CN104176254B - 一种适于无人机撒播作业的机载装置及撒播方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于无人机撒播作业的机载装置及撒播方法，其中，所述记载装置包括设置在无人飞行器下方的散播装置，该散播装置包括物料箱、物料搅拌机构、出料调节机构以及物料散播机构，其中，所述物料搅拌机构设置于物料箱内，所述物料散播机构设置于物料箱下方；所述物料箱包括箱壁和底板，其中，所述底板上设有漏口；所述出料调节机构包括设在漏口上的开关挡板以及推动开关挡板在漏口上移动以调节开口大小的动力机构；所述物料散播机构包括连接在物料箱底部的侧板、轮盘电机以及与轮盘电机连接的轮盘，所述轮盘设置于侧板的内侧，所述侧板上设有散播口。本发明的机载装置具有体积小、成本低、灵活性高、操控方便等优点。

Description

一种适于无人机撒播作业的机载装置及撒播方法

技术领域

本发明涉及农业机械装备领域，具体涉及一种适于无人机撒播作业的机载装置及撒播方法。

背景技术

撒播是小粒径种子播种采用的一种快速简便的直播方式，同时也是一种较粗放的直播方式，用种量较大，密度难以控制。随着农业机械化作业的兴起，撒播方式以其较高的作业效率开始受到广大用户的青睐。目前的撒播作业方式包括人力式和机械式，人力式撒播作业不但劳动强度大、效率低，且撒播密度不均现象较明显，降低了制种的产量，同时花费大量时间；机械式撒播取代人力撒播能够有效提高工作效率。但现有的机械式撒播主要还局限于手持式机械撒播和行走式机械撒播两种形式。手持式机械撒播对于提高工作效率的水平非常有限；行走式机械又存在下田困难，行进速度低下等问题。且上述两种机械式撒播都存在易损伤地表结构等许多难以应付的复杂田间环境问题。

因此人们开始利用有人飞行器实现散播作业，解决了上述的人力式和机械式的诸多问题，如减小了劳动强度、降低了地形的影响，也避免损伤地表结构等。但是，现有的有人飞行器存在体积庞大、成本高、灵活性差、操控人员要求严格等不足，而现有技术中尚不存在利用无人飞行器进行散播的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适于无人机撒播作业的机载装置，该装置具有体积小、成本低、灵活性高、操控方便等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种包括利用上述适于无人机撒播作业的机载装置实现的撒播方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于：包括设置在无人飞行器下方的散播装置，该散播装置包括物料箱、物料搅拌机构、出料调节机构以及物料散播机构，其中，所述物料搅拌机构设置于物料箱内，所述物料散播机构设置于物料箱下方；

所述物料箱包括箱壁和底板，其中，所述底板上设有漏口；

所述出料调节机构包括设在漏口上的开关挡板以及推动开关挡板在漏口上移动以调节开口大小的动力机构；

所述物料散播机构包括连接在物料箱底部的侧板、轮盘电机以及与轮盘电机连接的轮盘，所述轮盘设置于侧板的内侧，所述侧板上设有散播口。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述物料搅拌机构可以采用涵道风扇机构，该涵道风扇机构包括涵道风扇和涵道外壳，所述涵道风扇与物料箱以及轮盘同轴设置；所述涵道外壳的出风口朝下且位于物料箱的底板的上方，涵道外壳的出风口边沿设有向下延伸的挡风板，该挡风板的下端与物料箱的底板连接；所述漏口设置在挡风板与物料箱的箱壁之间的底板上；所述涵道风扇的转向与所述轮盘的转向相反。

采用上述方案的好处在于：通过涵道风扇产生高速气流对物料箱内的物料进行搅动，并带动物料向无风力的漏口处聚集，确保物料颗粒能够均匀地从漏口掉落；否则，如果只靠物料自身的重力掉落，会出现物料较多的初始阶段物料掉落速度较快而当物料变少时掉落速度变慢的现象，使得物料散播不均匀；此外，如果涵道风扇的出风口对准漏口，则会将物料颗粒直接从漏口中吹出，达不到搅拌物料并使之均匀掉落的效果。通过设置涵道风扇的转向与所述轮盘的转向相反，使得它们产生的额外扭矩相互抵消。

