CN105882985B - 一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机 - Google Patents

Abstract

一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，包括机身和球型防护网罩，所述机身位于防护网罩内部，所述球型防护网罩内设有刚性的防护网罩圆环，所述机身的支架为沿直径方向设有主支撑杆的万向平台圆环，所述万向平台圆环嵌套在防护网罩圆环内部，万向平台圆环的外壁与外环的内壁紧贴在一起，可以任意角度滑动；该植保机具有万向平台和防护网罩装置，具有飞行平稳，安全系数高，耐碰撞，环境适应性强的优点。

Description

一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机。

背景技术

目前，市面上通用的植保机大多为单旋翼和多旋翼两种，多以燃油发动机为驱使动力。单旋翼植保机结构类似于直升机，当旋翼高速旋转时，产生的旋转力矩会促使植保机发生原地旋转，所以需要增加尾翼。旋转的尾翼产生的力矩用于平衡主旋翼高速旋转时产生的旋转扭矩，形成动态平衡，以控制直升机的姿态。多旋翼植保机是由若干个小旋翼分散在植保机的顶部，产生的合力提供向上的升力。多旋翼植保机操控简单，飞行平稳，但体积庞大，结构复杂，对起飞场地要求严格。

采用燃油动力驱使的植保机，能耗较高，尾气排放量大，不符合国家对节能减排产品的要求；植保机工作时，高速旋转的旋翼触及到人、牲畜时，将造成重大伤害；碰击到树木、电线等障碍物时，旋翼易折断，导致坠毁。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，包括机身和球型防护网罩，所述机身位于防护网罩内部，所述球型防护网罩内设有具有支撑作用的刚性的防护网罩圆环，所述机身的支架为沿直径方向设有主支撑杆的万向平台圆环，所述万向平台圆环嵌套在防护网罩圆环内部，所述万向平台圆环的外壁与外环的内壁紧贴在一起，可以任意角度滑动；所述万向平台圆环的上部固定有动力总成机构，动力总成机构上部通过传动轴安装有两桨叶共轴式双旋翼，在所述万向平台圆环的平面上安装有用于调整植保机飞行方向的姿态调整旋翼；所述万向平台圆环的下部固定有内置农药喷洒装置的货仓。

所述防护网罩圆环将球型防护网罩一分为二，并以防护网罩圆环为支撑，外围布设碳纤维材料构成球型防护网罩，植保机静止时，圆环稳定在垂直于地面的平面上。

所述动力总成机构包括动力电机，为动力电机供电的高能密锂电池组，所述动力电机由两个轮毂电机及四个姿态调整电机，分别为双旋翼与姿态调整旋翼提供动力。

所述双旋翼包括上旋翼及下旋翼，旋翼上表面圆拱，下表面平直，所述上、下旋翼分布在上下两个平面上，工作时旋转方向相反；所述姿态调整旋翼安装在伸出的姿态调整旋翼支撑杆顶端，位于双旋翼的下部，所述姿态调整旋翼支撑杆成“工”字形固定在万向平台圆环的主支撑杆上，在共轴上、下正反两旋翼为植保机提供升力，四个姿态调整旋翼控制植保机飞行方向，并为植保机提供了向上的升力，提高了植保机的整体负载能力，没有尾翼。

所述万向平台圆环与在防护网罩圆环嵌套在一起，可以任意角度滑动，当撞上障碍物时，机身环形平台可与外圈防护网罩以任意方向滑动，实时调整植保机重心的位置，使机身不随防护网罩旋转或倾覆，从而形成不倒翁的效果，为植保机的防撞安全性提供保障。

所述农药喷洒装置采用可拆卸设计，包括药箱，位于药箱中的压力泵，从药箱中延伸出的导管以及导管下端安装的喷嘴，在所述农药喷洒装置安装有智能农药喷洒控制系统，可以对农药的喷洒量实时控制，合理用药。

作为优选，植保机的动力总成机构中安装有可通过软件终端控制植保机的飞行控制系统、自主导航控制系统、飞行高度测量系统，可保证植保机实现精准作业。

作为优选，将所述药箱拆除以后，可更换摄像和拍照模块，对农田的病虫害及农作物的生产状况进行实时监测，从而设计出合理的农药喷洒计划。

本发明有益效果：

(1)安全防撞：该植保机具有万向平台圆环和防护网罩装置，具有飞行平稳，安全系数高，耐碰撞，环境适应性强的优点。机体在飞行过程中，当植保机与障碍物发生碰撞时，网状防护罩首先接触障碍物，可发生自由旋转，避免了螺旋桨直接接触障碍物导致严重损坏，同时起到缓冲减震的作用，为安全作业提供可靠保障；可以使植保机可以在复杂的农林环境中飞行，改善了植保机的起降条件，环境适应性强，安全性高。

