RU2793020C1

RU2793020C1 - Unmanned aerial vehicle for pesticide application in precision horticulture

Info

Publication number: RU2793020C1
Application number: RU2022109117A
Authority: RU
Inventors: Леонид Анатольевич Марченко; Артем Юрьевич Спиридонов
Filing date: 2023-01-27
Publication date: 2023-03-28

Abstract

FIELD: agriculture; unmanned aerial vehicles (UAVs).

SUBSTANCE: agriculture, in particular helicopter-type unmanned aerial vehicles (UAVs) for differentiated pesticide treatment of fruit trees and berry bushes in precision gardening. UAV contains mechanisms for extending and retracting the links of the rod sections. The U-shaped section bar is made in form of interconnected horizontal and vertical telescopic sections with an odd number of links, installed with the possibility of simultaneous uniform extension of all links, except for the first fixed ones, non-contact ultrasonic distance sensors are installed on the central odd links of the sections and at the ends of the vertical sections, and the even links of the sections are equipped with spectral recognition sensors connected by communication lines with the controller. The extension-retraction mechanisms of the links of the vertical sections are installed at the ends of the last links of the horizontal sections of the rod, and for the horizontal sections - in the central part of the body. The nozzles are installed with a step that provides the possibility of overlapping the spray torches from adjacent nozzles by at least three quarters of the width of the torch of one of them.

EFFECT: quality of processing increases, consumption of pesticides decreases, and yield increases.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к беспилотным многороторным летательным аппаратам вертолетного типа для дифференцированной обработки пестицидами плодовых деревьев и ягодных кустарников в точном садоводстве.SUBSTANCE: invention relates to agriculture, in particular, to helicopter-type unmanned multi-rotor aerial vehicles for differentiated pesticide treatment of fruit trees and berry bushes in precision gardening.

Известен беспилотный летающий опрыскиватель вертикального взлета и посадки для внесения жидких средств защиты растений, содержащий раму с пластинами и телескопическими пружинными стойками, лучи трубчатого профиля с закрепленными на консольных участках двигателями с несущими винтами, опрыскивающее оборудование, состоящее из эластичного резервуара для рабочей жидкости, расположенного в верхней части рамы между пластинами, электромагнитного клапана, распылительных форсунок (патент RU №194376 U1, МПК A01M 7/00, 2019).Known unmanned flying vertical takeoff and landing sprayer for applying liquid plant protection products, containing a frame with plates and telescopic spring struts, tubular beams with rotor engines fixed on cantilever sections, spraying equipment consisting of an elastic reservoir for working fluid located in upper part of the frame between the plates, solenoid valve, spray nozzles (patent RU No. 194376 U1, IPC A01M 7/00, 2019).

Недостатком известного устройства является то, что оно обрабатывает рабочей жидкостью плодовые деревья и ягодные кустарники пестицидами только сверху, боковые стороны кроны остаются необработанными или недостаточно обработанными и имеет место снос пестицидов с обрабатываемых участков.A disadvantage of the known device is that it treats fruit trees and berry bushes with pesticides only from above with a working fluid, the sides of the crown remain untreated or insufficiently treated, and pesticides are carried away from the treated areas.

Известен беспилотный летательный аппарат (БЛА) для обработки растений, содержащий корпус, соединенные с корпусом лучи, винтомоторную группу, состоящую из бесколлекторных двигателей, регуляторов хода и винтов, аккумулятор, вычислительный блок, выполненный в виде процессора или микроконтроллера с возможностью обработки данных зоны обработки растений, построения карт маршрута полета и передачи данных модулю управления системой обработки, блок памяти выполнен в виде модуля флэш-памяти, содержащей информацию о координатах маршрута полета летательного аппарата, навигационную систему, средства беспроводного приема-передачи информации; соединенную с корпусом, установленную на корпусе систему обработки растений в виде форсуночного опрыскивателя или генераторов горячего или холодного тумана, установленную на мультироторной системе емкость с химикатами для обработки растений, с датчиком уровня жидкости химикатов, соединенную с системой обработки растений, модуль управления системой обработки растений, выполненный с возможностью активации и управления мощностью опрыскивания растений, модуль узкополосной мультиспектральной фотофиксации, выполненный с возможностью получения спектральных изображений растений, датчик контроля заряда аккумулятора, датчик проверки уровня химикатов, выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата для дозаправки при достижении заданного уровня химикатов, датчиком контроля заряда аккумулятора, выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости замены аккумулятора (патент RU 179386 U1, МПК B64D 1/ 18, B64C 39/02, 2017).Known unmanned aerial vehicle (UAV) for processing plants, containing a body connected to the body beams, a propeller group consisting of brushless motors, speed controllers and propellers, a battery, a computing unit made in the form of a processor or a microcontroller with the ability to process data from a plant processing area , building maps of the flight route and transmitting data to the control module of the processing system, the memory block is made in the form of a flash memory module containing information about the coordinates of the flight route of the aircraft, the navigation system, the means of wireless reception and transmission of information; a housing-connected, housing-mounted plant treatment system in the form of a nozzle sprayer or hot or cold mist generators, a container with chemicals for plant treatment mounted on a multi-rotor system, with a chemical liquid level sensor connected to the plant treatment system, a plant treatment system control module, capable of activating and controlling the spraying power of plants, a narrow-band multispectral photofixation module capable of obtaining spectral images of plants, a battery charge control sensor, a chemical level check sensor configured to generate a signal for the computing unit about the need to return for refueling when a predetermined level is reached chemicals, a battery charge control sensor, configured to generate a signal for the computing unit about the need to replace the battery (patent RU 179386 U1, IPC B64D 1/18, B64C 39/02, 2017).