为了获得更好的搅拌效果，在设置上述一个涵道风扇机构的基础上，还可以设置另外两个涵道风扇机构，该两个涵道风扇机构的涵道风扇的轴心方向与所述第一个涵道风扇机构的涵道风扇轴心方向垂直，且该两个涵道风扇机构中涵道风扇的旋转方向相反。这样可以让物料在物料箱内充分搅拌，使得相互缠绕的物料颗粒(例如长芽的种子)充分分开，以便均匀的从漏口中掉落。

优选地，所述挡风板为圆弧形，其弧度为90°～180°。使得其形状与圆柱形的涵道外壳一致，相当于由涵道外壳的底面的一部分向下延伸形成。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述物料搅拌机构还可以采用叶片机构，该叶片机构包括电机以及与电机连接的叶片，所述叶片与物料箱同轴设置，且其转向与物料散播机构中的轮盘的转向相反。通过叶片直接搅动物料颗粒，使得物料颗粒在物料箱内一直都保持均匀分布状态，从而确保漏口周围的物料能够均匀地掉落。

为了便于控制涵道风扇的转速，从而根据不同的需要控制单位时间内物料的散播量，所述涵道风扇机构还包括涵道风扇用电子调速器，该涵道风扇用电子调速器一端与无人飞行器的接收机连接，另一端与涵道风扇连接。地面遥控信号经接收机接收后，传输给涵道风扇用电子调速器，进而控制涵道风扇的转速，实现涵道风扇转速的远程控制。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述出料调节机构设置于物料箱内，该出料调节机构中的动力机构包括舵机、舵机臂和连接杆，其中，舵机臂一端与舵机的输出轴连接，另一端与连接杆的一端连接，连接杆的另一端与所述开关挡板连接；所述舵机通过导线与无人飞行器的接收机连接；所述开关挡板覆盖于漏口上，该开关挡板的形状与漏口的形状一致且面积大于漏口的面积。

上述出料调节机构的工作原理是，地面控制信号由接收机接收后，控制舵机的输出轴的转动角度，进而通过舵机臂和连接杆调节开关挡板进行移动，从而控制漏口的开关和开度控制。

优选地，所述漏口的横截面为扇形，所述开关挡板的两端分别设有一个导向件，该导向件作用在扇形漏口的两个圆弧边上。通过所述导向件对开关挡板的运动进行导向。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述物料散播机构中的散播口位于无人飞行器的飞行方向的后侧，使得颗粒物体从飞行器后侧散播而出，方便操控手观察与控制飞行器及散播装置的工作状态；

所述轮盘上设有轮盘风扇，该轮盘风扇由多个沿着圆周方向分布的叶片构成，多个叶片呈辐射状。作为一种优选，数量为5个；所述叶片设置成流线形。轮盘高速旋转时带动轮盘风扇将物料箱漏下的颗粒物体均匀撒播出去。

为了实现远程控制轮盘的转速，所述物料散播机构还包括轮盘用电子调速器，该轮盘用电子调速器一端与无人飞行器的接收机连接，另一端与轮盘电机连接。地面遥控信号经接收机接收后，传输给电子调速器，进而控制轮盘的转速，实现轮盘转速的远程控制。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述箱壁截面可以为圆形、椭圆形、方形及其他能实现封闭截面的形状。本发明优选圆形。所述物料箱可以采用塑料、碳纤、橡胶等轻质材料构成。所述物料箱可以为刚体结构也可以为软体结构。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述物料箱的底板可以为平面也可以为漏斗形等其他适宜盛放颗粒的形状。底板上开有的漏口最好处于底板最低处，漏口形状可以为方形、圆形等其他适宜颗粒物体通过的形状。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，所述无人飞行器包括机身和多个沿着机身的圆周方向分布的旋翼组件，每个旋翼组件包括支撑臂、旋翼电机和旋翼，其中，支撑臂的一端与机身连接，另一端设置旋翼电机和旋翼。

本发明的适于无人机撒播作业的机载装置中，还包括负载板和脚架，所述负载板下端与物料箱连接，上端与机身连接，所述脚架连接在机身上。

一种利用上述散播装置实现的撒播方法，包括以下步骤：

a、无人飞行器起飞，保持一定高度悬停；

b、启动轮盘电机和涵道风扇转动，涵道风扇与轮盘电机转向相反，调节两者扭矩相等使其互相抵消；

c、启动舵机旋转，选择合适的旋转角度使得物料内颗粒物体按照一定速率洒落在轮盘上，经过轮盘电机高速旋转将颗粒物体撒播出来；

d、无人飞行器沿指定路径飞行，按照飞行参数将物料箱内颗粒物体均匀洒出；

e、无人飞行器完成指定任务，返航悬停，舵机复位，关闭轮盘电机与涵道风扇；

f、无人飞行器降落。

本发明的工作原理：无人飞行器起飞后，带动撒播装置飞送到待撒播田块的上方，同时飞行器保持低空匀速稳定飞行，且令涵道风扇与轮盘电机同时转动，两者扭矩相互抵消不影响飞行器的正常飞行状态；待撒播颗粒状物体从撒播装置中高速洒出，分布均匀实现高效率撒播的目的。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

(1)本发明通过将散播装置设置在无人飞行器上，可在远程控制下进行工作，实现了利用无人飞行器进行散播，具有体积小、成本低、灵活性高、操控方便等优点。

(2)在一定的飞行参数下，可以控制物料均匀地散播出来，散播效果好，效率高。

(3)在本发明的优选方案中，涵道风扇与轮盘电机转向相反，扭矩互抵，保证了撒播装置不对飞行器自身飞行产生影响，使得飞行器飞行稳定。

(4)在本发明的优选方案中，涵道风扇风力在物料箱中经过挡风板的配合使得物料箱内颗粒物体保持往漏口处流动的趋势，增加单次撒播的效率与均匀度。

附图说明

图1为本发明的适于无人机撒播作业的机载装置的实施例1的立体结构示意图。

图2为图1中散播装置部分的立体结构示意图。

图3为图2中显示出料调节机构与漏口之间的连接关系的结构示意图。

图4为本发明的适于无人机撒播作业的机载装置的实施例2中散播装置的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1，本实施例的适于无人机撒播作业的机载装置包括设置在无人飞行器1下方的散播装置2。

参见图1和图2，所述散播装置2包括物料箱21、物料搅拌机构22、出料调节机构24、物料散播机构23以及负载板25，其中，所述物料搅拌机构22设置于物料箱21内，所述物料散播机构23设置于物料箱21下方，所述负载板25设置在物料箱21的上端。

图1～图3，所述物料箱21由横截面呈圆形的箱壁211和底板212构成，其中，底板212上设有用于让种子或肥料等物料掉落的漏口213。所述物料箱21为刚体结构，采用塑料轻质材料构成，以便减轻重量；该物料箱21的底板212表面为平面，以适宜盛放颗粒状物料。所述漏口213设置于底板212中偏离中心的位置，该漏口213的横截面呈扇形。

参见图2，所述物料搅拌机构22为涵道风扇机构，该涵道风扇机构包括涵道风扇221、涵道外壳222以及涵道风扇用电子调速器224。其中，所述涵道风扇221的数量为1个，与物料箱21同轴设置，其轴心与整个飞行器中心重合。所述涵道外壳222的横截面为圆形，涵道外壳222的出风口朝下且位于物料箱21的底板212的上方，涵道外壳222的出风口边沿设有向下延伸的挡风板223，该挡风板223的下端与物料箱21的底板212连接，将涵道外壳222固定在底板212上，其板面与底板212相垂直；所述挡风板223的横截面为弧度为180°的圆弧形。所述漏口213位于该挡风板223的外侧，即位于挡风板223与箱壁211之间的底板212上，可以避免涵道风扇221所吹出的高速气流直接影响漏口213处的物料颗粒；涵道风扇221吹出的高速气流从挡风板223的侧向进入物料箱21内，搅动物料箱21内的颗粒物料，使得颗粒物料向无风力的漏口213处聚集，使得物料颗粒可以均匀掉落。所述涵道风扇用电子调速器224设置在负载板25上，该电子调速器一端与无人飞行器1的接收机26连接，另一端与涵道风扇221连接。地面遥控信号经接收机26接收后，传输给电子调速器，进而控制涵道风扇221的转速，实现涵道风扇221转速的远程控制。