(2)双旋翼共轴结构：正反旋转的旋翼设计可以消除由螺旋桨高速旋转时产生的旋转扭矩，使植保机的螺旋桨的在旋转时力矩平衡，不需要安装尾翼，减小了整机的尺寸，使整机的集成度更高。

(3)姿态调整旋翼：四个姿态调整旋翼由四个电机驱动，通过控制姿态调整旋翼的转速实现转向，简化了飞行姿态调整的难度。同时姿态调整旋翼的高速旋转，为植保机提供了向上的升力，提高了植保机的整体负载能力。

(4)智能喷洒：农药喷洒采用了智能喷洒控制系统，可以对农药的喷洒量实时控制，合理用药；通过对药箱农药剩余量的监测，实时反馈给飞行控制系统，通过控制器来调整植保机的飞行高度，使农药的喷洒均匀，保证高效精准的喷洒作业。

(5)实时监控：本款植保机安装有摄像设备和实时图像传输装置，用于农药的喷洒、施肥、农作物生长和虫害情况监测，可以根据土壤、水分和作物长势情况，定点补施化肥、农药、浇水，保证高产稳产。

(6)节能环保：本款植保机采用由轮毂电机驱动上下共轴双旋翼提供动力，动力能源采用锂电池供电。没有尾气排放，节能环保，降低了使用成本。

(7)智能控制：下载安装至手机、电脑等移动终端，用户操作植保机时只需要拿出电脑，打开软件终端，即可实现对植保机的飞行控制操作。

附图说明

图1：植保机结构示意图；

其中，1 防护网罩，2 防护网罩圆环，3 主支撑杆，4 万向平台圆环，5 动力总成机构，6 传动轴，7 上旋翼，8 下旋翼，9 姿态调整旋翼，10 货仓，11 姿态调整旋翼支撑杆。

具体实施方式

为了克服上述问题，本发明提供一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，包括机身和球型防护网罩1，所述机身位于防护网罩1内部，所述球型防护网罩1内设有具有支撑作用的刚性的防护网罩圆环2，所述机身的支架为沿直径方向设有主支撑杆3的环形万向平台圆环4，所述万向平台圆环4嵌套在防护网罩圆环2内部，所述万向平台圆环4的外壁与防护网罩圆环2的内壁紧贴在一起，可以任意角度滑动；植保机的球心处、主支撑杆3上固定有动力总成机构5，动力总成机构5上部通过传动轴6安装有两桨叶共轴式双旋翼，在所述环形万向平台圆环的平面上安装有用于调整植保机飞行方向的姿态调整旋翼9，所述万向平台圆环4的下部安装有货仓10，所述货仓位于动力总成机构5的正下方，内置农药喷洒装置。

所述防护网罩圆环2将球型防护网罩一分为二，并以防护网罩圆环2为支撑，外围布设碳纤维材料构成球型防护网罩1，植保机静止时，圆环稳定在垂直于地面的平面上。

所述动力总成机构5包括动力电机，为动力电机供电的高能密锂电池组，所述动力电机由两个轮毂电机及四个姿态调整电机，分别为双旋翼与姿态调整旋翼提供动力(图中未显示)。

所述双旋翼包括上旋翼7与下旋翼8，旋翼上表面圆拱，下表面平直，分布在上下两个平面上，工作时旋转方向相反。所述四个姿态调整旋翼9安装在伸出的姿态调整旋翼支撑杆11的顶端，位于双旋翼的下部，所述两根姿态调整旋翼支撑杆11成“工”字形固定在万向平台圆环的主支撑杆3上，共轴的上、下两旋翼7、8为植保机提供升力，四个姿态调整旋翼9围绕主支撑杆成中心对称分布，位于双旋翼的下方，每个旋翼均有一个姿态调整电机驱动，控制植保机飞行的方向，并为植保机提供了向上的升力，提高了植保机的整体负载能力。

所述万向平台圆环4与在防护网罩圆环2嵌套在一起，可以任意角度滑动，当撞上障碍物时，机身环形万向平台圆环4可与防护网罩圆环2以任意方向滑动，实时调整植保机重心的位置，使机身不随防护网罩旋转或倾覆，从而形成不倒翁的效果，为植保机的防撞安全性提供保障。

所述农药喷洒装置采用可拆卸设计，包括药箱，位于药箱中的压力泵，从药箱中延伸出的导管以及导管下端安装的喷嘴，在所述农药喷洒装置中安装有智能农药喷洒控制系统，可以对农药的喷洒量实时控制，合理用药(图中未显示)。

植保机的动力总成机构中还安装有可通过软件终端控制植保机的飞行控制系统、自主导航控制系统、飞行高度测量系统，可保证植保机实现精准作业。

当喷洒农药时，由压力泵为药箱加压，使农药沿着管道流向喷嘴，从喷嘴中喷出。药液的减少将导致植保机的自重降低，智能喷药系统将农药余量信息反馈给飞行控制系统，由飞行控制系统实时调整植保机的旋翼转速，保持植保机与农作物距离保持一致，保证喷洒效果。