Недостатком известного устройства является неполная обработка крон плодовых деревьев и кустарников, вследствие верхнего распыла пестицидов устройством, дрейф рабочей жидкости из зоны обработки, излишний расход химикатов и загрязнение окружающей среды химикатами.The disadvantage of the known device is the incomplete processing of the crowns of fruit trees and shrubs, due to the upper spray of pesticides by the device, the drift of the working fluid from the treatment area, excessive consumption of chemicals and environmental pollution with chemicals.

Технической задачей изобретения является повышение качества обработки крон плодовых деревьев и кустарников, уменьшение расхода пестицидов и снижение загрязнения окружающей среды пестицидами до предельно допустимых концентраций.The technical objective of the invention is to improve the quality of processing the crowns of fruit trees and shrubs, reduce the consumption of pesticides and reduce environmental pollution with pesticides to maximum allowable concentrations.

Техническая задача достигается тем, что в беспилотном летательном аппарате для внесения пестицидов в точном садоводстве, содержащем корпус, соединенные с корпусом радиальные кронштейны, бесколлекторные двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, секционную штангу с распылителями рабочей жидкости, модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, согласно изобретению, П-образная секционная штанга выполнена в виде взаимосвязанных горизонтальных и вертикальных телескопических секций с нечетным количеством звеньев, установленных с возможностью одновременного равномерного выдвижения всех звеньев, кроме первых неподвижных, на центральных нечетных звеньях секций и на концах вертикальных секций установлены бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния с направлением осей ультразвуковых потоков, соответственно, на крону обрабатываемых деревьев, кустарников и на почву, а на четных звеньях секций установлены спектральные датчики распознавания вредителей и болезней, соединенные линиями связи с контроллером, при этом механизмы выдвижения - втягивания звеньев вертикальных секций установлены на концах последних звеньев горизонтальных секций штанги, а у горизонтальных секций - в центральной части корпуса летательного аппарата и соединены линией связи с контроллером, длина звеньев каждой секции штанги, предпочтительно, равна шагу расстановки распылителей, установленных на каждом из звеньев секции штанги и соединены линией связи с контроллером, при этом распылители установлены с шагом, обеспечивающим возможность перекрытия факелов распыла от смежных распылителей не менее чем на три четверти ширины факела одного из них.The technical problem is achieved by the fact that in an unmanned aerial vehicle for applying pesticides in precision gardening, containing a body, radial brackets connected to the body, brushless motors, propellers, a battery, a landing gear, an onboard automatic control system for piloting, navigation, payload, a technology module for useful load, including a block for placing and supplying working fluids, a block for regulating and distributing working fluid flows, a sectional rod with working fluid sprayers, an external environment sensor module, a module for measuring flight altitude, according to the invention, the U-shaped sectional rod is made in the form of interconnected horizontal and vertical telescopic sections with an odd number of links, installed with the possibility of simultaneous uniform extension of all links, except for the first fixed ones, non-contact ultrasonic distance sensors are installed on the central odd links of the sections and at the ends of the vertical sections with the direction of the axes of ultrasonic flows, respectively, on the crown of the treated trees, shrubs and on the soil, and on the even links of the sections, spectral sensors for recognizing pests and diseases are installed, connected by communication lines with the controller, while the mechanisms for extending and retracting the links of the vertical sections are installed at the ends of the last links of the horizontal sections of the rod, and for the horizontal sections - in the central part of the body of the aircraft and are connected by a communication line with the controller, the length of the links of each section of the boom is preferably equal to the spacing of the nozzles installed on each of the links of the boom section and are connected by a communication line with the controller, while the sprayers are installed with a step that provides the possibility of overlapping spray torches from adjacent nozzles not less than three quarters of the width of the torch of one of them.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в точном садоводстве, вид прямо; на фиг.2 изображена функциональная блок-схема бортовой системы автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой БЛА; на фиг.3 изображена функциональная блок-схема размещения, регулирования, подачи и диспергирования рабочих жидкостей пестицидов БЛА.Figure 1 shows an unmanned aerial vehicle for the application of pesticides in precision horticulture, a direct view; figure 2 shows a functional block diagram of the onboard automatic control system for piloting, navigation and payload of the UAV; figure 3 shows a functional block diagram of the placement, regulation, supply and dispersion of UAV pesticide working fluids.

