CN105739524B - 一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统，涉及系留无人旋翼飞行器系统和无人机农业植保技术领域。所述的系统包括移动系留平台、电源系统、系揽、多个无人旋翼飞行器、中央控制系统和液体连续喷洒系统。本发明中电源系统随移动系留平台移动并通过系缆为多个无人旋翼飞行器提供电能，系缆由多个无人旋翼飞行器带动升空，使系缆在空中能够形成空间三维折曲线，从而躲避或绕过障碍物，并能更好的贴合地形，适应地形变化，极大的增加系留无人旋翼飞行器及所携带的任务载荷在水平方向上所能达到的空间范围；液体连续喷洒系统的输送管路沿着系揽布置，能够不间断的连续供应液体到喷头，大大提高作业效率。

Description

一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统
技术领域
本发明涉及系留无人旋翼飞行器系统，涉及无人机农业植保，具体地说，是指一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统。
背景技术
系留无人旋翼飞行器可以通过系缆提供飞行器所需的电能，延长飞行器滞空时间。但现有系统从系留点到无人飞行器为两点一线的系留，系留无人飞行器的主要目的是以在系留点垂直方向上提升其携带任务载荷的高度，从而提升任务载荷的价值；系留无人飞行器相对系留点在水平方向上没有主动的机动能力。在复杂的实际使用环境中，系缆在水平方向上相对系留点也不具备主动躲避障碍物的能力，这限制了系缆在水平方向的延伸能力，进而限制飞行器及其携带的任务载荷相对于地面系留点在空中的活动范围，尤其是在水平方向上所能到达的空间范围，也限制了地面系留点只能为固定点或在受障碍物限定的范围的上空活动。现有的植保无人机每次起飞只能携带有限的能量和有限质量的农药进行作业，农药或能量消耗完毕后必须降落补充能量和农药，是非连续性的工作，工作效率受到制约。
发明内容
本发明的目的在于提高系留无人旋翼飞行器系缆的避障能力和地形适应能力，进而大大提高无人旋翼飞行器集群在水平方向上能达到的范围，扩展系留无人旋翼飞行器集群对地形的主动适应能力，大大提高系留无人旋翼飞行器集群系统作业的范围和能力。
本发明是一种由多个无人旋翼飞行器带动的系留无人飞行器集群平台系统，主要包括移动系留平台、电源系统、系缆、多个无人旋翼飞行器、中央控制系统和液体连续喷洒系统。
所述的移动系留平台上设置有电源系统、中央控制系统和液体连续喷洒系统的液体储存箱和增压泵；所述的电源系统随着移动系留平台一起移动并通过系缆将电能传递给多个无人旋翼飞行器；所述的液体连续喷洒系统包括液体储存箱、增压泵、输送管路和喷头，所述的液体储存箱和增压泵安装在所述移动系留平台上，所述的喷头设置在输送管路上或无人旋翼飞行器上，输送管路及每个无人旋翼飞行器上设置多个喷头；所述的输送管路连接在所述的液体储存箱和喷头之间，为喷头提供连续的喷洒液体；所述的中央控制系统通过系缆或通过无线的方式连接并控制多个无人旋翼飞行器，在中央控制系统控制下，多个无人旋翼飞行器协同飞行而处于空间的不同位置。
本发明的优点在于：
(1)系缆由多个无人旋翼飞行器带动，使系缆能够形成空间三维折曲线，从而躲避或绕过障碍物，并能更好的贴合地形，适应地形变化。
(2)极大的增加系留无人旋翼飞行器及所携带的任务载荷在水平方向上所能达到的空间范围。
(3)无人旋翼飞行器集群由系缆连续供给地面电源提供的电能，具有近乎无限的滞空时间。而现有的非系留无人旋翼飞行器滞空时间制约于自身携带电池容量或燃料容积。
(4)液体喷洒系统由连接在系缆上的输送管路供应需要喷洒的液体，能够不间断的连续供应，无需无人旋翼飞行器落地补充需喷洒的液体，可大大提高作业效率。
附图说明
