CN107444627B - 一种模块化植保无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模块化植保无人机，包括最小飞行单元、连接模块、喷雾系统和控制系统。最小飞行单元由四个旋翼、电机、电机支架、接头、连杆和电池组成；连接模块包含接头、连杆和线缆；喷雾系统由药箱、水泵、软管和喷头组成。控制系统由飞控软件、接收机、GPS天线、机载控制器、陀螺仪和遥控器组成。根据实际作业需求，既可使用一个最小四旋翼飞行单元配合喷雾系统和控制系统单独工作，也可以使用连接模块将多个最小飞行单元组合在一起使用，从而提高植保无人机的适应性和作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及多旋翼无人机技术领域，特别是涉及一种模块化组装植保无人机。
背景技术
多旋翼无人机在农业领域的一个重要应用就是航空施药，是传统农业施药方式的一种重要补充，与传统施药器械相比，有以下优点：①省药、省水、减少污染。有效降低农药残留、土壤污染和水源短缺等问题；②作业效率高。是传统人工施药效率的６０倍以上，有效解决目前农村劳动力短缺问题，在病虫害大规模暴发时可以迅速开展防治，降低病虫害造成的损失；③防治效果好。由旋翼产生的向下气流有助于增加雾滴对作物的穿透性，气流把雾滴带到植物的叶背及根部，可减少飘移，提高农药在靶标上的附着率，防治效果更好；④施药人员安全系数高。采用人工遥控技术和自主导航技术相结合，操控人员在施药区外便可通过无线遥测系统发出指令来控制无人机的动作，自动完成无人机施药的全过程；⑤适用性好。可垂直起降，不受地理因素的制约，无论山区或平原、水田还是旱田，以及不同的作物，均具有良好的适应性；⑥作物损伤小，不会像大型地面施药器械碾压作物。
但是多旋翼植保无人机具有以下缺点：①作业负荷低。多旋翼无人机有效载荷一般只有10kg左右，需要经常性返航加药，增加了非作业飞行时间，浪费了本就紧张的电池电量，降低了无人机的使用效率；②用途单一。多旋翼植保无人机多为专业机型，较低的有效载荷，限制了无人机挂载其他设备，难以真正实现多用途；③作业效率低。作业高度在1-3m时喷洒宽度一般为4-8m，单位时间内作业效率远低于大型地面植保机械和载人植保飞机，难以适应大面积田块作业；④操作复杂。多旋翼无人机由于滞空时间短、载药量低、喷幅小等特点，使得作业时路径规划比较复杂，容易出现误喷、漏喷等现象。
发明内容
本发明的目的在于为克服多旋翼无人机在植保领域作业负荷低、用途单一、作业效率低、操作复杂等缺点，提出一种模块化组装植保无人机，从而提高多旋翼无人机作业效率、宽展使用范围。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为： 一种模块化植保无人机，包括至少一个最小飞行单元和若干插装杆，所述最小飞行单元包括第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼、第四旋翼、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第一电机座、第二电机座、第三电机座、第四电机座、第一接头、第二接头、第三接头和第四接头，所述第一旋翼安装在第一电机的输出头上，所述第一电机安装于第一电机座上， 所述第一电机座上插装有第一连杆，所述第二旋翼安装在第二电机的输出头上，所述第二电机安装于第二电机座上， 所述第二电机座上插装有第二连杆，所述第三旋翼安装在第三电机的输出头上，所述第三电机安装于第三电机座上， 所述第三电机座上插装有第三连杆，所述第四旋翼安装在第四电机的输出头上，所述第四电机安装于第四电机座上， 所述第四电机座上插装有第四连杆，所述第一连杆和所述第二连杆同时插装在第一多通接头上，所述第三连杆和所述第四连杆同时插装在第二多通接头上，所述第一多通接头和所述第二多通接头之间插装有水平连杆，所述水平连杆上安装有电池、控制系统和植保设备，每根所述插装杆的一端插装在所述第一多通接头或所述第二多通接头上，另外一端插装其他最小飞行单元。
