CN107140193B - 一种陆空一体式作业系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种陆空一体式作业系统及控制方法，包括地面子系统、输送管道和空中作业子系统，所述空中作业子系统包括至少一个主控飞行单元和至少一个从动飞行单元，它们分别通过单元扩展连接器左右连通在一起，地面子系统包括作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块、自动收放控制模块和牵引装置，作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块和自动收放控制模块分别安装在牵引装置上，主控飞行单元通过输送管道与物料供给控制模块连通，且输送管道缠绕在自动收放控制模块上。所述空中作业子系统由主控飞行单元和从动飞行单元连通组成，可方便地通过单元扩展连接器对从动飞行单元或主控飞行单元进行拆卸或扩展，实现对作业轨迹宽度的灵活调整。

Description

一种陆空一体式作业系统及控制方法

技术领域

本专利涉及农业飞行器作业领域，具体涉及一种陆空一体式作业系统及控制方法。

背景技术

随着农业工作效率的研究不断深入，农业作业水平的不断提高，单位面积的农田需要的人工越来越少，而采用机械设备来完成辅助作业的比例越来越高。尤其是对于农药喷洒来说，传统的农药喷洒方式费时费力，并且农药的毒副作用会渗透到工作人员身体里，造成一定的伤害。但是由于中国的农田分布情况复杂，除了大面积、平整的田地以外，同时还有大量的分散的小产权的小田地，类似发达国家那样采用大型器械进行作业的大农场模式的工作方式不适于中国大规模推广使用，因此，在当前阶段，中国在农业方面需要有一种灵活机动，喷洒范围精细可控，人工介入少，并且不会让人直接接触有毒农药的智能化工作方式。

由于无人飞行器的喷洒是远离操作人员的，不会对操作人员造成毒副作用，并且无人飞行器的喷洒效果相对于人工喷洒而言，更加均匀，更加省药；加上旋翼式无人飞行器能够悬停，并且能够借用其风力将药液传递到作物的根部，实现均匀施药，所以无人飞行器完成植保任务已经成为当下热门。其中无人飞行器中的旋翼类无人机在农业植保领域的应用较为广泛，进一步细分又可以分为单旋翼和多旋翼农业植保无人机。单旋翼农业植保无人机通常采用航空燃油动力的发动机，起飞时同时携带无人机燃料和农业植保化学制剂，在有限的飞行时间内完成农业植保任务。多旋翼农业植保无人机常采用电机为旋翼提供扭矩，起飞时需要携带大容量电池和农业植保化学制剂，飞行时间和农作物有效植保范围受到所携带电池容量的限制。

当前主流的植保无人机均惯性思维的采用无线遥控的方式来实施控制，也就是说，操作人员往往是通过某种无线通信方式，远程控制无人飞行器在一块特定面积的田地范围内完成作业，当完成一部分作业之后，再转场去下一块场地继续完成作业。采用这种工作方式的原因有很多，比如农田产权分散、无人飞行器的续航能力有限，灌药箱需要反复充填药液等等。由此可见，上述方式仍然存在一些问题，比如转场增加了操作风险，无人飞行器来回充能耗时，并且电池充放电次数有限而成为耗材的主要成本来源，反复灌药增加了接触风险等等。传统无人飞行器由于采用遥控方式工作，因此动力完全来自于其上设置的电池，所以工作范围、续航能力都受到了限制，而系留式无人飞行器，其动力通过可移动的地面站传输给无人飞行器，其动力传输通过有线方式提供，其飞行控制既可以通过有线方式也可以通过无线方式来实施。现有的无人飞行器为了完成植保任务，需要在飞行器上设置用于向药液提供压力，将其喷洒而出的压力装置，或者是安装利用离心力甩出药液的离心装置，系留式无人飞行器将植保用的喷洒药液和压力提供装置都设置在地面的活动站（车辆或者其他可移动交通设备）上，进一步降低了无人飞行器的设备成本和飞行负重。

现有技术中，专利CN104002974A公开了一种基于多旋翼飞行器的拖拽式无人施液系统包括移动工作站和多旋翼飞行器，其中：移动工作站用于将用户在移动工作站指定的任务路径信息传递给多旋翼飞行器，对多旋翼飞行器发送的信息进行处理和显示；为多旋翼飞行器提供电源；并通过输液管向多旋翼飞行器泵给施液液体；多旋翼飞行器用于拖拽供电线和输液管，按照移动工作站发送的任务路径信息飞行、控制施液，并将采集得到的信息和状态信息发送给移动工作站。专利CN104512551A公开了一种无人飞行器洒药装置方案，包括飞行器本体、载物车以及固定装载在所述载物车上的盛药桶、药液输送组件以及蓄电池。专利CN105794758A中公开了一种用于连续喷洒的系留式无人飞行器，包括无人飞行器本体和可移动承载装置。专利CN103754368A中公开了一种陆空组合式农业喷施装置，包括飞行器和运输车。