Беспилотный летательный аппарат 1 для внесения пестицидов в точном садоводстве содержит корпус 2, соединенные с ним радиальные кронштейны 3, бесколлекторные двигатели 4, винты 5, аккумулятор 6, посадочное шасси 7, бортовую систему автоматического управления 8 пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль 9 полезной нагрузки, включающий блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения 11 потоков рабочей жидкости, модуль обработки растений, включающий секционную штангу 12, распылители рабочей жидкости 13, механизмы выдвижения - втягивания 14, 15 и 16 звеньев секций штанг 12, ультразвуковые датчики расстояния 17, 18 19, 20 и 21 и спектральные датчики для определения наличия вредителей и болезней 22, 23, 24, 25, 26 и 27.The unmanned aerial vehicle 1 for applying pesticides in precision gardening includes a body 2, radial brackets 3 connected to it, brushless motors 4, screws 5, a battery 6, a landing gear 7, an onboard automatic control system 8 for piloting, navigation and payload, a technological module 9 payload, including a block 10 for placing and supplying working fluids, a block for regulating and distributing 11 working fluid flows, a plant processing module, including a sectional bar 12, working fluid sprayers 13, extension-retraction mechanisms 14, 15 and 16 sections of the bars 12, ultrasonic distance sensors 17, 18 19, 20 and 21 and spectral sensors for detecting the presence of pests and diseases 22, 23, 24, 25, 26 and 27.

Бортовая система автоматического управления (САУ) 8 содержит полетный контроллер 28 с микропроцессором для накопления, обработки информации, формирования команд управления, преобразования их в управляющие сигналы, в соответствии с программой полета, связанный с модулем 29 программного обеспечения управления полетом БЛА и модулем 30 программного обеспечения управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, комплексированную с процессором контроллера 28 интегрированную навигационную систему 31, включающую модуль инерциальной навигационной системы 32 в виде цифровых инерциальных датчиков (акселерометров, трехосевых гироскопов), объединенного с модулем спутниковой навигационной системы 33 в виде приемника ГЛОНАСС/GPS 34 с антенной 35. Полетный контроллер 28 комплексирован с блоками автоматического управления исполнительными механизмами 36 двигателей 4 и работой 37 технологического модуля 9 полезной нагрузки, и модулями датчиков внешней среды 38 и измерения высоты полета 39.The onboard automatic control system (ACS) 8 contains a flight controller 28 with a microprocessor for accumulating, processing information, generating control commands, converting them into control signals, in accordance with the flight program, associated with the UAV flight control software module 29 and the software module 30 controlling the operation of the payload technological module 9, an integrated navigation system 31 integrated with the controller processor 28, including an inertial navigation system module 32 in the form of digital inertial sensors (accelerometers, three-axis gyroscopes), combined with a satellite navigation system module 33 in the form of a GLONASS/GPS receiver 34 with an antenna 35. The flight controller 28 is integrated with automatic control units for the actuators 36 of the engines 4 and the operation 37 of the technological module 9 of the payload, and modules for environmental sensors 38 and measuring flight altitude 39.

Модуль 32 инерциальной навигационной системы определяет и регистрирует с помощью акселерометров линейные ускорения, посредством гироскопов - углы поворотов и наклоны, значения которых передаются в процессор контроллера 28 БЛА 1.The module 32 of the inertial navigation system determines and registers linear accelerations with the help of accelerometers, and the angles of rotation and inclinations with the help of gyroscopes, the values of which are transmitted to the processor of the controller 28 of the UAV 1.

Модуль спутниковой навигационной системы 33 определяет текущие пространственные координаты БЛА 1 в каждый данный момент времени в глобальной системе координат, а также скорость полета, путевые углы, UTC время - всемирное координированное время.The module of the satellite navigation system 33 determines the current spatial coordinates of the UAV 1 at any given time in the global coordinate system, as well as flight speed, track angles, UTC time - coordinated universal time.

Интегрированная навигационная система 31 выдает истинный курс БЛА 1 в реальном масштабе времени. Полученные данные кодируются в соответствующие сигналы и передаются в контроллер 28 БЛА 1. Интегрирование данных, получаемых от инерциальной 32 и спутниковой 33 навигационных систем, минимизирует погрешность определения пространственных координат БЛА 1.The integrated navigation system 31 provides the true heading of the UAV 1 in real time. The received data is encoded into the appropriate signals and transmitted to the controller 28 of the UAV 1. Integration of the data received from the inertial 32 and satellite 33 navigation systems minimizes the error in determining the spatial coordinates of the UAV 1.

Блок 36 автоматического управления исполнительными механизмами обеспечивает управление двигателями 4 по сигналам, вырабатываемыми контроллером 28 в режиме реального времени и подачи сигналов двигателям 4.Block 36 of automatic control of actuators provides control of engines 4 according to the signals generated by the controller 28 in real time and the supply of signals to engines 4.

