角β对延迟时间具有较大的意义，故给定仿形喷雾时激光传感器的向前倾斜角β≠0；0°<β≤45°。根据喷杆仿形调整的条件：仿形作物与地面的夹角∠α3等于喷杆调整的反偏转角∠α2的数学原理，建立相应的数学模型：

[0204] L0＝|L3-L4|×cosβ…………………………④

[0205] L0＝L1×cosβ…………………………⑤

[0206]

[0207] h＝Min(L3cosβ,L4cosβ)…………………………⑦

[0208]

[0209] T1＝T2…………………………⑨

[0210] ∠α3＝∠α2…………………………⑩

[0211] L0--仿形作物高端到低端的垂直距离为图中AC。

[0212] L1--左激光传感器16和右激光传感器17分别到投影点采集的距离之差为图中E′G。

[0213] L2--喷杆13的长度。

[0214] L3--左激光传感器16到(仿形作物树冠高端)投影点E′的测量距离为图中EE′。

[0215] L4--右激光传感器17到(仿形作物树冠低端)投影点F′的测量距离为图中FF′。

[0216] h--作物的最短喷洒距离。

[0217] v--飞机的行进速度。

[0218] ∠α3--仿形作物与地面的夹角为图中∠CBA。

[0219] ∠α2--喷杆13调整的反偏转角。

[0220] T1--激光传感器采集和喷杆调整处理均有一定的延迟时间。

[0221] T2--激光传感器采集和喷杆调整处理时间。

[0222] 根据④⑤⑥求出仿形作物与地面夹角∠α3的角度参数，代入仿形作物与地面的夹角∠α3等于喷杆调整的反偏转角∠α2的数学模型⑩中。给定“T”形折弯杆臂12本次作物仿形开始的位置为角位移的基准点，步进电机3驱动丝杠5正转，使滑块6向下运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向右倾斜调整，那么角度位移传感器可以探测出此时“T”形折弯杆臂12转动的∠α2，并实时采集∠α2，对控制装置进行实时反馈与修正角位移。考虑到激光传感器采集和处理均有一定的延迟时间T，为此在作物的最短喷洒距离h和激光传感器倾斜β所测得前方水平距离的基础上，需测量出飞机的行进速度ν，代入⑧中求得飞机通过这段水平距离的时间T1，并结合作物的最短喷洒距离h和激光传感器倾斜β所测得前方水平距离，计算喷杆13调整时间T2。设定相应的向前倾斜角度β，从而当作物到达喷杆13正下方后，实现自动对靶喷雾，保证药液能够均匀地喷施在目标上。

[0223] 如图6a、6b所示，作物树冠右高左低，左激光传感器16和右激光传感器17实时采集数据，喷杆13的长度为L2，左激光传感器16到(仿形作物树冠低端)投影点E′的测量距离L3为图中EE′，右激光传感器17到(仿形作物树冠高端)投影点F′的测量距离L4为图中FF′，左激光传感器16和右激光传感器17分别到投影点采集的距离之差L1为图中F′H，仿形作物高端到低端的垂直距离L0为图中AC，图6a中F′在地面上的垂直点为D，线段F′D平行且等于线段AC，由同位角的性质可知：F′H和AC之间夹角亦为β，那么L0＝L1×cosβ。图中阴影面为作物的倾斜面的示意图，由数学几何关系可知：作物倾斜面与地面的夹角∠α3等于图中∠CBA，此时，由直角三角形的反三角函数性质可得：作物倾斜面与地面22的夹角

[0224] 根据④⑤⑥求出仿形作物与地面夹角∠α3的角度参数，代入仿形作物与地面的夹角∠α3等于喷杆调整的反偏转角∠α2的数学模型⑩中。给定“T”形折弯杆臂12本次作物仿形开始的位置为角位移的基准点，步进电机3驱动丝杠5反转，使滑块6向上运动，并带动“T”形折弯杆臂12使喷杆13向左倾斜调整，那么角度位移传感器可以探测出此时“T”形折弯杆臂12转动的∠α2，并实时采集∠α2，对控制装置进行实时反馈与修正角位移。考虑到激光传感器采集和处理均有一定的延迟时间T，为此在作物的最短喷洒距离h和激光传感器倾斜β所测得前方水平距离的基础上，需测量出飞机的行进速度ν，代入⑧中求得飞机通过这段水平距离的时间T1，并结合作物的最短喷洒距离h和激光传感器向前倾斜角β所测得前方水平距离，计算喷杆13调整时间T2。设定相应的激光传感器向前倾斜角β，从而当作物到达喷杆13正下方后，实现自动对靶喷雾，保证药液能够均匀地喷施在目标上。