上述现有技术方案虽然都省去了传统无人飞行器中原应装载的电源设备和储药箱，减轻了飞行负载，延长了飞行时间，但均存在以下共性问题：

1）缺乏扩展作业幅宽的装置，无法调整单次作业覆盖的宽度，灵活性差，当作业场地过小时，很难进行精细化的作业，当作业场地过大时，作业效率低；虽然专利CN103754368A中提到了作业幅宽的扩展方式，但该飞行器的扩展方式是在连接管路上增加飞行器，需要同时操控多个飞行器的独立飞行，操控难度大，卷扬机构收放的难度也增大，这样一来，该装置只能沿地上行走设备为圆心进行扇形摆动喷施，灵活性差，适用范围小。

2）缺乏对地面载物车的行进速度与无人飞行器喷施作业量的自动协同方案，喷施效率及均匀性不够好。

3）空中系统缺乏二次输送装置，现有技术均采用压力泵只设在运输车上的方案，当进行超宽幅作业时，有可能造成压力过低，出现药液泵不上飞行器的情况，可靠性低。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本专利提供一种陆空一体式作业系统及控制方法，实现对作业轨迹宽度的调整，灵活性好，适应性强，有利于作业精细化和提高效率。

针对上述技术问题，本专利是这样加以解决的：一种陆空一体式作业系统，包括地面子系统、输送管道和空中作业子系统，所述空中作业子系统包括至少一个主控飞行单元和至少一个从动飞行单元，它们分别通过单元扩展连接器左右连通在一起，主控飞行单元和从动飞行单元相互连通，地面子系统包括作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块、自动收放控制模块和牵引装置，作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块和自动收放控制模块分别安装在牵引装置上，主控飞行单元通过输送管道与物料供给控制模块连通，且输送管道缠绕在自动收放控制模块上；所述电源模块用于向作业总控模块、物料供给控制模块、自动收放控制模块、主控飞行单元和从动飞行单元供电，主控飞行单元和从动飞行单元用于空中作业；所述作业总控模块用于控制牵引装置在地面移动、控制物料供给控制模块向输送管道提供物料、控制自动收放控制模块实现输送管道的收放以及控制主控飞行单元和从动飞行单元的飞行轨迹。

相比于现有技术，本专利的不同之处在于，空中作业子系统由至少一个主控飞行单元和至少一个从动飞行单元组成，它们之间通过单元扩展连接器左右连通在一起，也就是说可方便地通过单元扩展连接器对主控飞行单元和从动飞行单元进行拆卸或扩展，实现对作业轨迹宽度的灵活调整，当作业场地过小，可以通过拆除单元扩展连接器来将多余的从动飞行单元或主控飞行单元拆出，减小作业轨迹宽度，便于精细化作业，当作业场地过大，可以通过单元扩展连接器在原来的主控飞行单元或从动飞行单元上组装更多的从动飞行单元或主控飞行单元，增大作业轨迹宽度，提高作业效率。

进一步地，所述主控飞行单元包括第一机架、第一飞行控制器、第一升力组件及第一作业装备，第一飞行控制器、第一升力组件及第一作业装备均安装在第一机架上；所述第一作业装备连通输送管道，还通过单元扩展连接器连通从动飞行单元或其它第一作业装备；所述电源模块用于向第一飞行控制器供电，第一飞行控制器控制第一升力组件提供升力、向从动飞行单元发送指令和接收从动飞行单元的工况信息，使主控飞行单元与从动飞行单元的飞行状态同步，第一作业装备用于田间作业，作业总控模块通过第一飞行控制器调整主控飞行单元的位姿状态。

所述第一飞行控制器可从从动飞行单元中接收到关于飞行高度和飞行速度等工况信息，并根据该信息向从动飞行单元发送指令，以实现主控飞行单元和从动飞行单元在空中协同飞行作业。

进一步地，所述空中作业子系统还包括二次输送装置，主控飞行单元通过二次输送装置连通输送管道，二次输送装置用于将物料均匀输送至各个主控飞行单元及从动飞行单元。

所述物料供给控制模块二次输送装置还增加了输料管道中物料输送的动力，使得有足够的动力进行物料输送，避免了输送管道展开过长使得物料输送动力不足的情况，扩大了主控飞行单元可飞行的范围，提高了作业效率和可靠性。

进一步地，所述从动飞行单元包括第二机架、第二飞行控制器、第二升力组件及第二作业装备，第二飞行控制器、第二升力组件及第二作业装备均安装在第二机架上，第二作业装备通过单元扩展连接器连通主控飞行单元或其它第二作业装备；所述电源模块用于向第二飞行控制器供电，第二飞行控制器用于控制第二升力组件提供升力、向主控飞行单元发送工况信息和接收主控飞行单元的指令，使主控飞行单元与从动飞行单元的飞行状态同步，第二作业装备用于田间作业，第一飞行控制器通过第二飞行控制器调整从动飞行单元的位姿状态。

