CN107750542B - 一种用于物料流量控制的无人机撒播装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于物料流量控制的无人机撒播装置及其控制方法，由物料箱、出料调节单元、流量检测单元、物料撒播单元、控制模块和底板组成。采用本发明中的撒播装置以及物料流量控制方法，可实时监测物料箱内的物料存量以及物料流速，计算单位面积播种量或施肥量，提高农用无人机田间作业效率和质量；并能使物料流出更均匀，解决了目前多旋翼飞行器低空作业撒播种子或肥料区域不均的问题。

Description

一种用于物料流量控制的无人机撒播装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及农用无人飞行器低空作业的技术领域，具体涉及一种用于物料流量控制的无人机撒播装置及其控制方法。

背景技术

农用无人飞行器低空作业涉及喷药作业、辅助授粉作业、撒播作业和农情信息监测作业等方面。目前各类无人机在上述领域中的应用正蓬勃开展中，但尚未达到成熟应用的程度，其中一个重要原因是撒播作业效果不佳，当前影响农用无人机撒播作业效果的主要因素有：飞行器飞行速度和高度、飞行器的航线、撒播装置的流量均匀度、密度和撒播幅宽等。因此，设计出一种流量变量控制的撒播装置，根据物料流量变化、飞行器的飞行速度变化和飞行高度变化来控制物料流量和撒播幅宽，是本领域技术人员亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述背景技术中的现有技术存在的问题，提供一种用于物料流量控制的无人机撒播装置及其控制方法，提高无人机的撒播均匀度，节省物料，改善作业效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，由物料箱、出料调节单元、流量检测单元、物料撒播单元和控制模块组成，物料箱包括箱盖和箱体，箱盖与箱体铰链连接，箱盖上的边缘设有入料口，箱体底部设有出料口；物料撒播单元位于物料箱下方，由侧板、撒播盘电机、减速器和撒播盘组成，侧板通过螺钉连接在物料箱的底部，侧板上设有撒播口，内侧设置有撒播盘，减速器通过螺钉安装在物料箱箱体底部，其输出轴与撒播盘相接，撒播盘电机与控制模块连接；出料调节单元位于物料箱下方，由开关挡板、动力机构、防尘板和限位板组成，开关挡板覆盖于物料箱出料口下方，其面积大于出料口面积，动力机构移动开关挡板以调节出料口的开口大小，限位板位于开关挡板外侧以防止其掉落，防尘板与物料箱体螺钉连接，限位板和防尘板螺钉连接，开关挡板放在限位板和防尘板之间；流量检测单元包括方向感应器、底板和压力传感器，方向感应器安装在物料箱上，底板设置在物料箱下方，与无人机的连接件螺栓连接，前后设有防止物料箱掉落的挡板，压力传感器安装在底板上，物料箱放在压力传感器上；控制模块与出料调节单元、流量检测单元、撒播盘电机连接，控制模块通过流量检测单元传输过来的数据来控制出料调节单元和物料撒播单元。

优选地，撒播盘为圆盘形，其上侧设有与撒播盘同轴的圆台和抛撒肥料的叶片，圆台设有与撒播盘同轴的孔，孔的侧面设有卡槽；减速器输出轴的侧面设有卡榫，减速器输出轴套入撒播盘的孔内后，卡榫卡入到撒播盘的卡槽中。

优选地，撒播盘和减速器输出轴之间设有防止撒播盘脱出的锁紧机构；所述锁紧机构由设置在减速器输出轴上端内的螺纹孔和穿过撒播盘拧进到该螺纹孔中的螺栓组成。

优选地，减速器输出轴上设有圆柱形凸台，凸台轴心与减速器输出轴轴心不同轴，凸台侧面与减速器的输出轴侧面内切。

优选地，防尘板上设有一个长方形开口，该开口与物料箱出料口相对应，大小和形状相等，开口长边的两侧分别设有一个导向件；防尘板上还有一个起到限位作用的长方形凸台，导向件和长方形凸台共同限制开关挡板的位置。

优选地，出料调节单元中的动力机构由滚珠直线导轨滑台和连接件组成，滚珠直线导轨滑台与物料箱螺栓连接，连接件一端通过螺栓安装在滚珠直线导轨滑台的滑台上，另一端与开关挡板铰链连接，滚珠直线导轨滑台的步进电机与控制模块连接。

优选地，开关挡板上还设有两个槽，其中一个槽槽宽与减速器上的圆柱形凸台直径相等，减速器上的圆柱形凸台安装在该槽内；另一个槽槽宽大于防尘板上长方形凸台长边的长度，防尘板上的长方形凸台安装在该槽内。

优选地，入料口上设有挡板，挡板与箱盖铰链连接，通过有弹性的勾子扣在箱体上。

优选地，物料箱采用轻质材料制造，其内部为漏斗状，两侧设有与无人机脚架相对应的轨道。

本发明还公开了一种使用物料流量控制的无人机撒播装置的控制方法，包括以下步骤：

A.将物料箱置于压力传感器上，装载物料，初始化，入料口呈关闭状态；

B.方向传感器检测物料箱的状态，压力传感器检测物料箱作用于压力传感器上产生的压力值，方向传感器和压力传感器的数据被传输至控制模块，控制模块通过算法运算计算得出物料箱的装载量，结合当前出料口的开口量，控制模块通过算法运算计算得出物料流速，在当前的物料流速的基础上，控制下一次撒播时出料口的开口量和撒播盘的转速。

