CN106882380A - 空地一体农林用植保系统装置及使用方法 - Google Patents

空地一体农林用植保系统装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空地一体农林用植保系统装置及使用方法，它包括地面车辆和设置在地面车辆上的供电设备、液力泵、液体罐和输液软管，输液软管上设有无人机和喷头，喷头上设有电子障碍探测器，电子障碍探测器连接有中央控制器，中央控制器与无人机和电子信号定位器相连。通过地面车辆上的电力设备、液力泵和液体罐为喷洒作业提供支持，无人机悬吊输液软管进行喷洒作业；中央控制器接收电子信号定位器信号来控制无人机与地面车辆同步，中央控制器通过接收电子障碍探测器的信号来控制无人机自动克服障碍物。本发明具有能够实时调节喷洒的宽度和高度、提高喷洒效率、能够自动越过障碍物以及操作简单的特点。

Description

空地一体农林用植保系统装置及使用方法
技术领域
本发明涉及一种植保装置，特别是一种空地一体农林用植保系统装置及使用方法。
背景技术
目前，世界上所使用的各类农林用植保手段主要有地面作业和空中作业两种方式。空中农林植保作业包括有人驾驶飞行器作业、无人驾驶飞行器作业以及空地组合式作业。空地组合式喷洒作业主要是指通过地面牵引车带动无人机进行移动，无人机喷洒农药进行植保作业，这种方式操作较为复杂，需要根据喷洒地的地面情况实时控制无人机；同时这种方式的喷洒半径较短，更无法根据所需喷洒的区域规划喷洒路径，其喷洒精度和喷洒效率均有待提高。而且这种方式的无人机在遇有障碍时不能自主调整越过障碍，不能根据植物高低起伏适应性调节相对高度，从而满足理想的喷洒高度间隔，也不能满足高杆植物、大冠头植物的立体喷洒需要，更无法根据不同植物的不同需要，进行多种不同液体的同时喷洒。因此，现有的技术存在着无法实时调节喷洒宽度和高度、喷洒效率低、无法自动越过障碍物以及操作复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种空地一体农林用植保系统装置及使用方法。它具有能够实时调节喷洒的宽度和高度、提高喷洒效率、能够自动越过障碍物以及操作简单的特点。
本发明的技术方案：空地一体农林用植保系统装置，包括地面车辆，地面车辆上设有供电设备，供电设备连接有液力泵，液力泵一端连接有液体罐，液力泵另一端连接有输液软管，输液软管上沿着管子均匀布置有一组与供电设备相连的无人机，输液软管下方沿着管子均匀设有一组喷头，喷头上设有电子障碍探测器，电子障碍探测器连接有位于地面车辆上的中央控制器，中央控制器与无人机相连；所述地面车辆上设有与中央控制器相连的电子信号定位器。
前述的空地一体农林用植保系统装置中，所述无人机底部设有植物扫描仪和红外高度探测器，植物扫描仪和红外高度探测器与中央控制器相连。
前述的空地一体农林用植保系统装置中，所述输液软管下方设有垂直喷洒管，垂直喷洒管两侧设有第二喷头，第二喷头上设有探距仪，探距仪与中央控制器相连。
前述的空地一体农林用植保系统装置中，所述输液软管上设有连接杆，连接杆与无人机相连；所述连接杆包括两根铰接的连接分杆；所述供电设备为发电机或者车载储电设备。
前述的空地一体农林用植保系统装置中，所述喷头内设有电磁阀，电磁阀与中央控制器相连；所述地面车辆上还设有与输液软管相连的增压泵，增压泵也与中央控制器相连。
前述的空地一体农林用植保系统装置中，所述液体罐包括两个以上经阀管相连的分体罐，每个分体罐分别与独立的液力泵相连；所述中央控制器与液力泵相连。
空地一体农林用植保系统装置的使用方法，通过地面车辆上的电力设备、液力泵和液体罐为喷洒作业提供电力和原料的支持，通过无人机悬吊起输液软管进行喷洒作业；中央控制器接收电子信号定位器的速度信号来控制无人机与地面车辆保持同步前行，中央控制器还通过接收输液软管喷头上设置的电子障碍探测器的信号来控制无人机自动克服障碍物。