所述第二飞行控制器可向主控飞行单元中发送关于飞行高度和飞行速度等工况信息，并接收主控飞行单元的控制指令，以实现主控飞行单元和从动飞行单元在空中协同飞行作业。

进一步地，所述物料供给控制模块包括物料储存箱、物料加工输送装置、控制阀及物料控制器，物料储存箱、物料加工输送装置设在牵引装置上，物料储存箱连通物料加工输送装置，物料加工输送装置通过控制阀连通输送管道；所述物料加工输送装置将物料储存箱中的物料进行加工处理后送到输送管道中，作业总控模块通过物料控制器操纵控制阀的开度，同时依据该信息协调控制空中作业子系统的行进速度。

进一步地，所述物料供给控制模块还包括物料流量传感器；所述作业总控模块获取物料流量传感器采集到的物料流量信息，并依据该信息通过物料控制器操纵控制阀的开度。

所述物料流量传感器对物料流量参数的测量能提高物料控制器对控制阀的操纵精度，保证物料适度输出，节约物料的同时也有利于精细化作业，而且当作业总控模块检测到物料流量大时，可控制空中作业子系统加快飞行速度；当作业总控模块检测到物料流量小时，可控制空中作业子系统减慢飞行速度，进一步提高作业均匀性。

进一步地，所述自动收放控制模块包括卷扬器转动装置、转动控制器以及转盘，所述卷扬器转动装置和转动控制器通过转盘安装在牵引装置上，卷扬器转动装置上缠绕有输送管道，电源模块分别向卷扬器转动装置和转动控制器供电；所述作业总控模块用于控制转动控制器使卷扬器转动装置转动，实现输送管道的收放。

进一步地，所述自动收放控制模块还包括导管器，卷扬器转动装置与导管器连接；所述导管器用于限定输送管道进行有序收放；导管器上还装有污渍擦除装置。

当对所述输送管道进行收放控制时，输送管道在导管器中进行滑动，保证输送管道不会在收放过程中打结或者偏离轨道，可靠性高。

进一步地，所述自动收放控制模块还包括张紧力传感器，张紧力传感器用于检测输送管道的张紧力，转动控制器根据张紧力传感器检测到的输送管道的张紧力来控制卷扬器转动装置对输送管道进行收放。

当所述张紧力传感器检测到输送管道的张紧力较大时，转动控制器控制卷扬器转动装置放出更长的输送管道，避免对输送管道过紧造成破裂或者对主控飞行单元或从动飞行单元拉扯造成损伤；当所述张紧力传感器检测到输送管道的张紧力较小时，转动控制器控制卷扬器转动装置收紧输送管道，避免输送管道在空中部分过长打结的同时也可以限制主控飞行单元和从动飞行单元的飞行范围，稳定性强，提高作业精细度。

进一步地，所述电源模块包括发电机、控制器、电压电流传感器、交直流电流转化器和油料箱，油料箱连通发电机，发电机电连接交直流电流转化器的一端，交直流电流转化器的另一端用于向外供电，并设有电压电流传感器；所述作业总控模块通过控制器调节操控发电机的发电量以及交直流电流转化器的供电量，并通过电压电流传感器检测交直流电流转化器向外供电的电压电流。

所述电压电流传感器检测到的电压电流可作为作业总控模块通过控制器调节操控发电机的发电量以及交直流电流转化器的供电量的参考参数，提高系统稳定性。

进一步地，所述作业总控模块包括工况信息采集传感器、中央决策控制器和控制信号输出装置，中央决策控制器通过工况信息采集传感器和控制信号输出装置向自动收放控制模块、物料供给控制模块、电源模块、主控飞行单元和从动飞行单元获取工况信息以及输出控制信号。

所述中央决策控制器可获取自动收放控制模块中输送管道的展开长度、物料供给控制模块中的物料流量、电源模块中的电压和电流、主控飞行单元和从动飞行单元的飞行速度和高度，方便中央决策控制器对这些数据进行集中处理，增加了决策合理性和多样性，可靠性高。

