CN105857612A - 一种旋翼农用植保无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋翼农用植保无人机，主要解决了现有技术中无人机实现不便、应用范围窄等问题。该旋翼农用植保无人机，其特征在于，包括：机架、旋翼机构、喷洒系统、药箱、机载控制系统；所述药箱设置在所述机架的内部，其上设置有药液的进口和出口；所述机载控制系统集成在所述机架上；所述喷洒系统包括支臂、喷头、导管，所述支臂一端安装在所述机架上、另一端向外延展，所述喷头安装在所述支臂上，所述导管一端与所述喷头连接、另一端与所述药箱上的出口连接。本发明具有结构简单、质量轻、实现方便、操作灵活、不受地形限制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体的说，是涉及一种旋翼农用植保无人机。
背景技术
为农作物打药的传统方法是人工打药，然而，人工打药，不仅效率低、不适合大面积作业，而且对操作人员的身体伤害非常大，据统计我国每年约有20万人因打农药中毒，数千人死亡。为了克服人工打药的缺陷，农用低空无人施药机应运而生，农用低空无人施药机具有操作简单、喷洒均匀、用药量少、效率高、容易操作、便于信息化管理等特点，自2006年国家开始发展无人机航空植保施药装备与技术开始，目前出现了以多旋翼、单旋翼飞行器为飞行平台的航空植保机，但在这一领域目前存在这诸多问题，例如：结构复杂、载药量小、操作不灵活、作业时间短、覆盖范围窄等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单、实现方便、性能稳定可靠的旋翼农用植保无人机。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种旋翼农用植保无人机，包括：机架、旋翼机构、喷洒系统、药箱、机载控制系统；所述药箱设置在所述机架的内部，其上设置有药液的进口和出口；所述机载控制系统集成在所述机架上；所述喷洒系统包括支臂、喷头、导管，所述支臂一端安装在所述机架上、另一端向外延展，所述喷头安装在所述支臂上，所述导管一端与所述喷头连接、另一端与所述药箱上的出口连接。
进一步的，所述机载控制系统包括微控制器、微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块；所述微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块均与所述微控制器通信。
进一步的，所述药箱包括药箱主体和蜂窝结构件；所述药箱主体的截面呈倒置的倒角圆锥形，所述蜂窝结构件设置在所述药箱主体的内部、其上具有若干供液体存储的通腔。
进一步的，所述喷头包括喷头主体、快接嘴、过滤网、密封垫、快拆帽和喷嘴；所述快接嘴设置于喷头主体内部的上部，所述过滤网设置于所述喷头主体内部靠近所述喷嘴的一端，所述过滤网下方设置所述密封垫，所述快拆帽安装在所述喷头主体下端，所述喷嘴安装在所述快拆帽上。
进一步的，所述喷头还包括防隔膜和防滴帽；所述喷头主体一侧具有接口，所述防滴帽通过所述接口安装在所述喷头主体的一侧，在所述防滴帽与所述接口之间还设置有防隔膜。
进一步的，在所述机架的上端设置有面板，所述机载控制系统集成在所述面板上，在所述面板上设置有机罩头盖。
进一步的，所述旋翼机构包括机臂、桨叶和电机，所述机臂一端安装在所述机架上，所述电机设置在所述机臂上，所述桨叶在所述电机的带动下旋转；所述电机受所述微控制器控制。
进一步的，还包括保护所述导管的护管套。
进一步的，所述喷洒系统还包括为药液输出提供动力的水泵。
进一步的，在所述水泵的出口处设置有一具有了两个输出口的气动接头，同时，在该气动接头的两个输出口上还分别设置有具有两个输出口的辅助气动接头。
进一步的，所述支臂位于所述机臂的下方，且二者展开后相互平行。
进一步的，所述电机为无刷电机。
进一步的，在所述支臂上安装有辅助电机和辅助桨叶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明结构简单、成本低、实现方便，且可完成低空飞行作业。
（2）本发明整机质量轻、转向起降灵活，可空中悬停，且喷洒速度快，防治效率高。
（3）本发明集成有记载控制系统，智能化程度高，可以自动规划航线，自主按航线飞行并可自主接力，即断药补药后，从断药点开始续喷，从而减少了人工漏喷、重喷的现象。
（4）本发明带GPS模块和高精度姿态传感器，可实现自动增稳，漂移校正，自动巡航等。
（5）本发明不受地形限制，无需起降跑道。飞行中机动灵活，而且折旧率较低，易保养，这在很大程度上降低了资源成本。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明中药箱的局部示意图。
图5为本发明中喷头的爆炸示意图。
其中，附图标记所对应的名称如下：1-桨叶，2-电机，3-机臂，4-机罩头盖，5-面板，6-喷头，7-支臂，8-导管，9-水泵，10-机架，11-药箱，61-喷头主体，62-快接嘴，63-防隔膜，64-防滴帽，65-过滤网，66-密封垫，67-快拆帽，68-喷嘴，111-蜂窝结构件，112-通气孔，113-药箱盖，114-药箱主体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供了一种旋翼农用植保无人机，该无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。在机身下面安装植保专用药箱、喷杆和喷头，遥控器上设置水泵电子打火开关通道，利用遥控器上面档位开关对喷洒系统进行控制，其主要解决的技术问题是现有无人机结构复杂、续航时间短、载药量小、操作不灵活等。
具体的说，上述旋翼农用植保无人机主要包括两大部分：机械结构部分和控制系统部分。其中，机械结构部分又包括机架、旋翼机构、喷洒系统、药箱。机架为整个无人机的承载机构，机架为框架型结构，其材质及形状不作特别限定，优选的，机架采用7075航空铝材制造，其具有高强度、质量轻等优点。
药箱设置在机架的框架内，采用固定件进行固定。药箱上设置有药液的进口和出口，进口位置处设置有相应的盖子，出口位置处与喷洒系统匹配，同时，也可设置相应的盖子，即药箱盖；药箱上端还设有通气孔，以便于药液。本实施例中，喷洒系统包括支臂、喷头、导管，所述支臂一端安装在所述机架上、另一端向外延展，所述喷头安装在所述支臂上，所述导管一端与所述喷头连接、另一端与所述药箱上的出口连接。在本实施例中，药箱通过管道、水泵（提供输药动力）、气动接头与喷头联接，喷头在机身两侧各两个，总共四个喷头。喷头位于药箱底部垂直水平方向，支臂固定在机架上，喷头固定在支臂上，喷头与喷头（相邻喷头）之间距离为标准的50cm，总杆长一米五，单个喷头角度在110°，喷幅可达到4-6米。导管可设置在支臂上，也可设置在支臂的内部。水泵通过用遥控开关通电后抽取药箱中的液体通过管路供给至喷头，在水泵的出口用一个一分二的10mm气动接头分开，再用两个一分二10mmx6mmx6mm的气动接头直接分给喷头，整个喷洒系统设计简单实用，既能满足各个喷头之间的用药均匀，也能满足各个喷头之间的压力同等，从而实现对农作物进行植保作业，大大提高了农药利用率。应当说明的是，上述尺寸、位置设计只是一种优选方案，本领域技术人员在本申请所公开的内容的基础上，还可以作出很多变形，这些变形也应当落入本申请的保护范围。
本实施例中，旋翼机构包括机臂、桨叶和电机，所述机臂一端安装在所述机架上，所述电机设置在所述机臂上，所述桨叶在所述电机的带动下旋转。其中，电机采用高效无刷电机作为动力，机身振动小，可以搭载精密仪器，喷洒农药等更加精准。
本实施例中，机械结构部分采用的紧固单元全部使用12.9级高强度不锈钢螺丝螺母，更能适应强度复杂的使用环境。辅助零件采用炭纤维材料制成。本实施例通过调整内部支撑结构，有效降低了无人机的整体高度，使得无人机整体显得较扁平，这一设计大大节省了在飞机上对内部空间的需求，特别在新型飞机的设计中，机体内部的空间非常宝贵，而这一改进设计正好满足了新型农林植保型飞行器的设计需求，扩大了无人机的使用范围，与固定翼飞机相比，本发明无需特定起飞场地进行垂直起降，可实时定点定高悬停，更有利于获得更长的滞空时间用于有效作业。本实施例中，喷洒装置有自稳定功能，确保喷洒始终垂直地面。
本实施例在机架的上端设置有面板，优选的，面板采用炭纤维制成。机载控制系统则集成在面板上，因机载控制系统多涉及电气部件，故在此基础上，本实施例在面板上设置有一机罩头盖，机罩头盖具有抗冲击、防水等功能，由此对机载控制系统起到良好的保护作用。
本实施例中，机载控制系统包括微控制器、微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块；所述微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块均与所述微控制器通信。
本实施例所提供的无人机可实现半自主起降，切换到姿态模式或GPS姿态模式下，只需简单得操纵油门杆量即可轻松操作直升机平稳起降。
此外，本实施例所提供的无人机还具备以下功能：
（1）失控保护 ,直升机在失去遥控信号的时候能够在原地自动悬停，等待信号的恢复。
（2）机身姿态自动平衡，摇杆对应机身姿态，最大姿态倾斜45˚，适合于灵巧的大机动飞行动作。
（3）GPS姿态模式，精确定位和高度锁定，即使在大风天气，悬停的精度也不会受到影响。
实施例2
如图4所示，本实施例在实施例1的基础上，对药箱进行了改进，传统的药箱为方形药箱，其存在缺陷如下：随着药箱内液体越喷越少，液位逐渐下降，导致晃动很大，影响飞机的正常平稳的飞行工作。针对上述缺陷，本实施例设计了一种可防震荡的药箱，其具体结构如下：药箱包括药箱主体和蜂窝结构件，其中，药箱主体的截面呈倒置的倒角圆锥形，倒角圆锥形是指在圆锥形的锥部倒角，由此构成平滑或带有弧度的面，以此作为药箱的底面。蜂窝结构件是指，呈蜂窝状的结构件，蜂窝状的结构件上具有若干通腔，其中，通腔是指贯通结构件的空腔，相邻通腔之间具有阻隔壁，通腔可以为存储液体（农药）提供空间。通过上述设置，液体的晃动始终被蜂窝结构件限制，因此，在飞行过程中，无论液位如何下降，内部的液体都不会有大的晃动，从而使飞行更加平稳顺畅，提高了飞机的稳定性和安全系数。蜂窝结构件以能贴合药箱内部腔体设置为最佳，根据不同的需求、考虑，蜂窝结构件与药箱内部腔体的贴合度也可以做调整。