图1是本发明的系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统结构示意图。
图中：
1.移动系留平台；2.电源系统；3.系缆；4.多个无人旋翼飞行器(示意图中有七个，并用4A～4G表示，并不表示仅限于七个)；5.中央控制系统；6.液体连续喷洒系统；7.障碍物。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统，所述的系留无人旋翼飞行器集群平台系统由多个无人旋翼飞行器带动，如图1所示，所述的系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统主要包括：移动系留平台1、电源系统2、系缆3、多个无人旋翼飞行器4(如示意图中的4A～4G，也称无人旋翼飞行器集群)、中央控制系统5和液体连续喷洒系统6，所述的多个无人旋翼飞行器可以和液体连续喷洒系统6配合，实现高效的植保农药喷洒作业。
所述的移动系留平台1，可以用来承载电源系统2、中央控制系统5、连续喷洒系统6的液体存储箱和增压泵，以及其他辅助装备，可以为地面平台(如地面车辆)，也可以为空中平台，如飞艇、热气球等可作为空中载荷平台的飞行器。所述的其他辅助设备包括输送管路和各种传感器等。
所述的电源系统2随着移动系留平台1一起移动并通过系缆3为多个无人旋翼飞行器4(如示意图中4A～4G)提供电能。
所述的系缆3用于将电源系统2的电能传递给连接在系缆3上的多个无人旋翼飞行器4(如示意图中4A～4G)。所述的系缆3为金属材质，或包含有电线。
所述的多个无人旋翼飞行器4(如示意图中的4A～4G)均连接在系缆3上并依靠电源系统2提供的电能工作，多个无人旋翼飞行器4(如示意图中的4A～4G)以均匀的间距或非均匀的间距连接在系缆3的不同位置，产生升力将系缆3及连接在系缆3上的任务载荷(液体的输送管路和其他装备)带到空中。在中央控制系统5控制下，使多个无人旋翼飞行器4(如示意图中的4A～4G)协同飞行而处于空间的不同位置，系缆在三维空间中可以形成躲避障碍物7所需要的三维折曲线，以使系缆3可以躲避障碍物7，适应复杂的地形变化，从而大大提高系缆3在水平方向的延伸能力，使连接在系缆3的无人旋翼飞行器4(如示意图中的4G～4A)，特别是远端的无人旋翼飞行器(示意图中的4G-4C)的活动范围大大增加。
中央控制系统5可以通过有线或无线的方式统一管理调度所有无人旋翼飞行器的飞行，使多个无人旋翼飞行器之间协同工作，将系缆3吊起、躲避障碍物7并执行液体喷洒作业。
所述的液体连续喷洒系统6通过增压泵将液体储存箱内的液体增压后，流过安装在系缆3和无人旋翼飞行器4上的输送管路，供给到喷头，进行连续喷洒。所述的液体为农药或其他需要喷洒的液体。
如图1所示实施例中，示意给出七个无人旋翼飞行器，依次为4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G，所述的七个无人旋翼飞行器分布在系缆3上，在移动系留平台1选择地面车辆，在地面车辆上设置有中央控制系统5、电源系统2、液体储存箱和增压泵，所述的电源系统2通过系缆3为七个无人旋翼飞行器4A～4G供电，同时，中央控制系统5通过系缆3或连接在系缆3上的信号线以有线的方式或无线(如WIFI)的方式，传递控制信号到所有的无人旋翼飞行器，以便对无人旋翼飞行器提供实时的控制信号或指令。所述的液体连续喷洒系统6包括液体储存箱、增压泵、输送管路和喷头，所述的液体储存箱和增压泵安装在所述移动系留平台1上，所述的喷头设置在系缆上的输送管路上或无人旋翼飞行器上，输送管路上任意位置及每个无人旋翼飞行器上可以设置多个喷头。所述的输送管路连接在所述的液体储存箱和喷头之间，为喷头提供连续的喷洒液体。所述的输送管路选用柔性材料，输送管路沿着系缆3布置。