上述方案中，所述植保设备为喷雾机或播种器或光谱相机或激光测距仪。
上述方案中，当所述植保设备为喷雾机时，所述喷雾机包括泵、喷头和药箱，所述泵和所述控制系统位于所述电池的两端，所述药箱安装在所述水平连杆的下端，所述喷头安装在所述药箱的下方。
上述方案中，所述控制系统包括地面站、遥控器、飞控软件和机载集成控制器，机载集成控制器中集成有接收机、GPS天线和陀螺仪，每个所述控制系统之间能够实现协同工作。
上述方案中，所述药箱中安装有多孔填充物。
本发明的有益效果在于：（1）作业负荷高。本发明所述的模块化植保无人机可以通过连接模块将多个最小飞行单元连接组成各种飞行结构，通过一维、二维或者三维拓展来增加作业负荷。（2）用途多样。本发明所述的模块化植保无人机带的喷雾系统可替换为播种器、光谱相机和激光测距仪器等，实现航空播种、灾害预警、产量预测、农作物生长信息获取和农田数据测量等功能。（3）作业效率高。本发明所述的模块化植保无人机的喷幅可成倍增加，单位时间内作业效率远高于现有一般植保无人机，适应大面积田块作业；同时，多变的机身组合可以大幅增加有效载荷，扩展无人机使用范围，提高无人机使用效率。（4）操作简单。本发明所述的模块化植保无人机由于滞空时间长、载药量高、喷幅大等特点，使得作业时路径规划比较简单，不易出现误喷、漏喷等现象。
附图说明
图 1 是本发明的示意图。
图 2 是本发明的结构俯视图。
图 3 是在一维扩展的效果图。
图 4 是在二维扩展的效果图。
图 5 是在三维扩展的效果图。
图 6 是药箱剖面结构示意图。
图中：1-1.第一旋翼、1-2.第二旋翼、1-2.第三旋翼、1-4.第四旋翼、2-1.第一电机、2-2.第二电机、2-3.第三电机、2-4.第四电机、3-1.第一电机座、3-2第二电机座、3-3.第三电机座、3-4.第四电机座、4-1、第一接头、4-2.第二接头、4-3.第三接头、4-4.第四接头、5-1.第一连杆、5-2.第二连杆、5-3.第三连杆、5-4.第四连杆、6-1.第一多通接头、6-2.第二多通接头、7.水平连杆、8.电池、9.泵、10.控制系统、11.药箱、12.喷头、14.多孔填充物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本实施例提供的最小飞行单元的实施方案如图1和图2所示的，包括第一旋翼1-1、第二旋翼1-2、第三旋翼1-3和第四旋翼1-4，所述第一旋翼1-1安装在第一电机2-1的输出头上，所述第一电机2-1安装于第一电机座3-1上， 所述第一电机座3-1上插装有第一连杆5-1，所述第二旋翼1-2安装在第二电机2-2的输出头上，所述第二电机2-2安装于第二电机座3-2上， 所述第二电机座3-2上插装有第二连杆5-2，所述第三旋翼1-3安装在第三电机2-3的输出头上，所述第三电机2-3安装于第三电机座3-3上， 所述第三电机座3-3上插装有第三连杆5-3，所述第四旋翼1-4安装在第四电机2-4的输出头上，所述第四电机2-4安装于第四电机座3-4上， 所述第四电机座3-4上插装有第四连杆5-4，所述第一连杆5-1和所述第二连杆5-2同时插装在第一多通接头6-1上，所述第三连杆5-3和所述第四连杆5-4同时插装在第二多通接头6-2上，所述第一多通接头6-1和所述第二多通接头6-2之间插装有水平连杆7，所述水平连杆7上安装有电池8、控制系统10和喷雾机，喷雾机包括泵9、喷头12和药箱11，由于泵9和控制系统10的重量相近，从保持平衡的目的出发，将泵9和控制系统10对称布置在电池8两侧。所述药箱11安装在所述水平连杆7的下端，所述喷头12对称安装在所述药箱11的下方。所述控制系统10包括地面站、遥控器、飞控软件和机载集成控制器，机载集成控制器中集成有接收机、GPS天线和陀螺仪，每个所述控制系统之间能够实现协同工作。如图6所示，药箱11下方均匀安装有三个喷头12，药箱11上方有两个外挂点，用于和水平连杆7之间的挂接。药箱11中安装有多孔填充物14，飞行姿态改变时，由于多孔填充物14的存在使药箱内的药液不会发生剧烈移动，保证药箱和飞机的重心不会快速改变，从而增加飞行的稳定性。药箱注水口位于药箱中间位置，泵9的进水软管通药箱出水口抽取药液。