Блок 37 автоматического управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки обеспечивает регулирование, распределение и подачу потоков рабочих жидкостей к распылителям 13 секционной штанги 12, приведение штанги 12 в рабочее положение в соответствии с высотой и диаметром кроны обрабатываемых деревьев и кустарников.The automatic control unit 37 for the operation of the technological module 9 of the payload ensures the regulation, distribution and supply of flows of working fluids to the sprayers 13 of the sectional rod 12, bringing the rod 12 into working position in accordance with the height and diameter of the crown of the treated trees and shrubs.

Модуль 39 измерения высоты полета выполнен в виде ультразвукового или лазерного высотомера.Module 39 for measuring flight altitude is made in the form of an ultrasonic or laser altimeter.

Комплексирование блока управления 37 технологическим модулем 9 с контроллером 28 является устойчивым к внешним воздействиям и изменению параметров полета при выполнении технологического процесса обработки пестицидами плодовых деревьев и кустарников.The integration of the control unit 37 with the technological module 9 with the controller 28 is resistant to external influences and changes in flight parameters during the technological process of pesticide treatment of fruit trees and shrubs.

Блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей содержит бак 40 для рабочей жидкости пестицидов, насос 41 с электроприводом для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 40 к блоку 11. Бак 40 оснащен уровнемером 42 и заправочной горловиной 43 с дыхательным клапаном. Между баком 40 и насосом 41 установлен электрогидравлический нормально закрытый запорный клапан 44. Блок 10 соединен линией связи 45 с блоком 37 автоматического управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, который в свою очередь соединен линией связи 46 с контроллером 28, а линией связи 47 - с блоком 11 регулирования и распределения потоков рабочей жидкости.The block 10 for placing and supplying working fluids contains a tank 40 for the working fluid of pesticides, a pump 41 with an electric drive to create pressure and move the working fluid from the tank 40 to the block 11. The tank 40 is equipped with a level gauge 42 and a filler neck 43 with a breather valve. Between tank 40 and pump 41, an electro-hydraulic normally closed shut-off valve 44 is installed. block 11 regulation and distribution of flows of the working fluid.

Блок 11 включает переливной электрогидравлический клапан 48 с пропорциональным управлением, пропорциональный редукционный клапан 49, регулирующий давление и расход рабочего потока в соответствии с опорными сигналами, поступающими от контроллера 28, электромагнитный расходомер 50, датчик давления жидкости 51. Блок 11 соединен гидролинией 52 с гидролинией групповой связи 53 распылителей 13.Block 11 includes an overflow electro-hydraulic valve 48 with proportional control, a proportional pressure reducing valve 49 that regulates the pressure and flow rate of the working flow in accordance with the reference signals coming from the controller 28, an electromagnetic flow meter 50, a fluid pressure sensor 51. Block 11 is connected by a hydraulic line 52 to a group hydraulic line communications 53 sprayers 13.

Секционная штанга 12 выполнена П-образной и содержит взаимосвязанные горизонтальные 54, 55 и вертикальные 56, 57 телескопические секции с подвижными диаметральными звеньями 58, 59, 60 и 61, входящими одно в другое, с возможностью одновременного равномерного выдвижения всех звеньев в секциях, кроме первых неподвижных звеньев и нечетным количеством звеньев в секциях штанги 12. Длина звеньев каждой секции штанги 12, предпочтительно, равна шагу t расстановки распылителей 13.Sectional rod 12 is U-shaped and contains interconnected horizontal 54, 55 and vertical 56, 57 telescopic sections with movable diametrical links 58, 59, 60 and 61, included one into the other, with the possibility of simultaneous uniform extension of all links in the sections, except for the first fixed links and an odd number of links in the sections of the rod 12. The length of the links of each section of the rod 12 is preferably equal to the step t of the placement of the sprayers 13.

Бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния 17, 18 и 19, 20 установлены на центральных нечетных звеньях и на концах вертикальных секций 56 и 57 с горизонтальным направлением ультразвуковых потоков на крону обрабатываемых деревьев и кустарников и вертикальным направлением ультразвуковых потоков на почву, соответственно. Датчики 17, 18 и 19, 20 соединены линией связи 62 с контроллером 28.Non-contact ultrasonic distance sensors 17, 18 and 19, 20 are installed on the central odd links and at the ends of the vertical sections 56 and 57 with a horizontal direction of ultrasonic flows to the crown of treated trees and shrubs and a vertical direction of ultrasonic flows to the soil, respectively. The sensors 17, 18 and 19, 20 are connected by a communication line 62 to the controller 28.

Ультразвуковой датчик 21 с вертикальным направлением ультразвуковых потоков, определяющий расстояния до верха кроны деревьев и кустарников, установлен в нижней части блока 10 симметрично относительно секций 54, 55, 56 и 57 штанги 12 и соединен линией связи (не показано) с контроллером 28.An ultrasonic sensor 21 with a vertical direction of ultrasonic flows, which determines the distance to the top of the crown of trees and shrubs, is installed in the lower part of the block 10 symmetrically with respect to sections 54, 55, 56 and 57 of the rod 12 and is connected by a communication line (not shown) to the controller 28.