应用所述的系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统，具体的应用有如下的两种基本方法:方法A和方法B。方法A和方法B也可以组合使用。
方法A：
第一步，将移动系留平台1移动到需要的工作场所，将第一架无人旋翼飞行器连接到系缆3的远端，启动电源系统2，电源系统2通过系缆3为所述的第一架无人旋翼飞行器4G供电。
第二步，所述的无人旋翼飞行器4G工作，带动系缆3、连接在系缆3上的输送管路、分布在输送管路上的多个喷头斜向升空。
第三步，在系缆3伸出规定距离或长度后，将第二架无人旋翼飞行器4F连接到系缆上并由电源系统2供电，第一架和第二架无人旋翼飞行器协同工作，带动更多的系缆3及连接的输送管路和喷头升空。
第四步，依次可以将更多的无人旋翼飞行器连接到系缆3上，带动更多的系缆升空，并绕开障碍物7，到达作业区域。
第五步，中央控制系统5通过控制无人旋翼飞行器的高度，调节农药喷头到合适的离地高度。
第六步，安装在移动系留平台1上的连续液体喷洒系统6给农药增压，通过安装在系缆3上的输送管路供应到喷头。同时，控制移动系留平台1的移动，控制无人旋翼飞行器集群随移动系留平台1移动而同步移动并自动避障及适应地形变化，使农药喷洒可以连续扫过大范围的土地。实现植保喷药的高效作业。
方法B：
第一步，将移动系留平台1移动到需要的工作场所，将系缆展开，将所有的无人旋翼飞行器安装在系缆的合适位置上。
第二步，启动电源系统2，电源系统2通过系缆3为所有的无人旋翼飞行器4供电，中央控制系统5协同控制所有无人旋翼飞行器的工作，带动系缆升空并避开障碍物，到达作业区域。
第三步，中央控制系统5通过控制无人旋翼飞行器的高度，调节农药喷头到合适的离地高度。
第四步，安装在移动系留平台1上的连续液体喷洒系统6给农药增压，通过安装在系缆3上的输送管路供应到喷头。同时，控制移动系留平台1的移动，控制无人旋翼飞行器集群随移动系留平台1移动而同步移动并自动避障及适应地形变化，使农药喷洒可以连续扫过大范围的土地。实现植保喷药的高效作业。
除和连续液体喷洒系统配合喷洒农药外，此系留无人飞行器集群平台系统作为一种通用平台，可以搭载各种设备和系统实现不同的功用，如：
可以在整个系缆长度上安装多个拍照摄像设备和或灯光照明设备，从多角度提供长时间、不间断的监控、拍照和照明，尤其是远离系留点的旋翼飞行器上搭载的拍照摄像设备和灯光照明设备，可以利用系缆强大的避障能力和水平延伸能力，实现对水平方向上远离系留点的位置的持续监控、拍照、照明。
可以在系缆远端安装信号中继设备，实现复杂地形条件下的信号中继。
可以在整个系缆长度上安装多个传感器，并随系留平台移动而扫过大面积的土地，实现高效的对地探测。

Claims (9)

1.一种系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统包括：移动系留平台、电源系统、系缆、多个无人旋翼飞行器、中央控制系统和液体连续喷洒系统；
所述的移动系留平台上设置有电源系统、中央控制系统和液体连续喷洒系统的液体储存箱和增压泵；所述的电源系统随着移动系留平台一起移动并通过系缆将电能传递给多个无人旋翼飞行器；所述的液体连续喷洒系统包括液体储存箱、增压泵、输送管路和喷头，输送管路上设置多个喷头；所述的输送管路连接在系缆上并位于液体储存箱和喷头之间，为喷头提供连续的喷洒液体；所述的中央控制系统通过系缆或以无线的方式控制多个无人旋翼飞行器，在中央控制系统控制下，多个无人旋翼飞行器协同飞行而处于空间的不同位置。
2.根据权利要求1所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的系缆为金属材质。
3.根据权利要求1所述的一种系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的输送管路选用柔性材料，输送管路沿着系缆布置。