一种陆空一体式作业系统的控制方法，牵引装置不移动，空中作业子系统根据作业总控模块设定的行进速度以及控制指令进行作业，所述控制方法包括以下步骤：

a、在作业前准备阶段，首先将牵引装置置于田块的田埂或专用行车道的一端，根据田地大小将各个主控飞行单元和从动飞行单元通过单元扩展连接器左右连通在一起，组装成空中作业子系统；使输送管道通过主连接器与各个主控飞行单元和从动飞行单元连通；启动电源模块，启动作业总控模块，预设空中作业子系统的作业速度和高度、作业路径规划以及物料输送流量；启动自动收放控制模块和物料供给控制模块；

b、在作业阶段，通过作业总控模块操控空中作业子系统的进行作业，使作业轨迹覆盖整个田块；通过自动收放控制模块实现输送管道的自动展开或者收卷，防止输送管道在作业过程中发生无序缠绕而影响作业;通过物料供给控制模块将物料运送到田块需要作业的位置；

c、在作业后清理阶段，关闭物料供给控制模块，停止向输送管道输送物料；自动收放控制模块对输送管道进行收卷，控制空中作业子系统返回指定位置处平稳降落；关闭作业总控模块；松开并拆卸输送管道与主连接器的连接，由自动收放控制模块将输送管道全部收回；松开并拆卸所有单元扩展连接器的连接，最后将组装好的空中作业子系统拆卸完成，作业结束。

一种陆空一体式作业系统的控制方法，牵引装置根据作业总控模块设定的移动路径及行进速度进行移动，空中作业子系统在作业总控模块的协同控制下根据牵引装置的行进速度和方向同步跟随移动，包括以下步骤：

a、在作业前准备阶段，首先将牵引装置置于田块的田埂或专用行车道的一端，根据田地大小将各个主控飞行单元和从动飞行单元通过单元扩展连接器左右连通在一起，组装成空中作业子系统；使输送管道通过主连接器与各个主控飞行单元和从动飞行单元连通；启动电源模块，启动作业总控模块，预设空中作业子系统的作业速度和高度、作业路径规划以及物料输送流量；启动自动收放控制模块和物料供给控制模块；

b、在作业阶段，通过作业总控模块操控空中作业子系统的进行作业，使作业轨迹覆盖整个田块；通过自动收放控制模块实现输送管道的自动展开或者收卷，防止输送管道在作业过程中发生无序缠绕而影响作业;通过物料供给控制模块将物料运送到田块需要作业的位置；

c、在作业后清理阶段，关闭物料供给控制模块，停止向输送管道输送物料；自动收放控制模块对输送管道进行收卷，控制空中作业子系统返回指定位置处平稳降落；关闭作业总控模块；松开并拆卸输送管道与主连接器的连接，由自动收放控制模块将输送管道全部收回；松开并拆卸所有单元扩展连接器的连接，最后将组装好的空中作业子系统拆卸完成，作业结束。

相比于现有技术，本专利的有益效果为：

本专利通过主控飞行单元和从动飞行单元之间的组装拆卸实现对作业轨迹宽度的灵活调整，提高作业的效率和精细度；设有用于对物料输出流量进行控制的物料流量传感器，提高系统控制精度，同时依据物料流量信息协调控制地面牵引装置及空中作业子系统的行进速度，提高喷施效率并改善均匀性；利用导管器对输送管道位置的限定使输送管道有序收放；还设有用于判断输送管道张紧力的张紧力传感器，以避免输送管道因过紧而损坏或者输送管道因展开过长而打结，还有助于限制主控飞行单元和从动飞行单元的飞行范围；所述物料供给控制模块和二次输送装置共同对物料输送提供动力，使得有足够的动力进行物料输送，扩大了空中作业子系统单次作业覆盖的范围，提高了作业效率和可靠性。

附图说明

图1是本专利的立体结构示意图；

图2是本专利的俯视图；

图3是本专利作业总控模块的连接框图；

图4是本专利自动收放控制模块的立体结构示意图；

图5是本专利物料供给控制模块的立体结构示意图；

图6是本专利电源模块的立体结构示意图；

图7是本专利带有主连接器的主控飞行单元的立体结构示意图；

图8是本专利主控飞行单元的立体结构示意图；

图9是本专利从动飞行单元的立体结构示意图；

图10是本专利输送管道的内部结构图；

图11是本专利的主连接器的立体结构示意图；

图12是本专利的单元扩展连接器的立体结构示意图；

图13至17是本专利在作业过程中的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本专利进行详细的说明。

实施例一：

如图1至12所示一种陆空一体式作业系统，包括地面子系统1、输送管道3和空中作业子系统2，所述空中作业子系统包括主控飞行单元21和四个从动飞行单元22，主控飞行单元21和四个从动飞行单元22通过单元扩展连接器23相互连通，地面子系统1包括作业总控模块11、物料供给控制模块13、电源模块14、自动收放控制模块12和牵引装置4，作业总控模块11、物料供给控制模块13、电源模块14和自动收放控制模块12分别安装在牵引装置4上，主控飞行单元通过输送管道与物料供给控制模块连通，且输送管道缠绕在自动收放控制模块上；所述电源模块14用于向作业总控模块11、物料供给控制模块13、自动收放控制模块12、主控飞行单元21和四个从动飞行单元22供电，主控飞行单元21和从动飞行单元22用于空中作业；所述作业总控模块11用于控制牵引装置4在地面移动、控制物料供给控制模块13向输送管道3提供物料、控制自动收放控制模块12实现输送管道3的收放以及控制主控飞行单元21和多个从动飞行单元22的飞行轨迹。