前述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法中，所述中央控制器能够控制无人机将输液软管垂直提起，使喷头喷口成水平喷洒状进行立体植保作业。
前述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法中，通过在输液软管下方加装垂直喷洒管，从而形成水平喷洒和垂直喷洒的立体喷洒组合体，能够对植物进行立体的喷洒作业。
前述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法中，所述电子障碍探测器沿水平方向探测前方障碍物；在越过障碍物的过程中，电子障碍探测器将检测到的障碍物信号传输给中央控制器，中央控制器控制相应位置的无人机上升，以此带动输液软管和喷头越过障碍物；当无人机上升到设定的高度后，电子障碍探测器仍能检测到障碍物的信号，中央控制器控制相对应区域的无人机带动输液软管做水平向前、水平向后或者向上运动，避开障碍物；当避开障碍物后，中央控制器控制无人机按原路径展回，恢复同步行进喷洒状态。
与现有技术相比，本发明通过在地面车辆上设置供电设备、液力泵和液体罐，无人机悬吊输液软管与车辆同步前行，地面车辆只需在田间机耕道上行走，可以免除车辆下地对农作物的碾压损失，通过在地面车辆两侧设置与液力泵相连的输液软管进行喷洒作业，喷幅宽度根据需要通过调节液力泵的压力大小和输液软管的长度进行调整，从而满足小型、中型、大型、特大型农林植保的需要，扩大了喷洒的范围，提高了喷洒效率，最大限度的节约了农林植保作业成本。通过中央控制器来接收电子信号定位器的信号，使得无人机能够与地面车辆同步前行，通过中央控制器与电子障碍探测器的配合，使得无人机能够带动输液软管自动越过障碍物，从而实现根据不同地形调整喷头的高度一次性完成不同地形农林所需的植保作业的目的，提高喷洒效率；同时通过喷头上设置的电子障碍探测器，无人机控制器能够根据植物的高低起伏，调整无人机的飞行高度而改变喷头的喷洒高度，达到最佳喷洒效果。综上所述，本发明具有能够实时调节喷洒的宽度和高度、提高喷洒效率、能够自动越过障碍物以及操作简单的特点。
另外，通过在无人机底部设置植物扫描仪和红外高度探测器，可以使得无人机能够根据农作物的实际情况找到最适宜的喷洒高度以及能够使得喷头的输出压力达到最佳值。
通过在输液软管下方设置垂直喷洒管，使得输液软管可以根据植物的形状，设置成多种喷洒喷洒管型满足立体喷洒的需要。通过在第二喷头上设置探距仪，可以使得垂直喷洒管与需喷洒植物保持在恒定的距离，保证喷洒效果。
通过在喷头内设置电磁阀，中央控制器根据植物扫描仪的数据来判断喷洒区域是否有植物，从而控制电磁阀的开闭，形成最适宜的喷洒区域，最大限度的节省成本；同时中央控制器根据电子障碍探测器的信号来控制增压泵和电磁阀的开闭，通过喷头输出较高的液体冲击力，以此获得反弹力，从而为无人机上升提供辅助动力，使得无人机能够更有效快速的避开障碍物。
液体罐由二个以上分体罐，并以阀管相连，需要分别喷洒不同液体时，关闭阀门，形成单个液体罐，不需要分设时，打开阀门，只为单一液体罐，满足不同植物对喷洒物不同的需要，也可以二个以上液体罐交替作业，有液体的罐进行喷洒作业，而空罐则在行进过程中灌装液体作业，真正做到不间断作业。也可以根据需要进行作业条件的不同，采用双边对称或不对称喷洒作业，也可以单边喷洒作业，还可以立体单边、双边对称或不对称喷洒作业。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明躲避障碍物时的示意图；
图3是本发明喷洒较高的垂直型植物时的示意图；
图4是本发明立体喷洒的示意图；
图5是本发明的控制图。
附图中的标记说明：1-地面车辆，2-供电设备，3-液力泵，4-液体罐，5-输液软管，6-无人机，7-喷头，8-电子障碍探测器，9-中央控制器，10-电子信号定位器，11-植物扫描仪，12-红外高度探测器，13-垂直喷洒管，14-第二喷头，15-探距仪，16-连接杆，17-电磁阀，18-增压泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。