Установка ультразвуковых датчиков расстояния 17 и 18 на центральных нечетных звеньях вертикальных секций позволяет точно определять расстояние от распылителей 13 до ближайшей поверхности кроны деревьев.The installation of ultrasonic distance sensors 17 and 18 on the central odd links of the vertical sections allows you to accurately determine the distance from the sprayers 13 to the nearest surface of the tree crown.

Спектральные датчики распознавания вредителей и болезней 22, 23 и 24, 25, 26, 27 установлены на четных звеньях горизонтальных и вертикальных телескопических секциях 54, 55, 56 и 57 штанги 12, соответственно, симметрично по обе стороны от ультразвуковых датчиков расстояния 17, 18 и 21 и соединены линиями связи 63 и 64 с контроллером 28.Spectral sensors for recognition of pests and diseases 22, 23 and 24, 25, 26, 27 are installed on even links of the horizontal and vertical telescopic sections 54, 55, 56 and 57 of the rod 12, respectively, symmetrically on both sides of the ultrasonic distance sensors 17, 18 and 21 and connected by communication lines 63 and 64 with the controller 28.

Установка спектральных датчиков 22, 23 и 24, 25, 26, 27 симметрично относительно ультразвуковых датчиков расстояния 17, 18 и 21 позволяет полностью оценить степень повреждения кроны болезнями и вредителями.The installation of spectral sensors 22, 23 and 24, 25, 26, 27 symmetrically with respect to ultrasonic distance sensors 17, 18 and 21 allows you to fully assess the degree of damage to the crown by diseases and pests.

Механизмы выдвижения - втягивания 14 и 15 вертикальных звеньев 56 и 57 штанги 12 установлены на концах последних звеньев горизонтальных секций 54 и 55 штанги 12. Механизмы выдвижения - втягивания 16 горизонтальных секций штанги установлены в центре БЛА 1 под его корпусом 2. Механизмы 14, 15 и 16 соединены линией связи 65 с контроллером 28.Extension - retraction mechanisms 14 and 15 of vertical links 56 and 57 of rod 12 are installed at the ends of the last links of horizontal sections 54 and 55 of rod 12. Extension - retraction mechanisms of 16 horizontal rod sections are installed in the center of UAV 1 under its body 2. Mechanisms 14, 15 and 16 are connected by a communication line 65 with the controller 28.

Распылители 13 установлены на концах каждого звена 58, 59, 60, 61 секций 54, 55, 56, 57 штаги 12. Распылители 13 выполнены с пропорциональным электрогидравлическим управлением, блоки которых соединены линией связи 66 с контроллером 28. Длина звеньев 58, 59, 60, 61 каждой секции 54, 55, 56 и 57 штанги 12, предпочтительно, равна шагу t расстановки распылителей 13.Sprayers 13 are installed at the ends of each link 58, 59, 60, 61 sections 54, 55, 56, 57 stays 12. Sprayers 13 are made with proportional electro-hydraulic control, the blocks of which are connected by a communication line 66 with the controller 28. The length of the links 58, 59, 60 , 61 of each section 54, 55, 56 and 57 of the rod 12 is preferably equal to the spacing t of the placement of the nozzles 13.

Пропорциональное электрогидравлическое управление обеспечивает управление работой распылителей 13 в соответствии с картой - заданием обработки садовых насаждений.Proportional electro-hydraulic control provides control of the sprayers 13 in accordance with the map - the task of processing garden plantings.

Шаг t расстановки распылителей 13 выбран таким образом, чтобы при заданном расстоянии H распылителей 13 до кроны деревьев и кустарников, величина перекрытия ΔΒф факелов распыла, например, 67, 68 от смежных распылителей 13 составляла, по крайней мере, не менее, три четверти ширины факела распыла Βф рабочей жидкости одного распылителя 13. Это позволяет обеспечивать равномерное покрытие диспергируемой рабочей жидкостью пестицида всей зоны кроны, даже при отключении смежных распылителей 13 в случае уменьшения нормы внесения.The step t of the placement of sprayers 13 is chosen so that at a given distance H of sprayers 13 to the crowns of trees and shrubs, the amount of overlap ΔΒf of spray torches, for example, 67, 68 from adjacent sprayers 13, is at least three-quarters of the width of the torch spraying Βf of the working fluid of one sprayer 13. This makes it possible to ensure uniform coverage of the entire crown zone with the dispersed working liquid of the pesticide, even when adjacent sprayers 13 are turned off in the event of a decrease in the application rate.

Беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов работает следующим образом.Unmanned aerial vehicle for pesticides works as follows.