实施例3
如图5所示，本实施例是在实施例1或实施例2的基础上，对喷头进行了进一步改进，具体的说，本实施例中，喷头包括喷头主体、快接嘴、防隔膜、防滴帽、过滤网、密封垫、快拆帽和喷嘴。喷头是防滴功能的硬管和软管全部兼容的内走水喷头，喷头主体采用高强度尼龙，喷嘴采用铜制成，强度和韧性更好，同时可配备50目或80目高质量不锈钢过滤网，不易堵、雾粒细、雾化均匀，大大提高农药的利用率。此外，更换或清洗喷嘴、过滤网时非常方便，只需将快拆帽拧动1/4圈即可；喷嘴还可以任意调整喷洒角度。喷头主体由高强度尼龙与铜组成，制作精良，经久耐用。本实施例所提供的喷头不仅经久耐用不变形，而且喷嘴的制作工艺比传统塑料喷头可以做的更加精细，雾化效果更好。
上述各部件的连接关系如下：快接嘴设置于喷头主体内部的上部，过滤网设置于喷头主体内部靠近喷嘴的一端，过滤网下方设置密封垫，快拆帽安装在喷头主体下端，喷嘴安装在快拆帽上；喷头主体一侧具有接口，防滴帽通过接口安装在喷头主体的一侧，在防滴帽与接口之间还设置有防隔膜。
本实施例所提供的喷头与传统喷头的对比如下（表中以农飞喷头代表本实施例所提供的喷头）：
表1 公司产品与传统产品的性能对比
| 项目 | 农飞喷头 | 传统喷头 |
| 水泵压力 | 1MPA | 1MPA |
| 水泵功率 | 45W | 45W |
| 电流 | 3.5A | 3.5A |
| 水箱 | 5L | 5L |
| 流量 | 0.8-1.2L/MIN | 2L/MIN |
| 实际喷洒农药时间 | 8分钟 | 5分钟 |
实验证明，农飞喷头是传统喷头雾化效果的2.5倍。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种旋翼农用植保无人机，其特征在于，包括：机架、旋翼机构、喷洒系统、药箱、机载控制系统；所述药箱设置在所述机架的内部，其上设置有药液的进口和出口；所述机载控制系统集成在所述机架上；所述喷洒系统包括支臂、喷头、导管，所述支臂一端安装在所述机架上、另一端可向外延展，所述喷头安装在所述支臂上，所述导管一端与所述喷头连接、另一端与所述药箱上的出口连接。
2.根据权利要求1所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述机载控制系统包括微控制器、微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块；所述微型陀螺仪、加速度传感器、大气气压传感器、电机转子转速测量单元、高精度姿态传感器和GPS模块均与所述微控制器通信。
3.根据权利要求2所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，在所述机架的上端设置有面板，所述机载控制系统集成在所述面板上，在所述面板上设置有机罩头盖。
4.根据权利要求3所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述旋翼机构包括机臂、桨叶、电调和电机，所述机臂一端安装在所述机架上，所述电机设置在所述机臂上，所述桨叶在所述电机的带动下旋转；所述电机受所述微控制器控制。
5.根据权利要求1所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述药箱包括药箱主体和蜂窝结构件；所述药箱主体的截面呈倒置的倒角圆锥形，所述蜂窝结构件设置在所述药箱主体的内部、其上具有若干供液体存储的通腔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述喷洒系统还包括为药液输出提供动力的水泵。
7.根据权利要求6所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，在所述水泵的出口处设置有一具有了两个输出口的气动接头，同时，在该气动接头的两个输出口上还分别设置有具有两个输出口的辅助气动接头。
8.根据权利要求1所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述喷头包括喷头主体、快接嘴、过滤网、密封垫、快拆帽和喷嘴；所述快接嘴设置于喷头主体内部的上部，所述过滤网设置于所述喷头主体内部靠近所述喷嘴的一端，所述过滤网下方设置所述密封垫，所述快拆帽安装在所述喷头主体下端，所述喷嘴安装在所述快拆帽上。
9.根据权利要求8所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，所述喷头还包括防隔膜和防滴帽；所述喷头主体一侧具有接口，所述防滴帽通过所述接口安装在所述喷头主体的一侧，在所述防滴帽与所述接口之间还设置有防隔膜。
10.根据权利要求1所述的旋翼农用植保无人机，其特征在于，在所述支臂上安装有辅助电机和辅助桨叶。
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