C.当物料未排净时，循环步骤B，待排净后，关闭出料口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明可以实时监测物料箱内的物料存量以及物料流速，计算单位面积播种量或施肥量，提高农用无人机田间作业效率和质量； (2)本发明能够使物料流出更均匀，解决了目前多旋翼飞行器低空作业撒播种子或肥料区域不均的问题。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的撒播装置立体结构示意图

图2为本发明的撒播装置俯视图

图3为本发明的撒播装置装在无人机立体结构示意图

图4为本发明的撒播装置中的物料撒播单元立体结构示意图

图5为本发明的撒播装置中的出料调节单元立体结构示意图

图6为本发明的撒播装置中的物料撒播单元分解结构示意图

图7为本发明的撒播装置中的防尘板立体结构示意图

其中：1、无人机 2、箱盖 3、箱体 4、方向传感器 5、底板 6、侧板 7、撒播盘 8、防尘板 9、开关挡板 10、连接件 11、限位板 12、减速器 13、滚珠直线导轨滑台 14、撒播盘电机 15、撒播口 16、压力传感器 17、挡板 18、圆台 19、叶片 20、圆柱形凸台 21、长方形凸台 22、导向件。

具体实施方式

现在结合附图对发明进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，由物料箱、出料调节单元、流量检测单元、物料撒播单元和控制模块组成。

物料箱包括箱盖2和箱体3，箱盖2与箱体3铰链连接，箱盖上的边缘设有入料口，箱体底部设有出料口；入料口上设有挡板17，挡板17与箱盖2铰链连接，通过有弹性的勾子扣在箱体3上；物料箱采用轻质材料制造，其内部为漏斗状，两侧设有与无人机脚架相对应的轨道。

物料撒播单元位于物料箱下方，由侧板6、撒播盘电机14、减速器12和撒播盘7组成，侧板6通过螺钉连接在物料箱的底部，侧板6上设有撒播口15，内侧设置有撒播盘7，减速器12通过螺钉安装在物料箱箱体3底部，其输出轴与撒播盘7相接，撒播盘电机14与控制模块连接；撒播盘7为圆盘形，其上侧设有与撒播盘7同轴的圆台18和抛撒肥料的叶片19，圆台18设有与撒播盘7同轴的孔，孔的侧面设有卡槽；减速器12输出轴的侧面设有卡榫，减速器12输出轴套入撒播盘7的孔内后，卡榫卡入到撒播盘7的卡槽中；撒播盘7和减速器12输出轴之间设有防止撒播盘7脱出的锁紧机构；锁紧机构由设置在减速器12输出轴上端内的螺纹孔和穿过撒播盘7拧进到该螺纹孔中的螺栓组成；减速器12输出轴上设有圆柱形凸台20，凸台20轴心与减速器12输出轴轴心不同轴，凸台20侧面与减速器12的输出轴侧面内切。由于凸台20轴心与输出轴轴心不同轴，所以减速器12输出轴转动，减速器12的圆柱凸台20绕输出轴轴线转动，带动开关挡板9以开关挡板9与连接件10铰链连接处为圆心做往复旋转的运动，防止出料口堵塞。

出料调节单元位于物料箱下方，由开关挡板9、动力机构、防尘板8和限位板11组成，开关挡板9覆盖于物料箱出料口下方，其面积大于出料口面积，动力机构移动开关挡板9以调节出料口的开口大小，限位板11位于开关挡板9外侧以防止其掉落，防尘板8与物料箱体 3螺钉连接，限位板11和防尘板8螺钉连接，开关挡板9放在限位板11和防尘板8之间；防尘板8上设有一个长方形开口，该开口与物料箱出料口相对应，大小和形状相等，开口长边的两侧分别设有一个导向件22；防尘板8上还有一个起到限位作用的长方形凸台21，导向件22和长方形凸台21共同限制开关挡板9的位置；出料调节单元中的动力机构由滚珠直线导轨滑台13和连接件10组成，滚珠直线导轨滑台13与物料箱螺栓连接，连接件10一端通过螺栓安装在滚珠直线导轨滑台13的滑台上，另一端与开关挡板9铰链连接，滚珠直线导轨滑台13的步进电机与所述控制模块；开关挡板9上还设有两个槽，其中一个槽槽宽与减速器上的圆柱形凸台20直径相等，减速器12上的圆柱形凸台20安装在该槽内；另一个槽槽宽大于防尘板8上长方形凸台21长边的长度，防尘板8上的长方形凸台21安装在该槽内。

流量检测单元包括方向感应器4、底板5和压力传感器16，方向感应器4安装在物料箱上，底板5设置在物料箱下方，与无人机的连接件螺栓连接，前后设有防止物料箱掉落的挡板17，压力传感器16安装在底板5上，物料箱放在压力传感器16。