В процессор полетного контроллера 28 загружают полетное задание, в котором отображают в электронном виде параметры маршрута полета и электронную карту - задание, являющееся программой дифференцированной обработки пестицидами садовых насаждений в системе точного садоводства. Для обработки устанавливают границы, площадь, длину гона, координаты обрабатываемых элементарных участков, нормы внесения рабочих жидкостей пестицидов, координаты стартовой точки и координаты точки окончания обработки, рабочую скорость и высоту полета, траекторию полета, координаты посадочной площадки для заправки рабочими жидкостями и замены аккумуляторной батареи 6.A flight task is loaded into the processor of the flight controller 28, in which flight route parameters and an electronic map are displayed in electronic form - a task that is a program for differentiated pesticide treatment of garden plantings in a precision gardening system. For processing, the boundaries, area, length of the rut, the coordinates of the processed elementary sections, the application rates of working fluids of pesticides, the coordinates of the starting point and the coordinates of the end point of processing, the operating speed and flight altitude, the flight path, the coordinates of the landing site for refueling with working fluids and replacing the battery are set. 6.

В бак 40 через заправочную горловину 43 с контролем уровня по уровнемеру 42 в соответствии с электронной картой - заданием заливают рабочую жидкость пестицида, например, инсектицида или фунгицида.In the tank 40 through the filler neck 43 with level control by the level gauge 42 in accordance with the electronic map - the task is filled with the working liquid of the pesticide, for example, insecticide or fungicide.

От котроллера 28 передаются сигнал в блок 36 системы автоматического управления полетом, запускаются двигатели 4, производится раскрутка несущих винтов 5 и двигатели 4 переводятся во взлетный режим. Контроллер 28 передает управляющие сигналы в блок 36, производится вертикальный взлет БЛА 1. Аппарат поднимается в воздух и в соответствии с программой полета, подлетает к точке стартовых координат начала обработки, при этом координаты, определяемые интегрированной навигационной системой 31 сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета. Модуль 38 датчиков внешней среды передает информацию в микропроцессор контроллера 28 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха).From the controller 28, a signal is transmitted to the block 36 of the automatic flight control system, the engines 4 are started, the rotors 5 are spinning up and the engines 4 are switched to takeoff mode. The controller 28 transmits control signals to block 36, UAV 1 takes off vertically. The device rises into the air and, in accordance with the flight program, flies up to the point of starting coordinates for the start of processing, while the coordinates determined by the integrated navigation system 31 are compared with the specified coordinates entered in trajectory flight program. Module 38 of environmental sensors transmits information to the microprocessor controller 28 about the parameters of the environment (wind speed and direction, atmospheric pressure, air temperature and humidity).

Модуль 39 измерения высоты полета передает на процессор контроллера 28 текущее значение высоты полета БЛА 1.The flight altitude measurement module 39 transmits to the controller processor 28 the current value of the flight altitude of the UAV 1.

При подлете БЛА 1 к точке начала обработки по линии связи 65 передается сигнал от контроллера 28 к механизмам 14, 15 и 16 выдвижения - втягивания, посредством которых происходит выдвижение звеньев 58, 59, 60 и 61 секций 54, 55, 56 и 57 штаги 12 и перевод их из транспортного в рабочее положение в соответствии с размерами кроны деревьев или кустарников (диаметра и высоты) и заданного расстояния H от распылителей 13 до поверхности кроны.When UAV 1 approaches the starting point of processing, a signal is transmitted from the controller 28 via the communication line 65 to the mechanisms 14, 15 and 16 of the extension - retraction, through which the extension of the links 58, 59, 60 and 61 of the sections 54, 55, 56 and 57 of the steps 12 and transferring them from the transport to the working position in accordance with the size of the crown of trees or shrubs (diameter and height) and the specified distance H from the nozzles 13 to the surface of the crown.

Бортовой контроллер 28 передает через блок 37 по линиям связи 45 и 47 управляющие сигналы, соответственно, в блоки 10 и 11. Клапан 44 открывается, включаются в работу насос 41 и клапаны 48, 49 и устанавливается заданный перепад давления рабочей жидкости.The on-board controller 28 transmits control signals through the block 37 via communication lines 45 and 47, respectively, to the blocks 10 and 11. The valve 44 opens, the pump 41 and valves 48, 49 are turned on, and the specified differential pressure of the working fluid is set.