利用本实施例提供的多个最小飞行单元进行组装时，需要用连接模块来将每个最小飞行单位进行连通，连接模块包含插装杆、接头、连杆和连接线，接头包括直接头（180°）、弯接头（90°）、十字接头、T型接头、六通接头、45°接头、135°接头、快拆接头等，连接线包括连接电池的电源连接线和用于不同最小飞行单元数据传递的数据连接线。
如图3所示，在本实施例中，用一个插装杆连接了两个最小飞行单元的第二多通接头6-2和第一多通接头6-1（本实施例中采用了六通接头），并用线缆进行数据联通，实现一维扩展；如图4所示，在本实施例中，用多个插装杆和弯接头以及对应线缆连接了四个最小飞行单元，实现二维扩展；如图5所示，在本实施例中，用连接模块连接了八个最小飞行单元，实现了三维扩展。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种模块化植保无人机，其特征在于，包括至少一个最小飞行单元和若干插装杆，所述最小飞行单元包括第一旋翼（1-1）、第二旋翼（1-2）、第三旋翼（1-3）、第四旋翼（1-4）、第一电机（2-1）、第二电机（2-2）、第三电机（2-3）、第四电机（2-4）、第一电机座（3-1）、第二电机座（3-2）、第三电机座（3-3）、第四电机座（3-4）、第一接头（4-1）、第二接头（4-2）、第三接头（4-1）和第四接头（4-4），所述第一旋翼（1-1）安装在第一电机（2-1）的输出头上，所述第一电机（2-1）安装于第一电机座（3-1）上， 所述第一电机座（3-1）上插装有第一连杆（5-1），所述第二旋翼（1-2）安装在第二电机（2-2）的输出头上，所述第二电机（2-2）安装于第二电机座（3-2）上， 所述第二电机座（3-2）上插装有第二连杆（5-2），所述第三旋翼（1-3）安装在第三电机（2-3）的输出头上，所述第三电机（2-3）安装于第三电机座（3-3）上， 所述第三电机座（3-3）上插装有第三连杆（5-3），所述第四旋翼（1-4）安装在第四电机（2-4）的输出头上，所述第四电机（2-4）安装于第四电机座（3-4）上， 所述第四电机座（3-4）上插装有第四连杆（5-4），所述第一连杆（5-1）和所述第二连杆（5-2）同时插装在第一多通接头（6-1）上，所述第三连杆（5-3）和所述第四连杆（5-4）同时插装在第二多通接头（6-2）上，所述第一多通接头（6-1）和所述第二多通接头（6-2）之间插装有水平连杆（7），所述水平连杆（7）上安装有电池（8）、控制系统（10）和植保设备，每根所述插装杆的一端插装在所述第一多通接头（6-1）或所述第二多通接头（6-2）上，另外一端插装其他最小飞行单元。
2.根据权利要求1所述的一种模块化植保无人机，其特征在于，所述植保设备为喷雾机或播种器或光谱相机或激光测距仪。
3.根据权利要求1所述的一种模块化植保无人机，其特征在于，所述植保设备为喷雾机，所述喷雾机包括泵（9）、喷头（12）和药箱，所述泵（9）和所述控制系统（10）位于所述电池（8）的两端，所述药箱安装在所述水平连杆（7）的下端，所述喷头（12）安装在所述药箱的下方。
4.根据权利要求3所述的一种模块化植保无人机，其特征在于，所述控制系统包括地面站、遥控器、飞控软件和机载集成控制器，机载集成控制器中集成有接收机、GPS天线和陀螺仪，每个所述控制系统之间能够实现协同工作。
5.根据权利要求3所述的一种模块化植保无人机，其特征在于，所述药箱中安装有多孔填充物（14）。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |