CN104908946B - 一种施药无人直升机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人直升机，具体地说是一种手动操控喷药和自动导航喷药相结合、施药精准度高的施药无人直升机，包括机头、机身、机翼、机尾、传动装置、动力装置、排气装置、喷洒装置、控制系统和云台，其中机身包括机身支架和起落架，动力装置安装在所述机身支架上，机身支架上方的机翼通过传动装置与所述动力装置相连，喷洒装置安装在机身的起落架上，控制系统设置于机头中，在机头下方设有带摄像机的云台，本发明通过摄像机实时采集反馈作物数据，并通过控制系统控制喷洒装置施药时间和快慢，从而实现施药准确，极大地提高了施药的效率和准确性。

Description

一种施药无人直升机

技术领域

本发明涉及一种无人直升机，具体地说是一种手动操控喷药和自动导航喷药相结合、施药精准度高的施药无人直升机。

背景技术

在农业领域，农药喷洒是一个不可忽视的问题，传统的农药喷洒是靠人工完成，当给大面积的作物喷药时，需要较多劳动力，施药时间较长，而且在多雨季节，人工手动施药效率较低，很难满足施药要求，另外，人工施药不仅劳动强度高，对施药的工作人员也会造成药物毒害，损害作业人员的身体健康。施药无人直升机的出现则完全解决了上述问题，施药无人直升机具有机动性好的特点，能快速有效施药，不会影响作业人员的人身健康，但在现有技术中，施药无人直升机多采用人工操作，自动化程度不高，而且施药无人直升机施药准确性和效率较低，尤其在需要给特定目标施药时，往往需要靠大面积喷洒农药来达到目的，这造成了农药的极大浪费，也不利于环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施药无人直升机，机身设计合理，能够通过云台的视觉选择施药目标，施药精准度高且药量可控，显著提高了施药效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种施药无人直升机，包括机头、机身、机翼、机尾、传动装置、动力装置、排气装置、喷洒装置、控制系统和云台，其中机身包括机身支架和起落架，所述机身支架上设有尾管固定件，机尾通过尾管与所述机身支架上的尾管固定件相连，机头则与所述机身支架远离所述尾管固定件的一端相连,动力装置安装在所述机身支架的立板下侧边沿，传动装置设置于所述机身支架内，设置于所述机身支架上方的机翼即通过所述传动装置与所述动力装置相连，所述传动装置上设置有主动同步带轮，机尾上设有从动同步带轮，所述主动同步带轮通过同步带与所述机尾上的从动同步带轮相连,排气装置设置于所述动力装置远离机头的一侧，且所述排气装置的进气端与所述动力装置相连，所述排气装置的排气端安装在机身的起落架上，喷洒装置设置于机身两侧，并分别安装在机身的起落架上，控制系统设置于机头中，云台设置于所述机头下方，所述云台上设置有实时拍摄记录作物生长和受害数据的摄像机。

所述机头包括长管、斜杆和电池槽，所述控制系统包括飞控盒和开关板，所述飞控盒和开关板均安装在所述机头的斜杆上，且所述开关板设置于所述飞控盒和电池槽之间，所述飞控盒通过弹簧和飞控盒连接件安装在所述斜杆上，所述云台通过减震器安装在所述机头的长管上，为控制系统供电的大电池设置于所述电池槽中。

所述机身的机身支架两侧安装有油箱，机身支架的立板上设有油箱固定架，所述油箱即安装在所述油箱固定架上，所述油箱之间相互连通，所述油箱内液位相平，所述油箱中设置有检测油量的液位传感器。

所述机身的起落架在与地面相接触的J型管上安装有脚轮架，所述脚轮架上安装有轮子，所述起落架与地面相接触的J型管的直管部分安装有减震橡胶圈。

所述动力装置包括启动电机、发动机、发动机安装架、大齿轮、大带轮和离合器，其中发动机安装架通过橡胶连接件安装在机身支架的立板下侧边沿，发动机安装在所述发动机安装架上，所述发动机的动力输出端沿着指向机身支架的方向依次设有大齿轮、大带轮和离合器，所述离合器与所述传动装置相连，启动电机安装在所述发动机安装架上，且所述启动电机的输出轴上设有与所述大齿轮相啮合的小齿轮。

所述发动机的上方设置有用于给发动机降温的风扇，所述风扇对称安装在所述发动机安装架的两侧，所述风扇的中心轴在靠近机身支架的一端分别安装有小带轮，所述大带轮通过多楔带与风扇上的小带轮相连。