4.根据权利要求1或2或3所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的系缆由多个无人旋翼飞行器连接在系缆的不同位置而带动升空，协同调整所有无人旋翼飞行器在空间的位置，带动系缆在空间形成所需要的、可调节的连续三维折曲线形的、具有主动躲避障碍物适应地形能力的负载平台。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的液体连续喷洒系统通过增压泵将存储在移动系留平台上的液体增压后，流过安装在系缆上的输送管路，供给到喷头，进行连续喷洒；
或
流过安装在系缆和无人旋翼飞行器上的输送管路，供给到喷头，进行连续喷洒。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的液体连续喷洒系统，喷洒液体是连续供给的、通过安装在系缆上的输送管路供应的，
或
通过安装在系缆和多个无人旋翼飞行器上的输送管路供应的，
液体连续喷洒系统能随系留无人旋翼飞行器集群平台活动，喷头离地高度可以实时调节。
7.根据权利要求1所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的移动系留平台为地面平台或空中平台。
8.根据权利要求1所述的系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统，其特征在于：所述的系留无人旋翼飞行器集群平台是一种通用平台，在多个无人旋翼飞行器和系缆上安装摄影摄像设备，实现拍照和摄像；在多个无人旋翼飞行器和系缆上安装多个灯光照明设备，实现多角度照明；在多个无人旋翼飞行器和系缆上安装信号中继设备，实现信号中继；在多个无人旋翼飞行器和系缆上安装传感器，实现对地探测。
9.一种系留无人旋翼飞行器集群平台及液体连续喷洒系统的应用方法，其特征在于：应用方法采用方法A或方法B，或两种方法的组合；
方法A：
第一步，将移动系留平台移动到需要的工作场所，将第一架无人旋翼飞行器连接到系缆的远端，启动电源系统，电源系统通过系缆为所述的第一架无人旋翼飞行器供电；
第二步，所述的第一架无人旋翼飞行器工作，带动系缆、连接在系缆上的输送管路和分布在输送管路上的多个喷头斜向升空；
第三步，在系缆延伸到规定长度后，将第二架无人旋翼飞行器连接到系缆上并由电源系统供电，第一架和第二架无人旋翼飞行器协同工作，带动更多的系缆及连接的输送管路和喷头升空；
第四步，依次将更多的无人旋翼飞行器连接到系缆上，带动更多的系缆升空，并绕开障碍物，到达作业区域；
第五步，中央控制系统通过控制无人旋翼飞行器的高度，调节喷头到指定的离地高度；
第六步，安装在移动系留平台上的连续液体喷洒系统给农药增压，通过安装在系缆上的输送管路供应到喷头；同时，控制移动系留平台的移动，控制无人旋翼飞行器集群随移动系留平台移动而同步移动并自动避障，使农药喷洒连续扫过土地；实现植保喷药作业；
方法B：
第一步，将移动系留平台移动到需要的工作场所，将系缆展开，将所有的无人旋翼飞行器安装在系缆的设定位置上；
第二步，启动电源系统，电源系统通过系缆为所有的无人旋翼飞行器供电，中央控制系统协同控制所有无人旋翼飞行器的工作，带动系缆升空并避开障碍物，到达作业区域；
第三步，中央控制系统通过控制无人旋翼飞行器的高度，调节农药喷头到指定的离地高度；
第四步，安装在移动系留平台上的连续液体喷洒系统给农药增压，通过安装在系缆上的输送管路供应到喷头；同时，控制移动系留平台的移动，控制无人旋翼飞行器集群随移动系留平台移动而同步移动并自动避障及适应地形变化，使农药喷洒连续扫过土地，实现植保喷药作业。
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