参见图2和图3，所述出料调节机构24设置于物料箱21内，包括设在漏口213上的开关挡板244以及推动开关挡板244在漏口213上移动以调节开口大小的动力机构。其中，所述动力机构包括舵机241、舵机臂242和连接杆243，其中，舵机臂242一端与舵机241的输出轴连接，另一端与连接杆243的一端连接，连接杆243的另一端与所述开关挡板244连接。所述开关挡板244覆盖于漏口213上，该开关挡板244的形状与漏口213的形状一致且面积大于漏口213的面积；该开关挡板244的两端分别设有一个导向件245，该导向件245作用在扇形漏口213的两个圆弧边上，对开关挡板244的运动起到导向作用。所述舵机241通过导线与无人飞行器1的接收机26连接，以将地面的遥控信号转成舵机臂242旋转角度指令，起到远程控制舵机241工作的作用。

参见2和图3，所述物料散播机构23包括连接在物料箱21底部的侧板233、轮盘电机232、与轮盘电机232连接的轮盘231以及轮盘用电子调速器234。其中，所述轮盘231设置于侧板233的内侧，所述侧板233上设有散播口235，该散播口235位于无人飞行器1的飞行方向的后侧，使得颗粒物体从飞行器后侧散播而出，方便操控手观察与控制飞行器及散播装置2的工作状态。所述轮盘上设有轮盘风扇236，该轮盘风扇236有5个沿着圆周方向分布的叶片构成，5个叶片呈辐射状。轮盘高速旋转时带动轮盘风扇236将物料箱漏下的颗粒物体均匀撒播出去。所述轮盘电机232采用高速电机，其轴心与轮盘231轴心重合，且与出料调节机构24中涵道风扇221的轴心重合，轮盘231的转向与涵道风扇221的转向相反，以抵消它们产生的额外扭矩。所述轮盘用电子调速器234设置在负载板25上，该轮盘用电子调速器234一端与无人飞行器1的接收机26连接，另一端与轮盘电机232连接。地面遥控信号经接收机26接收后，传输给轮盘用电子调速器234，进而控制轮盘231的转速，实现轮盘231转速的远程控制。

参见图1，所述无人飞行器1包括机身11和8个沿着机身11的圆周方向分布的旋翼组件，每个旋翼组件包括支撑臂14、旋翼电机12和旋翼13，其中，支撑臂14的一端与机身11连接，另一端设置旋翼电机12和旋翼13。

所述负载板25下端与物料箱21连接，上端与机身11连接，负载板25上设置电源27、接收机26以及电子调速器等。

此外，本实施例的机载装置还包括脚架(图中未显示)，该脚架由2个倒T形的支架组成，且2个支架呈“八”字形分布，所述支架的上端安装于飞行器的机身11。为降低整个装置的重量，所述连接臂和脚架均采用碳纤维材料。所述连接臂的长度可以进行调整。

本实施例的利用上述散播装置2实现的撒播方法，包括以下步骤：

a、无人飞行器1起飞，保持一定高度悬停；

b、启动轮盘电机232和涵道风扇221转动，涵道风扇221与轮盘电机232转向相反，调节两者扭矩相等使其互相抵消，不影响飞行器自身飞行状态；

c、启动舵机241旋转，选择合适的旋转角度使得物料内颗粒物体按照一定速率洒落在轮盘231上，经过轮盘电机232高速旋转将颗粒物体撒播出来；

d、无人飞行器1沿指定路径飞行，按照飞行参数将物料箱21内颗粒物体均匀洒出；

e、无人飞行器1完成指定任务，返航悬停，舵机241复位，关闭轮盘电机232与涵道风扇221；

f、无人飞行器1降落。

本实施例的工作原理：无人飞行器1起飞后，带动撒播装置飞送到待撒播田块的上方，同时飞行器保持低空匀速稳定飞行，且令涵道风扇221与轮盘电机232同时转动，两者扭矩相互抵消不影响飞行器的正常飞行状态；待撒播颗粒状物体从撒播装置中高速洒出，分布均匀实现高效率撒播的目的。

实施例2

参见4，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，所述物料搅拌机构22采用叶片机构，该叶片机构包括电机以及与电机连接的叶片。其中，所述电机通过连接杆243固定在负载板25上；所述叶片与物料箱21同轴设置，且其转向与物料散播机构23中的轮盘231的转向相反。通过叶片直接搅动物料颗粒，使得物料颗粒在物料箱21内一直都保持均匀分布状态，从而确保漏口213周围的物料能够均匀地掉落。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，所述物料搅拌机构在实施例1的设置一个涵道风扇机构的基础上，还设置另外两个涵道风扇机构，该两个涵道风扇机构的涵道风扇的轴心方向与所述第一个涵道风扇机构的涵道风扇轴心方向垂直，且该两个涵道风扇机构中涵道风扇的旋转方向相反。这样可以让物料在物料箱内充分搅拌，使得相互缠绕的物料颗粒(例如长芽的种子)充分分开，以便均匀的从漏口中掉落。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，所述撒播装置2含有自动控制系统，当飞行参数(飞行速度、飞行高度、载重)改变时，可自动调节舵机241的开度、涵道风扇222与轮盘电机232的转速，达到稳定均匀撒播的目的。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，包括设置在无人飞行器下方的散播装置，该散播装置包括物料箱、物料搅拌机构、出料调节机构以及物料散播机构，其中，所述物料搅拌机构设置于物料箱内，所述物料散播机构设置于物料箱下方；

所述物料箱包括箱壁和底板，其中，所述底板上设有漏口；

所述出料调节机构包括设在漏口上的开关挡板以及推动开关挡板在漏口上移动以调节开口大小的动力机构；

所述物料散播机构包括连接在物料箱底部的侧板、轮盘电机以及与轮盘电机连接的轮盘，所述轮盘设置于侧板的内侧，所述侧板上设有散播口；

所述物料搅拌机构为涵道风扇机构，该涵道风扇机构包括涵道风扇和涵道外壳，所述涵道风扇与物料箱以及轮盘同轴设置；所述涵道外壳的出风口朝下且位于物料箱的底板的上方，涵道外壳的出风口边沿设有向下延伸的挡风板，该挡风板的下端与物料箱的底板连接；所述漏口设置在挡风板与物料箱的箱壁之间的底板上；所述涵道风扇的转向与所述轮盘的转向相反。

2.根据权利要求1所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，在设置所述涵道风扇机构的基础上，还设置另外两个涵道风扇机构，该两个涵道风扇机构的涵道风扇的轴心方向与基础设置的那个涵道风扇机构的涵道风扇轴心方向垂直，且该两个涵道风扇机构中涵道风扇的旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述物料搅拌机构为叶片机构，该叶片机构包括电机以及与电机连接的叶片，所述叶片与物料箱同轴设置，且其转向与物料散播机构中的轮盘的转向相反。

4.根据权利要求1～3任一项所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述出料调节机构设置于物料箱内，该出料调节机构中的动力机构包括舵机、舵机臂和连接杆，其中，舵机臂一端与舵机的输出轴连接，另一端与连接杆的一端连接，连接杆的另一端与所述开关挡板连接；所述舵机通过导线与无人飞行器的接收机连接；所述开关挡板覆盖于漏口上，该开关挡板的形状与漏口的形状一致且面积大于漏口的面积。

5.根据权利要求4所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述漏口的横截面为扇形，所述开关挡板的两端分别设有一个导向件，该导向件作用在扇形漏口的两个圆弧边上。

6.根据权利要求1所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述物料散播机构中的散播口位于无人飞行器的飞行方向的后侧。

7.根据权利要求6所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述轮盘上设有轮盘风扇，该轮盘风扇由多个沿着圆周方向分布的叶片构成，多个叶片呈辐射状。

8.根据权利要求1所述的适于无人机撒播作业的机载装置，其特征在于，所述无人飞行器包括机身和多个沿着机身的圆周方向分布的旋翼组件，每个旋翼组件包括支撑臂、旋翼电机和旋翼，其中，支撑臂的一端与机身连接，另一端设置旋翼电机和旋翼。

9.一种利用权利要求1所述的适于无人机撒播作业的机载装置实现的撒播方法，包括以下步骤：

a、无人飞行器起飞，保持一定高度悬停；

b、启动轮盘电机和涵道风扇转动，涵道风扇与轮盘电机转向相反，调节两者扭矩相等使其互相抵消；

c、启动舵机旋转，选择合适的旋转角度使得物料箱内颗粒物体按照一定速率洒落在轮盘上，经过轮盘电机高速旋转将颗粒物体撒播出来；

d、无人飞行器沿指定路径飞行，按照飞行参数将物料箱内颗粒物体均匀洒出；

e、无人飞行器完成指定任务，返航悬停，舵机复位，关闭轮盘电机与涵道风扇；

f、无人飞行器降落。