当农药喷洒季节结束后，把农药的药箱拆除以后换上摄像和拍照模块，可以对农田的病虫害及农作物的生产状况进行实时监测，从而设计出合理的农药喷洒计划。

本发明的工作原理：植保机整体外观结构采用球形设计，植保机整体飞行动力由由共轴上、下两个旋翼和四个小旋翼提供；上旋翼由一个轮毂电机驱动顺时针高速旋转，下旋翼由另一个轮毂电机驱动逆时针高速旋转，上下两旋翼旋转时产生的旋转扭矩方向相反，大小相等，在垂直于旋转轴的平面上，转矩达到一个动态平衡，旋翼旋转时，气流经过旋翼圆拱的上表面时，其流速加快气压变小；气流经过旋翼平直的下表面时，其流速较慢气压较大。上下表面之间形成了一个压力差，便产生了向上的升力。转速越快，升力越大，在植保机飞行的过程中，双旋翼产生的升力方向与旋翼平面垂直，通过改变双旋翼的转速来改变升力的大小。

动力能源由高能密锂电池组提供，为电机、姿态调整电机、喷洒系统提供动力。

万向平台圆环可相对防护网罩以任意方向转动。植保机的防护罩采用了高强度，质量轻的碳纤维材料制成，当植保机触及地面或者是空中障碍物时，植保机能通过万向平台圆环进行调整，使防护网罩发生旋转，保持植保机的飞行姿态不发生改变，继续稳定的飞行，大大增强了安全性。

自主导航控制系统：植保机采用机载GPS定位系统，GPS导航控制技术，使用差分GPS精确定位植保机的位置信息，从而制定合理的航迹规划，使植保机能按照设定的路线自动喷洒，实现精准作业。

飞行高度测量系统：使植保机具有仿地飞行功能，不受地形起伏或农作物高低的影响。植保机上安装超声波测距传感器，实时监测植保机与植物顶部的距离，可根据地形或农作物的高低，调整飞行高度，始终保持作业时与农作物之间相对高度恒定。

飞行控制系统：通过飞行速度表可以调节植保机的飞行速度，当植保机到达喷洒田地边缘时，按下喷洒开关，增压泵开始工作，农药喷洒开始；当按下巡航开关时，植保机能按照规划好的路径进行巡航喷洒作业；当电量不足或农药余量不足时，飞行控制系统结束自主巡航喷洒，给操作员提示信号，同时记录位置信息；由操作员控制植保机飞回供应站更换电池或者添加农药，更换完毕后，按下巡航开关，通过机载GPS定位系统，植保机将自动飞回上次停止位置，重新进行巡航喷洒。

Claims (6)

1.一种双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，包括机身和球型防护网罩，其特征在于：所述机身位于防护网罩内部，所述球型防护网罩内设有刚性的防护网罩圆环，所述机身的支架为沿直径方向设有主支撑杆的万向平台圆环，所述万向平台圆环嵌套在防护网罩圆环内部，万向平台圆环的外壁与外环的内壁紧贴在一起，可以任意角度滑动；所述万向平台圆环的上部固定有动力总成机构，动力总成机构上部通过传动轴安装有两桨叶共轴式双旋翼，在所述万向平台圆环的平面上安装有用于调整植保机飞行方向的姿态调整旋翼；所述万向平台圆环的下部固定有内置农药喷洒装置的货仓；

所述共轴式双旋翼包括上旋翼与下旋翼，旋翼上表面圆拱，下表面平直，所述上、下旋翼分布在上下两个平面上，采用不同电机驱动，工作时旋转方向相反；

所述防护网罩圆环将球型防护网罩一分为二，并以防护网罩圆环为支撑，外围布设碳纤维材料构成球型防护网罩，植保机静止时，圆环稳定在垂直于地面的平面上。

2.根据权利要求1所述的双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，其特征在于：所述姿态调整旋翼位于双旋翼的四周，由不同电机驱动，在调整植保机飞行方向的同时，可为植保机提供了向上的升力，提高了植保机的整体负载能力。

3.根据权利要求1所述的双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，其特征在于：植保机的动力总成机构中安装有可通过软件终端控制植保机的飞行控制系统、自主导航控制系统、飞行高度测量系统可保证植保机实现精准作业。

4.根据权利要求1所述的双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，其特征在于：所述农药喷洒装置包括药箱，位于药箱中的压力泵，从药箱中延伸出的导管以及导管下端安装的喷嘴。

5.根据权利要求1或4所述的双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，其特征在于：所述农药喷洒装置中安装有智能喷药系统，可以对农药的喷洒量实时控制，合理用药。

6.根据权利要求1所述的双旋翼共轴式安全防撞电动无人植保机，其特征在于：将所述农药喷洒装置拆除以后，可更换摄像和拍照模块，从而对农田的病虫害及农作物的生产状况进行实时监测，设计出合理的农药喷洒计划。