实施例。空地一体农林用植保系统装置，构成如图1至图5所示，包括地面车辆1，地面车辆1上设有供电设备2，供电设备2连接有液力泵3，液力泵3一端连接有液体罐4，液力泵3另一端连接有输液软管5，输液软管5上沿着管子均匀布置有一组与供电设备2相连的无人机6，输液软管5下方沿着管子均匀设有一组喷头7，喷头7上设有电子障碍探测器8，电子障碍探测器8连接有位于地面车辆1上的中央控制器9，中央控制器9与无人机6相连；所述地面车辆1上设有与中央控制器9相连的电子信号定位器10。
还可以通过在无人机6上设置同步电子信号接收器接收电子信号定位器10的速度信号，同步电子信号接收器将信号传输给中央机控制器9，中央控制器9控制无人机6与地面车辆1同步前行，达到一边行走、一边连续不间断喷洒作业效果。
所述无人机6底部设有植物扫描仪11和红外高度探测器12，植物扫描仪11和红外高度探测器12与中央控制器9相连。
所述输液软管5下方设有垂直喷洒管13，垂直喷洒管13两侧设有第二喷头14，第二喷头14上设有探距仪15，探距仪15与中央控制器9相连。
所述输液软管5上设有连接杆16，连接杆16与无人机6相连；所述连接杆16包括两根铰接的连接分杆；所述供电设备2为发电机或者车载储电设备。
所述喷头7内设有电磁阀17，电磁阀17与中央控制器9相连；所述地面车辆1上还设有与输液软管5相连的增压泵18，增压泵18也与中央控制器9相连。
所述液体罐4包括两个以上经阀管相连的分体罐，每个分体罐分别与独立的液力泵3相连；所述中央控制器9与液力泵3相连。
空地一体农林用植保系统装置的使用方法，通过地面车辆上的电力设备、液力泵和液体罐为喷洒作业提供电力和原料的支持，通过无人机悬吊起输液软管进行喷洒作业；中央控制器接收电子信号定位器的速度信号来控制无人机与地面车辆保持同步前行，中央控制器还通过接收输液软管喷头上设置的电子障碍探测器的信号来控制无人机自动克服障碍物。所述中央控制器能够控制无人机将输液软管垂直提起，使喷头喷口成水平喷洒状进行立体植保作业。通过在输液软管下方加装垂直喷洒管，形成水平喷洒和垂直喷洒的立体喷洒组合体，能够对植物进行立体的喷洒作业。所述电子障碍探测器沿水平方向探测前方障碍物；在越过障碍物的过程中，电子障碍探测器将检测到的障碍物信号传输给中央控制器，中央控制器控制相应位置的无人机上升，以此带动输液软管和喷头越过障碍物；当无人机上升到设定的高度后，电子障碍探测器仍能检测到障碍物的信号，中央控制器控制相对应区域的无人机带动输液软管做水平向前、水平向后或者向上运动，避开障碍物；当避开障碍物后，中央控制器控制无人机按原路径展回，恢复同步行进喷洒状态。当障碍物高度超过无人机设定的飞行高度时，中央控制器控制报警蜂鸣器报警，提醒驾驶员减速或者停车。
所述无人机中设有无人机控制单元，无人机控制单元与中央控制器经电缆或者无线网络相连，无人机控制单元用于驱动无人机6飞行，无人机6包括设置在无人机四个端部的机翼，无人机控制单元通过控制机翼上的螺旋桨电机来控制无人机的飞行状态。
液体罐4内装载有农林植保所用的液体。
所述中央控制器为常用的控制器，例如PLC控制器。
电子信号定位器10在垂直面设定空间内发送定位信号，引导作业运动中无人机循信号与地面车辆同步前行。
所述两根连接分杆之间设有旋转轴，旋转轴上设有多个定位孔，连接杆内设有与定位孔相对应的弹性插销，弹性插销下部设有钢板，钢板下方设有电磁铁，且钢板和电磁铁之间设有套设在弹性插销上的复位弹簧；所述电磁铁与中央控制器相连，中央控制器连接有位于旋转轴上的旋转角度测量仪。