所述传动装置包括齿轮箱和传动轴，所述齿轮箱安装在机身支架的立板上，所述齿轮箱的输入轴与所述动力装置相连，所述齿轮箱通过传动轴与机翼相连，所述主动同步带轮设置于齿轮箱的输入轴上。

所述排气装置的排气端通过减震橡胶连接件安装在机身的起落架上，所述排气装置的进气端通过弹性导管与所述动力装置相连。

所述喷洒装置包括水泵、药箱和喷头，所述水泵安装在机头上，所述药箱通过固定板安装在机身两侧的起落架上，在机身两侧的起落架上还设有喷头支架，喷头即安装在所述喷头支架上，药箱通过导管与所述喷头相连。

所述喷头支架包括一个支承杆，所述支承杆的两端分别与机身的起落架和所述喷头支架上安装有喷头的长杆铰接，所述喷头支架通过所述支承杆抬起，所述水泵通过控制系统控制。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明将手动操控喷药和自动导航喷药相结合，并且在机头下方安装有云台，在云台上装有摄像机，能实时采集反馈作物数据，再通过控制系统控制施药，实现精准喷药，极大地提高了施药的效率和准确性，实现了无人直升机的人性化控制，避免了农药的浪费，而且所得数据也可为后期作物长势、病虫害情况和除害效果提供可靠分析依据。

2.本发明的喷洒装置受控制器控制，可实现对农药喷洒的实时控制，并且采用三角形固定方式，增加了喷洒装置的稳固性，而且本发明喷洒装置的碳纤维管可折叠，从而减少放置空间，便于装运。

3.本发明的两个药箱之间连通且对称分布在无人直升机两侧偏下位置，降低重心，增加飞行平稳性，另外，本发明重量较重的动力装置装在无人直升机下方，降低整机重心，进一步提高了无人直升机的平稳性。

4.本发明采用优化设计方案，机身机构采用高强度铝，既减轻了自身重量，又增加了载荷能力，提高了机动性。

5.本发明的施药无人直升机可以进入任何地块进行低空喷洒作业，且不会对作物造成伤害。使得农药漂移量极低，强力的旋翼气流使得农药液体颗粒均匀附着到作物正反面，沉积率明显提升，防治效果显著。

6.本发明施药无人直升机采用GPS定位，应用路径自动规划技术，达到全自动作业。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明内部结构示意图；

图4为图3中去掉机尾和尾管后的结构示意图；

图5为图4中I处放大图；

图6为图4中机头和控制系统结构示意图；

图7为图4中动力装置结构示意图；

图8为图3中机尾结构示意图；

图9为图1中喷洒装置结构示意图。

其中：1为机头，2为机身，3为机翼，4为机尾，5为传动装置，6为动力装置，7为排气装置，8为喷洒装置，9为控制系统，10为云台，11为直升机控制盒，12为开关板，13为弹簧，14为大电池，15为长管，16为减震器，17为摄像机，18为水泵，19为起落架，20为立板，21为舵机固定板，22为尾管固定件，23为三角形件，24为油箱固定架，25为油箱，26为液位传感器，27为脚轮架，28为减震橡胶圈，29为启动电机，30为发动机，31为发动机安装架，32为风扇，33为橡胶连接件，34为小齿轮，35为大带轮，36为离合器，37为齿轮箱，38为传动轴，39为主旋翼，40为副翼，41为大舵机，42为减震橡胶连接件，43为弹性导管，44为尾管，45为从动同步带轮，46为尾翼传动轴，47为尾翼，48为尾翼舵机，49为同步带，50为药箱，51为支承杆，52为喷头，53为喷头支架，54为斜杆，55为电池槽，56为飞控盒连接件，57为五通，58为轮子，59为小皮带轮，60为主动同步带轮，61为固定板，62为机壳，63为机身支架，64尾翼座，65机翼支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括机头1、机身2、机翼3、机尾4、传动装置5、动力装置6、排气装置7、喷洒装置8、控制系统9、云台10、机壳62和尾管44，其中机身2包括机身支架63和起落架19，机身2的起落架19设置于所述机身支架63下方，如图4所示，所述机身支架63包括两个平行设置的立板20和设置于所述机身支架63一端的尾管固定件22，机头1位于整个无人直升机的正前端，并与所述机身支架63远离所述尾管固定件22的一端相连，机尾4通过尾管44与所述机身支架63上的尾管固定件22相连。动力装置6设置于所述机身支架63的下方，且所述动力装置6安装在机身支架63的立板20上，传动装置5设置于机身支架63内，且所述传动装置5通过螺钉安装在立板20上，设置在机身2上方的机翼3通过所述传动装置5与所述动力装置6相连。排气装置7设置于动力装置6远离机头1的一侧，所述排气装置7的进气端与所述动力装置6相连，所述排气装置7的排气端安装在机身2的起落架19上，喷洒装置8设置于机身2两侧，并分别安装在机身2的起落架19上，控制系统9安装在机头1中，云台10安装在机头1上，并设置于所述机头1下方，流线型的机壳62安装在机身支架63上，机头1、机身2和传动装置5均设置于所述机壳62中。

如图6所示，机头1包括两根长管15、两个斜杆54和位于所述机头1前端的电池槽55，所述两根长管15沿水平方向平行设置，且所述两根长管15的一端分别固定在电池槽55两侧，两个斜杆54平行设置，且分别与所述长管15构成一定角度的倾角，本实例中，所述斜杆54与长管15之间的倾角为6°，机头1前端的电池槽55用于放置为控制系统9供电的大电池14，在所述电池槽55远离所述斜杆54的一侧安装有用于将农药引出的水泵18。

如图6所示，控制系统9包括安装在机头1内的飞控盒11和开关板12，所述飞控盒11的四角通过弹簧13和飞控盒连接件56安装到机头1的两个斜杆54上，所述飞控盒11在本发明处于静止状态时处在水平位置，所述弹簧13在直升机飞行时能够起到减震作用，开关板12设置于飞控盒11和电池槽55之间，并通过螺钉安装在机头1的斜杆54上，由飞控盒11和开关板12组成的控制系统9为本领域公知技术。

如图3所示，云台10通过减震器16安装在机头1的长管15上，所述减震器16在直升机飞行时起到减震作用，所述云台10包括摄像机17，所述摄像机17能够俯仰轴（上下）360度、航向轴（左右）360度旋转，并能够实时拍摄记录作物生长和受害的数据，反馈给控制系统9，进行实时控制，并能将数据保存下来，给研究人员做进一步研究。所述云台10和减震器16均为市购产品，本实施例中，所述云台10为博弈两轴BY2-2前挂式航拍云台，生产厂家为广州金翼达无人飞行器科技有限公司，所述减震器16为JQZ-150空气阻尼减震器，生产厂家为辽宁同泽减震器有限公司。

如图4所示，在机身支架63的两个立板20上分别设有油箱固定架24，给直升飞机供油的油箱25即安装在所述油箱固定架24上，本实施例中，两个立板20上的油箱固定架24一共可以安装四个油箱25，如图3所示，四个油箱25通过一个五通57相互连通，以使油箱25内液位相平，不会造成左右两侧重量不均衡，所述五通57通过油管与动力装置6相连，其中一个油箱25中安装有液位传感器26，用来检测油箱25内油的多少，以防油量不足造成的危险，本实施例中，所述液位传感器型号为SONOMETER05，生产厂家为德国sonotec。机身2的起落架19在与地面相接触的J型管上各安装有一个脚轮架27，所述脚轮架27上安装有轮子58，所述轮子58便于无人直升机的挪动和运输，且拆卸方便，所述起落架19与地面相接触的J型管的直管部分安装有减震橡胶圈28，本实施例中，所述减震橡胶圈28由弹性橡胶制成，在无人直升机起降时能够减弱震动，并且增加与地面间的摩擦力，防止打滑。

如图4～5和图7所示，所述动力装置6包括启动电机29、发动机30、发动机安装架31、风扇32、橡胶连接件33、大齿轮34、大带轮35和离合器36，其中发动机安装架31通过橡胶连接件33安装在机身支架63的立板20下侧边沿，发动机30安装在所述发动机安装架31上，本实施例中，所述橡胶连接件33由弹性橡胶制成，用于减轻发动机30工作时造成的震动影响。发动机30的动力输出端沿着指向机身支架63的方向依次设有大齿轮34、大带轮35和离合器36，所述离合器36与传动装置5相连。如图5所示，启动电机29设置于所述动力装置6远离机头1的一侧，所述启动电机29安装在所述发动机安装架31上，且在所述启动电机29的输出轴上设有与所述大齿轮34相啮合的小齿轮。两个用于给发动机30降温的风扇32设置于所述发动机30的上方，并且对称安装在发动机安装架31的两侧，机构工作时，启动电机29先启动，启动电机29上的小齿轮带动发动机30上的大齿轮34转动，从而将发动机30启动，发动机30启动后带动大带轮35和离合器36转动，所述风扇32的中心轴在靠近机身支架63的一端分别安装有小带轮59，所述大带轮35通过多楔带将动力分别传递给两个风扇32上的小带轮59，进而带动风扇32转动，给发动机30降温，离合器36则将动力传递给上方的传动装置5。所述发动机30为航空用发动机，所述发动机30及离合器36均为本领域公知技术。本实施例中，所述发动机30型号为3W342，生产厂家为3W。

如图3所示，所述传动装置5包括减速用的齿轮箱37以及传动轴38，所述齿轮箱37安装在所述机身支架63的立板20上，所述齿轮箱37的输入轴与所述动力装置6的离合器36相连，且在所述齿轮箱37的输入轴上设置有一个主动同步带轮60，齿轮箱37通过所述主动同步带轮60将动力通过同步带49传递给机尾4，所述齿轮箱37通过所述传动轴38与机翼3相连，动力装置6将动力传递给齿轮箱37后，再通过所述传动轴38传递给机翼3。

如图3～4所示，机翼3包括主旋翼39、副翼40和大舵机41，所述主旋翼39和副翼40安装在机翼支座65上，所述机翼支座65与传动装置5的传动轴38相连，本发明即通过所述主旋翼39和副翼40控制飞行姿态。三个大舵机41分别安装机身机架63靠近机头1的一端，三个大舵机分别用来控制螺距、控制副翼40和控制直升机俯仰，所述大舵机为市购产品，型号为PS050，生产厂家为日本精工。

如图3所示，排气装置7位于动力装置6远离机头1的一侧，所述排气装置7的排气端通过减震橡胶连接件42安装在机身2的起落架19上，所述排气装置7的进气端通过弹性导管43与所述动力装置6相连，本实施例中，所述减震橡胶连接件42由弹性橡胶制成，所述弹性导管43材料为不锈钢，所述减震橡胶连接件42和弹性导管43能够消除应力集中，对排气装置7起到缓冲保护作用。所述排气装置7为本领域公知技术。

如图3所示，机尾4通过尾管44安装在机身支架63的尾管固定件22上，如图8所示，所述机尾4包括从动同步带轮45、尾翼传动轴46、尾翼47和尾翼舵机48，传动装置5的齿轮箱37下侧的主动同步带轮60通过同步带49将动力传递给所述机尾4的从动同步带轮45，动力再经由尾翼传动轴46传给尾翼47，安装在机尾4末端的尾翼舵机48通过控制尾翼47的倾角控制尾翼47所产生的动力大小，所述从动同步带轮45、尾翼传动轴46、尾翼47和尾翼舵机48均安装在尾翼座64上。所述尾翼舵机48为市购产品，型号为SV172，生产厂家为FUTABA。

所述喷洒装置8包括水泵18、药箱50和喷头52，如图6所示，所述水泵18安装在机头1上，并安装在所述电池槽55远离机身2的一侧，如图1和图4所示，所述药箱50通过固定板61安装在机身2两侧的起落架19上，机身2两侧的起落架19上还设有喷头支架53，喷头52即安装在所述喷头支架53上，所述喷头支架53由碳纤维管制成，每个喷头支架53上安装有两个喷头52，如图9所示，每个喷头支架53包括一个支承杆51，所述支承杆51的两端分别与机身2的起落架19和喷头支架53上安装有喷头52的长杆铰接，所述喷头支架53即通过所述支承杆51实现抬起和落下。导管由药箱50引出后经由喷头支架53的管内与喷头53连接，机构工作时，启动安装在机头1上的水泵18，将农药由药箱50中引出，然后通过导管将农药分别输送到四个喷头53处，完成农药喷洒，所述水泵18由控制系统9控制，可控制喷药时间和喷药快慢，此为现有技术。

本发明的工作原理为：

操作员通过地面站或遥控器给控制系统9发送信号，控制系统9收到信号后便可以控制启动电机29启动发动机30，并通过大舵机41和尾翼舵机48控制无人直升机飞行，以及控制云台10和水泵18完成拍摄、喷洒等操作，可以通过手动操控喷药，也可以利用自动导航喷药，施药准确，施药效率高。

Claims (9)

1.一种施药无人直升机，其特征在于：包括机头(1)、机身(2)、机翼(3)、机尾(4)、传动装置(5)、动力装置(6)、排气装置(7)、喷洒装置(8)、控制系统(9)和云台(10)，其中机身(2)包括机身支架(63)和起落架(19)，所述机身支架(63)上设有尾管固定件(22)，机尾(4)通过尾管(44)与所述机身支架(63)上的尾管固定件(22)相连，机头(1)则与所述机身支架(63)远离所述尾管固定件(22)的一端相连，动力装置(6)安装在所述机身支架(63)的立板(20)下侧边沿，传动装置(5)设置于所述机身支架(63)内，设置于所述机身支架(63)上方的机翼(3)即通过所述传动装置(5)与所述动力装置(6)相连，所述传动装置(5)上设置有主动同步带轮(60)，机尾(4)上设有从动同步带轮(45)，所述主动同步带轮(60)通过同步带(49)与所述机尾(4)上的从动同步带轮(45)相连，排气装置(7)设置于所述动力装置(6)远离机头(1)的一侧，且所述排气装置(7)的进气端与所述动力装置(6)相连，所述排气装置(7)的排气端安装在机身(2)的起落架(19)上，喷洒装置(8)设置于机身(2)两侧，并分别安装在机身(2)的起落架(19)上，控制系统(9)设置于机头(1)中，云台(10)设置于所述机头(1)下方，所述云台(10)上设置有实时拍摄记录作物生长和受害数据的摄像机(17)；

所述机头(1)包括长管(15)、斜杆(54)和电池槽(55)，所述控制系统(9)包括飞控盒(11)和开关板(12)，所述飞控盒(11)和开关板(12)均安装在所述机头(1)的斜杆(54)上，且所述开关板(12)设置于所述飞控盒(11)和电池槽(55)之间，所述飞控盒(11)通过弹簧(13)和飞控盒连接件(56)安装在所述斜杆(54)上，所述云台(10)通过减震器(16)安装在所述机头(1)的长管(15)上，为控制系统(9)供电的大电池(14)设置于所述电池槽(55)中。

2.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述机身(2)的机身支架(63)两侧安装有油箱(25)，机身支架(63)的立板(20)上设有油箱固定架(24)，所述油箱(25)即安装在所述油箱固定架(24)上，所述油箱(25)之间相互连通，所述油箱(25)内液位相平，所述油箱(25)中设置有检测油量的液位传感器(26)。

3.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述机身(2)的起落架(19)在与地面相接触的J型管上安装有脚轮架(27)，所述脚轮架(27)上安装有轮子(58)，所述起落架(19)与地面相接触的J型管的直管部分安装有减震橡胶圈(28)。

4.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述动力装置(6)包括启动电机(29)、发动机(30)、发动机安装架(31)、大齿轮(34)、大带轮(35)和离合器(36)，其中发动机安装架(31)通过橡胶连接件(33)安装在机身支架(63)的立板(20)下侧边沿，发动机(30)安装在所述发动机安装架(31)上，所述发动机(30)的动力输出端沿着指向机身支架(63)的方向依次设有大齿轮(34)、大带轮(35)和离合器(36)，所述离合器(36)与所述传动装置(5)相连，启动电机(29)安装在所述发动机安装架(31)上，且所述启动电机(29)的输出轴上设有与所述大齿轮(34)相啮合的小齿轮。

5.根据权利要求4所述的施药无人直升机，其特征在于：所述发动机(30)的上方设置有用于给发动机(30)降温的风扇(32)，所述风扇(32)对称安装在所述发动机安装架(31)的两侧，所述风扇(32)的中心轴在靠近机身支架(63)的一端分别安装有小带轮(59)，所述大带轮(35)通过多楔带与风扇(32)上的小带轮(59)相连。

6.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述传动装置(5)包括齿轮箱(37)和传动轴(38)，所述齿轮箱(37)安装在机身支架(63)的立板(20)上，所述齿轮箱(37)的输入轴与所述动力装置(6)相连，所述齿轮箱(37)通过传动轴(38)与机翼(3)相连，所述主动同步带轮(60)设置于齿轮箱(37)的输入轴上。

7.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述排气装置(7)的排气端通过减震橡胶连接件(42)安装在机身(2)的起落架(19)上，所述排气装置(7)的进气端通过弹性导管(43)与所述动力装置(6)相连。

8.根据权利要求1所述的施药无人直升机，其特征在于：所述喷洒装置(8)包括水泵(18)、药箱(50)和喷头(52)，所述水泵(18)安装在机头(1)上，所述药箱(50)通过固定板(61)安装在机身(2)两侧的起落架(19)上，在机身(2)两侧的起落架(19)上还设有喷头支架(53)，喷头(52)即安装在所述喷头支架(53)上，药箱(50)通过导管与所述喷头(52)相连。

9.根据权利要求8所述的施药无人直升机，其特征在于：所述喷头支架(53)包括一个支承杆(51)，所述支承杆(51)的两端分别与机身(2)的起落架(19)和所述喷头支架(53)上安装有喷头(52)的长杆铰接，所述喷头支架(53)通过所述支承杆(51)抬起，所述水泵(18)通过控制系统(9)控制。