控制模块与出料调节单元、流量检测单元、撒播盘电机连接，控制模块通过流量检测单元传输过来的数据来控制出料调节单元和物料撒播单元。

在使用发明中的物料流量控制的撒播装置来提高无人机的撒播均匀度时，首先将物料箱置于压力传感器上，装载物料，初始化，此时入料口呈关闭状态；其次撒播装置中的方向传感器检测物料箱的状态，压力传感器检测物料箱作用于压力传感器上产生的压力值，方向传感器和压力传感器的数据被传输至控制模块，控制模块通过算法运算计算得出物料箱的装载量，结合当前出料口的开口量，控制模块通过算法运算计算得出物料流速，在当前的物料流速的基础上，控制下一次撒播时出料口的开口量和撒播盘的转速；检查物料是否排净，否则循环上一步骤，待排净后，关闭出料口。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，由物料箱、出料调节单元、流量检测单元、物料撒播单元和控制模块组成，其特征在于：

所述物料箱包括箱盖和箱体，箱盖与箱体铰链连接，箱盖上的边缘设有入料口，箱体底部设有出料口；

所述物料撒播单元位于物料箱下方，由侧板、撒播盘电机、减速器和撒播盘组成，侧板通过螺钉连接在物料箱的底部，侧板上设有撒播口，内侧设置有撒播盘，减速器通过螺钉安装在物料箱箱体底部，其输出轴与撒播盘相接，撒播盘电机与控制模块连接，减速器输出轴上设有圆柱形凸台，凸台轴心与减速器输出轴轴心不同轴，凸台侧面与减速器的输出轴侧面内切；

所述出料调节单元位于物料箱下方，由开关挡板、动力机构、防尘板和限位板组成，限位板位于开关挡板外侧以防止其掉落，防尘板上设有一个长方形开口，该开口与物料箱出料口相对应，大小和形状相等，开口长边的两侧分别设有一个导向件，防尘板上还有一个起到限位作用的长方形凸台，导向件和长方形凸台共同限制开关挡板的位置，防尘板与物料箱体螺钉连接，限位板和防尘板螺钉连接，开关挡板放在限位板和防尘板之间；

所述流量检测单元包括方向感应器、底板和压力传感器，方向感应器安装在物料箱上，底板设置在物料箱下方，与无人机的连接件螺栓连接，前后设有防止物料箱掉落的挡板，压力传感器安装在底板上，物料箱放在压力传感器上；

所述控制模块与出料调节单元、流量检测单元、撒播盘电机连接，控制模块通过流量检测单元传输过来的数据来控制出料调节单元和物料撒播单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：撒播盘为圆盘形，其上侧设有与撒播盘同轴的圆台和抛撒肥料的叶片，圆台设有与撒播盘同轴的孔，孔的侧面设有卡槽；减速器输出轴的侧面设有卡榫，减速器输出轴套入撒播盘的孔内后，卡榫卡入到撒播盘的卡槽中。

3.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：撒播盘和减速器输出轴之间设有防止撒播盘脱出的锁紧机构；所述锁紧机构由设置在减速器输出轴上端内的螺纹孔和穿过撒播盘拧进到该螺纹孔中的螺栓组成。

4.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：开关挡板覆盖于物料箱出料口下方，其面积大于出料口面积，动力机构移动开关挡板以调节出料口的开口大小。

5.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：出料调节单元中的动力机构由滚珠直线导轨滑台和连接件组成，滚珠直线导轨滑台与物料箱螺栓连接，连接件一端通过螺栓安装在滚珠直线导轨滑台的滑台上，另一端与开关挡板铰链连接，滚珠直线导轨滑台的步进电机与控制模块连接。

6.根据权利要求1、4或5所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：开关挡板上还设有两个槽，其中一个槽槽宽与减速器上的圆柱形凸台直径相等，减速器上的圆柱形凸台安装在该槽内；另一个槽槽宽大于防尘板上长方形凸台长边的长度，防尘板上的长方形凸台安装在该槽内。

7.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：入料口上设有挡板，挡板与箱盖铰链连接，通过有弹性的勾子扣在箱体上。

8.根据权利要求1所述的一种用于物料流量控制的无人机撒播装置，其特征在于：物料箱采用轻质材料制造，其内部为漏斗状，两侧设有与无人机脚架相对应的轨道。

9.一种使用权利要求1至8中任一项的用于物料流量控制的无人机撒播装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)将物料箱置于压力传感器上，装载物料，初始化，入料口呈关闭状态；

(2)方向传感器检测物料箱的状态，压力传感器检测物料箱作用于压力传感器上产生的压力值，方向传感器和压力传感器的数据被传输至控制模块，控制模块通过算法运算计算得出物料箱的装载量，结合当前出料口的开口量，控制模块通过算法运算计算得出物料流速，在当前的物料流速的基础上，控制下一次撒播时出料口的开口量和撒播盘的转速；

(3)当物料未排净时，循环步骤(2)，待排净后，关闭出料口。

Images