所述主控飞行单元21和四个从动飞行单元22两侧接口通过单元扩展连接器23连通，也就是说可以很方便地对四个从动飞行单元22进行拆卸或扩展，实现对作业轨迹宽度的灵活调整，当作业场地过小，可以将多余的从动飞行单元22拆出，减小作业轨迹宽度，便于精细化作业，当作业场地过大，可以将在原来的主控飞行单元21或从动飞行单元22上组装更多的从动飞行单元22或主控飞行单元21，增大作业轨迹宽度，提高作业效率。

所述主控飞行单元21包括第一机架211、第一飞行控制器212、第一升力组件213及第一作业装备214，第一飞行控制器212、第一升力组件213及第一作业装备214均安装在第一机架211上，第一作业装备214通过主连接器24与输送管道3连通；所述电源模块14用于向第一飞行控制器212供电，第一飞行控制器212控制第一升力组件213提供升力、向从动飞行单元22发送指令和接收从动飞行单元22的工况信息，使主控飞行单元21与从动飞行单元22的飞行状态同步，第一作业装备214用于田间作业，作业总控模块11通过第一飞行控制器212调整第一升力组件213提供的升力。

所述从动飞行单元22包括第二机架221、第二飞行控制器222、第二升力组件223及第二作业装备224，第二飞行控制器222、第二升力组件223及第二作业装备224均安装在第二机架221上，第二作业装备224通过单元扩展连接器23连通第一作业装备214或其它第二作业装备224，处于空中子系统2两侧的从动飞行单元22，其末端设有防止物料外泄的堵头；所述电源模块14用于向第二飞行控制器222供电，第二飞行控制器222用于控制第二升力组件223提供升力、向主控飞行单元21发送工况信息和接收主控飞行单元21的指令，使主控飞行单元21与从动飞行单元22的飞行状态同步，第二作业装备224用于田间作业，作业总控模块11通过第二飞行控制器222调整第二升力组件223提供的升力。

所述第一飞行控制器212上电连接有第一数据收发模块215。

所述第二飞行控制器222上电连接有第二数据收发模块225。

所述物料供给控制模块13可为物料输送量可控制的喷雾机或喷烟机或喷粉机或排种器或排肥器，其中包括物料储存箱131、物料加工输送装置132、控制阀133及物料控制器134，物料储存箱131、物料加工输送装置132设在牵引装置4上，物料储存箱131连通物料加工输送装置132，物料加工输送装置132通过控制阀133连通输送管道3的一端，输送管道3的另一端通过主连接器24和单元扩展连接器23连通至第一作业装备214和第二作业装备224，物料控制器134分别电连接控制阀133、电源模块14和作业总控模块11，电源模块14电连接控制阀133。

所述物料供给控制模块13还包括设在控制阀133处的物料流量传感器15，物料流量传感器15分别电连接物料控制器134和电源模块14。

所述自动收放控制模块12包括卷扬器转动装置122、转动控制器123以及转盘124，所述卷扬器转动装置122和转动控制器123通过转盘124安装在牵引装置4上，卷扬器转动装置122上缠绕有输送管道3，转动控制器123分别电连接电源模块14、卷扬器转动装置122以及作业总控模块11，电源模块14电连接卷扬器转动装置122。

所述自动收放控制模块12还包括导管器125，卷扬器转动装置122与导管器125通过电动伸缩杆连接，导管器125前端还安装有污渍擦除装置126。

所述自动收放控制模块12还包括张紧力传感器121，张紧力传感器121分别电连接电源模块14和转动控制器123。

所述电源模块14包括发电机141、控制器142、电压电流传感器143、交直流电流转化器144和油料箱145，油料箱145连通发电机141，控制器142分别电连接发电机141和电压电流传感器143，发电机141电连接交直流电流转化器144的一端，交直流电流转化器144的另一端用于向外供电，并设有电压电流传感器143。

所述作业总控模块11包括工况信息采集传感器111、中央决策控制器和控制信号输出装置113，工况信息采集传感器111分别安装在自动收放控制模块12、物料供给控制模块13、电源模块14、主控飞行单元21、从动飞行单元22和主连接器24上，中央决策控制器分别电连接控制信号输出装置113、工况信息采集传感器111和物料流量传感器15，工况信息采集传感器111和控制信号输出装置113分别电连接转动控制器123、物料控制器134、电源模块14、第一数据收发模块215、第二数据收发模块225、主连接器24和控制器142。

所述输送管道3包括两个腔管，分别为物料腔31和线缆腔32，线缆腔有电力线321、传感器数据线322和控制信号传输线323。

所述单元扩展连接器23具有第一接口231和第二接口232，这两个接口分别连通有主控飞行单元21和从动飞行单元22，或者两个从动飞行单元22，单元扩展连接器23中至少包括电力接头或者物料与电力复合式接头244，单元扩展连接器23的主体由柔性材质制成，两个接口由刚性材质制成。

所述主连接器24具有第三接口241和第四接口242，其中第三接口241用于接通输送管道3，第四接口242连通第一作业装备214、各个单元扩展连接器23以及第二作业装备224，主连接器24中至少包括电力接头或者物料与电力复合式接头244，还设有分别电连接控制信号输出装置113和工况信息采集传感器111的二次输送装置245，主连接器24由刚性材质制成。

在具体实施过程中，发电机141为5KW柴油发电机，带有48V直流输出接口,额定电流为100A，转速为3600（RPM）；二次输送装置245可为小型压力泵。

如图13和14所示，本系统的工作过程如下：

1、作业准备阶段：

首先将牵引装置4置于田块的田埂或专用行车道上，根据田地大小将主控飞行单元21和四个从动飞行单元22组装连接，灵活性好，适应性强，可满足精细化作业和高效率作业的要求；接着打开油料箱145输油开关，启动发电机141，发电机141通过交直流电流转化器144向系统供电；然后在中央决策控制器中预设作业模式和作业时需要用到的各种参数，如空中作业子系统2的飞行速度和高度、物料输送流量、输送管道3收放的时机和展开长度、电源模块14供电的电压电流以及牵引装置4的移动速度等；再接着中央决策控制器通过控制信号输出装置113向第一数据收发模块215和第二数据收发模块225发送飞行指令，第一飞行控制器212从第一数据收发模块215获取到该飞行指令后控制第一升力组件213工作，第二飞行控制器222从第二数据收发模块225中获取到飞行指令后控制第二升力组件223工作，第一数据收发模块215和第二数据收发模块225还在第一升力组件213和第二升力组件223提供升力的过程中互相收发数据，以便第一飞行控制器212和第二飞行控制器222协同使整个空中作业子系统2升起；空中作业子系统2升起的同时中央决策控制器通过控制信号输出装置113向转动控制器123发送收放指令，转动控制器123通过调节卷扬器转动装置122实现输送管道3的收放。

2、作业阶段：

中央决策控制器根据预设好的作业模式控制空中作业子系统2的飞行路径，并且在飞行作业过程通过控制信号输出装置113向物料控制器134发送物料输送指令，然后物料控制器134调节控制阀133的开度，物料加工输送装置132将物料储存箱131中的物料处理后输送至第一作业装备214和第二作业装备224进行作业，同时打开二次输送装置245辅助物料进行输送，二次输送装置245除了能够使第一作业装备214和第二作业装备224出料更为均匀，还能够避免输送管道3过长导致物料输送不到空中作业子系统2中的问题，扩大了空中作业子系统2可飞行的范围，提高了作业效率和可靠性。

3、作业后清理阶段：

中央决策控制器通过控制信号输出装置113向物料控制器134发送物料停止输送的指令，物料控制器134关闭控制阀133并停止物料加工输送装置132对物料储存箱131中物料的加工和输送；向转动控制器123发送收卷指令，转动控制器123通过调节卷扬器转动装置122实现输送管道3的收卷；向第一飞行控制器212和第二飞行控制器222发送返回指令，使空中作业子系统2在牵引装置4上的指定位置上平稳降落；关闭发电机141和中央决策控制器，松开并拆卸输送管道3和主连接器24的连接，收回全部的输送管道3，接着松开并拆卸连通主控飞行单元21和四个从动飞行单元22的单元扩展连接器23。

在上述三个阶段中，电压电流传感器143通过工况信息采集传感器111向中央决策控制器发送检测到的电压电流信息，中央决策控制器对该信息进行处理后通过控制信号输出装置113使控制器142控制发电机141和交直流电流转化器144稳定输出电压和电流，可靠性好；张紧力传感器121通过工况信息采集传感器111向中央决策控制器发送检测到的输送管道张紧力信息，若张紧力大于预设值，中央决策控制器通过控制信号输出装置113使转动控制器123控制卷扬器转动装置122向展开输送管道3的方向转动，直到输送管道3展开到所需的长度，若张紧力小于预设值，中央决策控制器通过控制信号输出装置113使转动控制器123控制卷扬器转动装置122向收卷输送管道3的方向转动，直到输送管道3收拢到所需的长度，避免输送管道3在空中部分过长打结的同时也可以限制空中作业子系统2的飞行范围，稳定性强，提高作业精细度；转盘124可根据输送管道3和卷扬器转动装置122的角度自动调整合适的姿势，确保作业时输送管道3不出现拧紧、打结的情况；当对所述输送管道3进行收放控制时，输送管道3在导管器125中进行滑动，并配有电动伸缩杆使导管器125可上下一定幅度内转动和左右一定幅宽内伸缩拉长，减小输送管道3与导管器125的摩擦阻力，保证输送管道3不会在收放过程中打结或者偏离轨道，导管器125上的污渍擦除装置126还确保收回到卷扬器转动装置122上的输送管道3干净整洁；物料流量传感器15向中央决策控制器发送检测到的物料流量信息，中央决策控制器对该信息进行处理后通过控制信号输出装置113使物料控制器134控制控制阀133的开度，提高物料控制器134对控制阀133的操纵精度，保证物料适度输出，节约物料的同时也有利于精细化作业，而且当中央决策控制器检测到物料流量大时，可控制空中作业子系统2加快飞行速度；当中央决策控制器检测到物料流量小时，可控制空中作业子系统2减慢飞行速度，进一步提高作业均匀性；二次输送装置245通过工况信息采集传感器111向中央决策控制器发送压力信息，中央决策控制器通过控制信号输出装置113对二次输送装置245的运作进行调整，灵活性好，适应性强。

实施例二：

如图15和16所示，该实施例与实施例一不同的是，在实施例一的空中作业子系统2两侧各扩展一个主控飞行单元21，增加了作业轨迹宽度，可应对大面积的作业场地，适应性好。

实施例三：

如图17所示，该实施例与实施例二不同的是，输送管道3通过主连接器24连通在空中作业子系统2一侧的主控飞行单元21，当作业场地的长侧比输送管道3可展开的长度要长时，牵引装置4可以在作业场地较长的一侧持续移动，使输送管道3保持尽量小的展开长度，不易打结或者偏离轨道，也可以保证有足够的输送动力将物料送到第一作业装备214和第二作业装备224上。

Claims (8)

1.一种陆空一体式作业系统，包括地面子系统、输送管道和空中作业子系统，其特征在于，所述空中作业子系统包括至少一个主控飞行单元和至少一个从动飞行单元，它们分别通过单元扩展连接器左右连通在一起，地面子系统包括作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块、自动收放控制模块和牵引装置，作业总控模块、物料供给控制模块、电源模块和自动收放控制模块分别安装在牵引装置上，主控飞行单元通过输送管道与物料供给控制模块连通，且输送管道缠绕在自动收放控制模块上；所述电源模块用于向作业总控模块、物料供给控制模块、自动收放控制模块、主控飞行单元和从动飞行单元供电，主控飞行单元和从动飞行单元用于空中作业；所述作业总控模块用于控制牵引装置在地面移动、控制物料供给控制模块向输送管道提供物料、控制自动收放控制模块实现输送管道的收放以及控制主控飞行单元和从动飞行单元的飞行轨迹；

所述主控飞行单元包括第一机架、第一飞行控制器、第一升力组件及第一作业装备，第一飞行控制器、第一升力组件及第一作业装备均安装在第一机架上；所述第一作业装备连通输送管道，还通过单元扩展连接器连通从动飞行单元或其它第一作业装备；所述电源模块用于向第一飞行控制器供电，第一飞行控制器控制第一升力组件提供升力、向从动飞行单元发送指令和接收从动飞行单元的工况信息，使主控飞行单元与从动飞行单元的飞行状态同步，第一作业装备用于田间作业，作业总控模块通过第一飞行控制器调整主控飞行单元的位姿状态；

所述空中作业子系统还包括二次输送装置，主控飞行单元通过二次输送装置连通输送管道，二次输送装置用于将物料均匀输送至各个主控飞行单元及从动飞行单元；

所述从动飞行单元包括第二机架、第二飞行控制器、第二升力组件及第二作业装备，第二飞行控制器、第二升力组件及第二作业装备均安装在第二机架上，第二作业装备通过单元扩展连接器连通主控飞行单元或其它第二作业装备；所述电源模块用于向第二飞行控制器供电，第二飞行控制器用于控制第二升力组件提供升力、向主控飞行单元发送工况信息和接收主控飞行单元的指令，使主控飞行单元与从动飞行单元的飞行状态同步，第二作业装备用于田间作业，第一飞行控制器通过第二飞行控制器调整从动飞行单元的位姿状态；

所述物料供给控制模块包括物料储存箱、物料加工输送装置、控制阀及物料控制器，物料储存箱、物料加工输送装置设在牵引装置上，物料储存箱连通物料加工输送装置，物料加工输送装置通过控制阀连通输送管道；所述物料加工输送装置将物料储存箱中的物料进行加工处理后送到输送管道中，作业总控模块通过物料控制器操纵控制阀的开度；

所述作业总控模块包括工况信息采集传感器、中央决策控制器和控制信号输出装置，中央决策控制器通过工况信息采集传感器和控制信号输出装置向自动收放控制模块、物料供给控制模块、电源模块、主控飞行单元和从动飞行单元获取工况信息以及输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种陆空一体式作业系统，其特征在于，所述物料供给控制模块还包括物料流量传感器；所述作业总控模块获取物料流量传感器采集到的物料流量信息，并依据该信息通过物料控制器操纵控制阀的开度，同时依据该信息协调控制空中作业子系统的行进速度。

3.根据权利要求1所述的一种陆空一体式作业系统，其特征在于，所述自动收放控制模块包括卷扬器转动装置、转动控制器以及转盘，所述卷扬器转动装置和转动控制器通过转盘安装在牵引装置上，卷扬器转动装置上缠绕有输送管道，电源模块分别向卷扬器转动装置和转动控制器供电；所述作业总控模块用于控制转动控制器使卷扬器转动装置转动，实现输送管道的收放。

4.根据权利要求3所述的一种陆空一体式作业系统，其特征在于，所述自动收放控制模块还包括导管器，卷扬器转动装置与导管器连接；所述导管器用于限定输送管道进行有序收放；导管器上还装有污渍擦除装置。

5.根据权利要求3所述的一种陆空一体式作业系统，其特征在于，所述自动收放控制模块还包括张紧力传感器，张紧力传感器用于检测输送管道的张紧力，转动控制器根据张紧力传感器检测到的输送管道的张紧力来控制卷扬器转动装置对输送管道进行收放。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种陆空一体式作业系统，其特征在于，所述电源模块包括发电机、控制器、电压电流传感器、交直流电流转化器和油料箱，油料箱连通发电机，发电机电连接交直流电流转化器的一端，交直流电流转化器的另一端用于向外供电，并设有电压电流传感器；所述作业总控模块通过控制器调节操控发电机的发电量以及交直流电流转化器的供电量，并通过电压电流传感器检测交直流电流转化器向外供电的电压电流。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的陆空一体式作业系统的控制方法，其特征在于，牵引装置不移动，空中作业子系统根据作业总控模块设定的行进速度以及控制指令进行作业，所述控制方法包括以下步骤：a、在作业前准备阶段，首先将牵引装置置于田块的田埂或专用行车道的一端，根据田地大小将各个主控飞行单元和从动飞行单元通过单元扩展连接器左右连通在一起，组装成空中作业子系统；使输送管道通过主连接器与各个主控飞行单元和从动飞行单元连通；启动电源模块，启动作业总控模块，预设空中作业子系统的作业速度和高度、作业路径规划以及物料输送流量；启动自动收放控制模块和物料供给控制模块；b、在作业阶段，通过作业总控模块操控空中作业子系统的进行作业，使作业轨迹覆盖整个田块；通过自动收放控制模块实现输送管道的自动展开或者收卷，防止输送管道在作业过程中发生无序缠绕而影响作业;通过物料供给控制模块将物料运送到田块需要作业的位置；c、在作业后清理阶段，关闭物料供给控制模块，停止向输送管道输送物料；自动收放控制模块对输送管道进行收卷，控制空中作业子系统返回指定位置处平稳降落；关闭作业总控模块；松开并拆卸输送管道与主连接器的连接，由自动收放控制模块将输送管道全部收回；松开并拆卸所有单元扩展连接器的连接，最后将组装好的空中作业子系统拆卸完成，作业结束。

8.一种如权利要求1-6任一项所述的陆空一体式作业系统的控制方法，其特征在于，牵引装置根据作业总控模块设定的移动路径及行进速度进行移动，空中作业子系统在作业总控模块的协同控制下根据牵引装置的行进速度和方向同步跟随移动，包括以下步骤：

a、在作业前准备阶段，首先将牵引装置置于田块的田埂或专用行车道的一端，根据田地大小将各个主控飞行单元和从动飞行单元通过单元扩展连接器左右连通在一起，组装成空中作业子系统；使输送管道通过主连接器与各个主控飞行单元和从动飞行单元连通；启动电源模块，启动作业总控模块，预设空中作业子系统的作业速度和高度、作业路径规划以及物料输送流量；启动自动收放控制模块和物料供给控制模块；

b、在作业阶段，通过作业总控模块操控空中作业子系统的进行作业，使作业轨迹覆盖整个田块；通过自动收放控制模块实现输送管道的自动展开或者收卷，防止输送管道在作业过程中发生无序缠绕而影响作业;通过物料供给控制模块将物料运送到田块需要作业的位置；

c、在作业后清理阶段，关闭物料供给控制模块，停止向输送管道输送物料；自动收放控制模块对输送管道进行收卷，控制空中作业子系统返回指定位置处平稳降落；关闭作业总控模块；松开并拆卸输送管道与主连接器的连接，由自动收放控制模块将输送管道全部收回；松开并拆卸所有单元扩展连接器的连接，最后将组装好的空中作业子系统拆卸完成，作业结束。