所述的地面车辆可以为有人驾驶、也可以实施非接触遥控，可以是专用车辆，也可以为其他车辆改装；发电设备可以是发电机，也可以是车载储电装置，或是车载与储电装置结合；无人机需用连接杆与输液软管相连，其飞行速度循电子信号定位器同步信号与地面车辆同步前行，必要时可以采用人工非接触遥控；输液软管可以根据植物的形状，设计多种喷洒管型满足立体喷洒需要；所说的喷头上置有电子障碍探测器，能根据植物的高低起伏，调整无人机的飞行高度而改变喷头的喷洒高度，达到最佳喷洒效果；所说的液力泵是将液体罐中的液体泵压到输液软管并通过喷口喷洒到需要保护的植物上，所说的液力泵可以是与液体罐匹配的多个液力泵，可以分别对应使用，也可以在超宽幅喷洒时，作为增压泵使用；所说的液体罐留有加灌液体的口盖，所说的液体罐可以为二个以上分体罐，并以阀管相连，需要分别喷洒不同液体时，关闭阀门，形成单个液体罐，不需要分设时，打开阀门，只为单一液体罐，满足不同植物对喷洒物不同的需要，也可以二个以上液体罐交替作业，有液体的罐进行喷洒作业，而空罐则在行进过程中灌装液体作业，真正做到不间断作业。
通过在无人机底部设置植物扫描仪和红外高度探测器，植物扫描仪将该区域的植物扫描成图像传输给中央控制器，中央控制器根据图像分析出该区域生长最多的植物类别，再根据红外高度探测器探测到的植物生长高度，从而确定无人机最佳的喷洒高度和喷洒压力，通过中央控制器对无人机和液力泵进行控制。
中央控制器连接有触摸控制屏，触摸控制屏上设有除草或施肥选项，当选择除草选项时，中央控制器将从植物扫描仪接收到的图片中分析出杂草的具体情况，然后进行喷洒作业；当选择施肥选项后，中央控制器将从植物扫描仪接收到的图片中分析出农作物的具体情况，然后中央控制器控制无人机的喷洒高度和控制液力泵的喷洒压力。
当喷洒路径中遇有空中线缆、线杆、高杆植物时，无人机通过连接杆悬吊输电线缆、输液软管和喷头做水平向前、水平向后、垂直向上90度运动，避开障碍物。当避开障碍物后，再原路径展回，恢复同步行进喷洒状态。
通过在喷头内设置电磁阀，中央控制器根据植物扫描仪的数据来判断喷洒区域是否有植物，从而控制电磁阀的开闭，形成最适宜的喷洒区域，最大限度的节省成本；同时中央控制器根据电子障碍探测器的信号来控制增压泵和电磁阀的开闭，通过喷头输出较高的液体冲击力，以此获得反弹力，从而为无人机上升提供辅助动力，使得无人机能够更有效快速的避开障碍物。
本发明的工作过程：根据所需喷洒保护植物需要，选择喷洒液体和喷洒方法，再根据所要植保植物形态和喷洒液体特性，设计喷洒管型和喷头；根据植物保护最佳需要和喷洒液体的特性，设计喷洒速度；根据前三个步骤设计结果，现场组装并启动空地一体农林植保系统装置喷洒作业。所说的喷洒作业中，液体罐可实施行进中保障车同步补充供给；所说的喷洒作业中，遇有不规则地块，可适时关闭超出作业区的喷头。
当需要实施农林植保作业时，空地一体农林植保系统装置由地面车辆1运送到作业现场，根据使用方法设计与计算结果，现场组装空地一体农林植保系统装置，同时加装满作业所需液体。
当设备组装并加装液体完成后，农林喷洒作业开始：发电机启动，通过输电线缆向无人机供电，无人机起飞，通过连接杆悬吊起输电线缆和输液软管；中央控制器根据植物扫描仪的数据来判断喷洒区域植物的类别和种植密度，配合红外高度探测器检测到的植物高度，来计算出适宜的喷洒高度和喷洒压力，然后中央控制器控制无人机进行相应的爬升以及控制液力泵输出相对应的压力，液力泵将液体罐内液体通过输液软管泵压到喷头处喷出，达到农林植保喷洒目的。
地面车辆1按设计速度，载着液体罐4、发电机、液力泵3和电子信号定位器10前行；无人机与地面车辆1保持同行。
参见图2，当喷洒路径中遇有障碍时，电子障碍探测器8检测到障碍时，遇障部分无人机6通过连接杆16，将输电线缆、输液软管5和喷头7悬吊升高至障碍物之上越过。
参见图3，当需要植保的植物为较高垂直型时（如水杉树、白杨树），无人机6通过连接杆16，可将输电线缆和输液软管5垂直提起，使喷口成水平喷洒状，达到立体植保效果。
参见图4，当需要植保的植物为较大头冠时（如各种果树、棉花），或是在水平喷洒为主，需要立体辅助喷洒时（如高杆的玉米、甘蔗），可以在水平喷洒状态下，加装垂直喷洒管13和第二喷头14，形成水平喷洒和立体喷洒组合体。

Claims (10)

1.空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：包括地面车辆（1），地面车辆（1）上设有供电设备（2），供电设备（2）连接有液力泵（3），液力泵（3）一端连接有液体罐（4），液力泵（3）另一端连接有输液软管（5），输液软管（5）上沿着管子均匀布置有一组与供电设备（2）相连的无人机（6），输液软管（5）下方沿着管子均匀设有一组喷头（7），喷头（7）上设有电子障碍探测器（8），电子障碍探测器（8）连接有位于地面车辆（1）上的中央控制器（9），中央控制器（9）与无人机（6）相连；所述地面车辆（1）上设有与中央控制器（9）相连的电子信号定位器（10）。
2.根据权利要求1所述的空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：所述无人机（6）底部设有植物扫描仪（11）和红外高度探测器（12），植物扫描仪（11）和红外高度探测器（12）与中央控制器（9）相连。
3.根据权利要求1所述的空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：所述输液软管（5）下方设有垂直喷洒管（13），垂直喷洒管（13）两侧设有第二喷头（14），第二喷头（14）上设有探距仪（15），探距仪（15）与中央控制器（9）相连。
4.根据权利要求1所述的空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：所述输液软管（5）上设有连接杆（16），连接杆（16）与无人机（6）相连；所述连接杆（16）包括两根铰接的连接分杆；所述供电设备（2）为发电机或者车载储电设备。
5.根据权利要求1所述的空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：所述喷头（7）内设有电磁阀（17），电磁阀（17）与中央控制器（9）相连；所述地面车辆（1）上还设有与输液软管（5）相连的增压泵（18），增压泵（18）也与中央控制器（9）相连。
6.根据权利要求1所述的空地一体农林用植保系统装置，其特征在于：所述液体罐（4）包括两个以上经阀管相连的分体罐，每个分体罐分别与独立的液力泵（3）相连；所述中央控制器（9）与液力泵（3）相连。
7.权利要求1-6中任一项权利要求所述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法，其特征在于：通过地面车辆上的电力设备、液力泵和液体罐为喷洒作业提供电力和原料的支持，通过无人机悬吊起输液软管进行喷洒作业；中央控制器接收电子信号定位器的速度信号来控制无人机与地面车辆保持同步前行，中央控制器还通过接收电子障碍探测器的信号来控制无人机自动克服障碍物。
8.根据权利要求7所述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法，其特征在于：所述中央控制器控制无人机将输液软管垂直提起，使喷头喷口成水平喷洒状进行立体植保作业。
9.根据权利要求7所述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法，其特征在于：通过在输液软管下方加装垂直喷洒管，形成水平喷洒和垂直喷洒的立体喷洒组合体，能够对植物进行立体的喷洒作业。
10.根据权利要求7所述的空地一体农林用植保系统装置的使用方法，其特征在于：所述电子障碍探测器沿水平方向探测前方障碍物；在越过障碍物的过程中，电子障碍探测器将检测到的障碍物信号传输给中央控制器，中央控制器控制相应位置的无人机上升，以此带动输液软管和喷头越过障碍物；当无人机上升到设定的高度后，电子障碍探测器仍能检测到障碍物的信号，中央控制器控制相对应区域的无人机带动输液软管做水平向前、水平向后或者向上运动，避开障碍物；当避开障碍物后，中央控制器控制无人机按原路径展回，恢复同步行进喷洒状态。
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