Рабочая жидкость подается насосом 41 в клапан 48, который поддерживает заданное давление на входе рабочей жидкости в клапан 49 за счет байпасирования части потока жидкости в бак 40. Клапан 49 поддерживает выходное значение перепада рабочего давления на заданном уровне или меняет перепад давления на выходе в соответствии с электронной картой - заданием дифференцированного внесения. От клапана 49 рабочая жидкость поступает в расходомер 50, который определяет текущее значение расхода и передает его по линии связи 47 в блок 37 и далее в контроллер 28. Датчик давления 51 измеряет текущее значение давления потока жидкости, которое по линии связи 47 передается в блок 37 и затем в контроллер 28. Контроллер 28 сравнивает текущие значения расхода и давления потока жидкости с заданными и, при необходимости, корректирует значение параметров потока подачей управляющих сигналов в блок 11 по линии связи 47 через блок 37. Из блока 11 рабочая жидкость поступает в гидролинию групповой связи 52 и далее к распылителям 13. От контроллера 28 по линии связи 66 передается сигнал к распылителям 13 на их включение. Распылители 13, в соответствии с электронной картой - заданием, автоматически открываются на заданный расход рабочей жидкости, соответствующий заданной норме внесения, и рабочая жидкость пестицида диспергируется на обрабатываемые деревья или кустарники.The working fluid is supplied by the pump 41 to the valve 48, which maintains a predetermined pressure at the inlet of the working fluid to the valve 49 by bypassing part of the fluid flow to the tank 40. The valve 49 maintains the output value of the differential operating pressure at a given level or changes the differential pressure at the outlet in accordance with with an electronic map - by setting a differentiated application. From valve 49, the working fluid enters the flow meter 50, which determines the current flow rate and transmits it via communication line 47 to block 37 and then to controller 28. Pressure sensor 51 measures the current pressure value of the fluid flow, which is transmitted via communication line 47 to block 37 and then to the controller 28. The controller 28 compares the current values of the flow rate and pressure of the fluid flow with the specified ones and, if necessary, corrects the value of the flow parameters by supplying control signals to the block 11 via the communication line 47 through the block 37. From the block 11, the working fluid enters the group hydraulic line connection 52 and further to the sprayers 13. From the controller 28, a signal is transmitted via the communication line 66 to the sprayers 13 to turn them on. Sprayers 13, in accordance with the electronic map-task, automatically open at a given flow rate of the working fluid corresponding to a given application rate, and the working fluid of the pesticide is dispersed on the treated trees or shrubs.

В процессе полета БЛА 1 по заданной траектории при обработке пестицидами крон плодовых деревьев и кустарников ультразвуковые датчики расстояния 17 и 18 определяют геометрические размеры, плотность кроны, расстояние между деревьями или кустарниками и расстояние H от ближайшего распылителя 13 до кроны и далее передают информацию по линии связи 62 в контроллер 28, который сравнивает текущие значения расстояния с заданным расстоянием H и при необходимости передает управляющее воздействие на механизм 16, посредством которого горизонтальные секции 54 и 55 сжимаются или раздвигаются, уменьшая или увеличивая горизонтальное расстояние H от кроны до распылителей 13, расположенных на вертикальных секциях 56 и 57. Датчик 21 с вертикальным ультразвуковым потоком определяет расстояние H до верхней части кроны дерева или кустарника и передает текущие значения по линии связи (не показано) в контроллер 28. Вертикальные датчики 19 и 20 определяют расстояние от концов вертикальных секций 56 и 57 штанги 12 до поверхности почвы. Спектральные датчики 22, 23, 24, 25, 26, 27 распознавания вредителей и болезней в режиме реального времени сканируют крону деревьев и передают информацию в контроллер 28 по линии связи 64 о степени и локализации поражения деревьев или кустарников вредителями, или болезнями. Бортовой контроллер 28 анализирует полученную информацию и по линии связи 66 передает команду на включение в работу всех распылителей 13 или их части адекватно зоне и степени поражения вредителями или болезнями кроны деревьев или кустарников. При отсутствии плодовых насаждений в рядах плодовых деревьев или кустарников контроллер 28 подает команду на распылители 13 на их отключения. При появлении в зоне действия ультразвуковых датчиков расстояний 17, 18 и 21 деревьев или кустарников контроллер 28 дает команду на включение распылителей 13 в работу.During the flight of the UAV 1 along a predetermined trajectory during the treatment of crowns of fruit trees and shrubs with pesticides, ultrasonic distance sensors 17 and 18 determine the geometric dimensions, density of the crown, the distance between trees or shrubs and the distance H from the nearest sprayer 13 to the crown and then transmit information over the communication line 62 to the controller 28, which compares the current values of the distance with a given distance H and, if necessary, transmits a control action to the mechanism 16, by means of which the horizontal sections 54 and 55 are compressed or moved apart, reducing or increasing the horizontal distance H from the crown to the atomizers 13 located on the vertical sections 56 and 57. A vertical ultrasonic flow sensor 21 determines the distance H to the top of the crown of a tree or shrub and transmits the current values via a communication line (not shown) to the controller 28. Vertical sensors 19 and 20 determine the distance from the ends of vertical sections 56 and 57 rod 12 to the soil surface. Spectral sensors 22, 23, 24, 25, 26, 27 real-time recognition of pests and diseases scan the crown of trees and transmit information to the controller 28 via communication line 64 about the degree and localization of damage to trees or shrubs by pests or diseases. The on-board controller 28 analyzes the received information and, via the communication line 66, transmits a command to turn on all the sprayers 13 or their parts adequately to the zone and degree of damage by pests or diseases to the crowns of trees or shrubs. In the absence of fruit plantations in the rows of fruit trees or shrubs, the controller 28 sends a command to the sprayers 13 to turn them off. When trees or shrubs appear in the coverage area of the ultrasonic distance sensors 17, 18 and 21, the controller 28 gives a command to turn the sprayers 13 into operation.

При выработке рабочей жидкости в баке 40, контролируемой уровнемером 42, сигнал от блока 37 поступает в бортовой контроллер 28, который посредством приемников 34 фиксирует координаты точки положения БЛА 1 на заданной траектории обработки садовых насаждений. Контроллер 28 передает управляющие сигналы через блок 37 по линиям связи 45 и 47 на отключение насоса 41, закрытие клапана 44, отключение распылителей 13. САУ 8 направляет БЛА1 к месту заправки рабочей жидкостью. Перед посадкой по сигналу от контроллера 28 посредством механизмов 14, 15 осуществляется втягивание вертикальных секций 58, 61 штанги 12 и БЛА1 осуществляет посадку для заправки бака 40 рабочей жидкостью. После заправки БЛА 1 взлетает, контроллер 28 передает сигнал к механизмам 14, 15 на выдвижение вертикальных секций 58, 61 на заданную длину. САУ 8 возвращает БЛА 1 в точку прерванного полета и процесс внесения пестицидов продолжается.During the development of the working fluid in the tank 40, controlled by the level gauge 42, the signal from the unit 37 is fed to the onboard controller 28, which, through the receivers 34, fixes the coordinates of the position point of the UAV 1 on a given trajectory for processing garden plantings. Controller 28 transmits control signals through block 37 via communication lines 45 and 47 to turn off pump 41, close valve 44, turn off sprayers 13. ACS 8 directs UAV1 to the place of filling with working fluid. Before landing, on a signal from the controller 28, by means of the mechanisms 14, 15, the vertical sections 58, 61 of the rod 12 are retracted and the UAV1 lands to fill the tank 40 with working fluid. After refueling, the UAV 1 takes off, the controller 28 sends a signal to the mechanisms 14, 15 to extend the vertical sections 58, 61 to a predetermined length. ACS 8 returns UAV 1 to the point of interrupted flight and the process of applying pesticides continues.

После окончания обработки поля передается сигнал от контроллера 28 к механизмам 14, 15 и 16 выдвижения - втягивания и происходит втягивание звеньев 58, 59, 60, 61 секций 54, 55, 56, 57 штаги 12 и перевод их из рабочего положения в транспортное.After the end of the processing of the field, a signal is transmitted from the controller 28 to the mechanisms 14, 15 and 16 of the extension - retraction and the links 58, 59, 60, 61 of the sections 54, 55, 56, 57 of the stays 12 are retracted and they are transferred from the working position to the transport one.

Заявляемое устройство обеспечивает повышение качества обработки крон плодовых деревьев и кустарников, снижение расхода пестицидов на 30-50% и уменьшение загрязнения окружающей среды до предельно допустимых концентраций, повышение урожайности плодовых деревьев и ягодных кустарников за счет дифференцированной обработки пестицидами садовых насаждений, минимизирования дрейфа пестицидов в воздухе и, как следствие, сноса их из зоны обработки.The inventive device improves the quality of processing the crowns of fruit trees and shrubs, reducing the consumption of pesticides by 30-50% and reducing environmental pollution to maximum permissible concentrations, increasing the yield of fruit trees and berry bushes due to differentiated pesticide treatment of garden plantings, minimizing the drift of pesticides in the air and, as a result, their demolition from the processing zone.

Claims

An unmanned aerial vehicle for applying pesticides in precision gardening, comprising a body, radial arms connected to it, brushless motors, propellers, a battery, a landing gear, an onboard automatic control system for piloting, navigation and payload, a payload technological module, including a block for placing and supply of working fluids, a block for regulating and distributing working fluid flows, a sectional rod with working fluid sprayers, an external environment sensor module, a module for measuring flight altitude, characterized in that the U-shaped sectional rod is made in the form of interconnected horizontal and vertical telescopic sections with an odd number links installed with the possibility of simultaneous uniform extension of all links, except for the first fixed ones, non-contact ultrasonic distance sensors are installed on the central odd links of the sections and at the ends of the vertical sections with the direction of the axes of ultrasonic flows, respectively, on the crown of the treated trees, shrubs and on the soil, and on the even links sections, spectral sensors for recognizing pests and diseases are installed, connected by communication lines with the controller, while the mechanisms for extending and retracting the links of the vertical sections are installed at the ends of the last links of the horizontal sections of the rod, and for the horizontal sections - in the central part of the body of the aircraft and are connected by a communication line with the controller , the length of the links of each section of the boom is preferably equal to the spacing of the nozzles installed on each of the links of the boom section, and are connected by a communication line with the controller, while the sprayers are installed with a step that provides the possibility of overlapping the spray torches from adjacent sprayers by at least three quarters of the torch width one of them.