CN108575952A - 一种远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统 - Google Patents

一种远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，可用于空中农药喷洒、空中森林灭火。本发明由空中负载系统连接喷洒系统，调节和维持高度系统，推进系统，电力供应系统和控制系统构成。其中：空中负载系统由浮空气囊和挂绳构成；喷洒系统由一根可通过接驳延长的喷管，至少一个增压泵和喷嘴，一根硬质的储物料箱‑喷管连接管，一个可感应供料不足的供料箱系统构成；调节和维持高度系统由一个高度调节器，一根缆绳，一个负载滚轮拖车负载的一个缆绳储备箱构成；推进系统由一个可正反双向轴流可调节方向的推进器构成；电力供应系统由可充电电池系统构成；控制系统由一个信号接收器，一个主控板，若干根电缆，一个遥控器构成。

Description

一种远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统
技术领域
本发明属于遥控空中多点喷洒系统，技术涉及 农药喷洒系统，空中植保，空中森林灭火。
背景技术
喷洒系统，一般由 负载和喷洒两个系统构成。
负载如果是地面的话，靠人体，牛或者车辆，地面负载有点是负载效率高，但不够灵活。空中负载则采用多旋翼无人机，直升机，喷气式运输机。空中负载优点是灵活，效率高，但往往负载不足。
喷洒方式则有单点和多点，大部分机器的空中负载都是单点，比如：公告号为CN104670499A的中国发明专利，其公开了一种多旋翼植保无人机，使用的多通接头，但仍然是围绕着无人机周围单点喷洒。线性多点的人力操作有媒体报道：湖南长沙市宁乡县横市镇的《氢气球式稻田喷药机 1天可喷近百亩》，网址：http://www.changsha.gov.cn/xxgk/qsxxxgkml/nxx/gzdt_5237/201608/t20160823_986476.html。线性多点效率较高，但人力操作的话相当费力，且运转不便。
喷洒物则有液喷和粉喷，大部分空中喷洒采用液喷形式。
用于空中植保或者空中森林灭火，都采用多旋翼无人机或者直升机，但这两者都受限于 载荷有限，能耗大和单点作业效率速度低。喷气式运输机则因为太过庞大，使用成本高昂。
发明内容
在1. 本发明所采用的技术方案是：一种远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，
由空中负载系统连接喷洒系统，调节和维持高度系统，推进系统，电力供应系统和控制系统构成。其中：
空中负载系统由浮空气囊 和挂绳 构成；喷洒系统由 一根可通过接驳延长的喷管 ，至少一个增压泵 和喷嘴 ，一根硬质的储物料箱-喷管连接管 ，一个可感应供料不足的供料箱系统 构成；调节和维持高度系统由 一个高度调节器 ，一根缆绳 ，一个由 滚轮拖车负载的一个 缆绳储备箱 构成；
推进系统 由 一个可正反双向轴流可调节方向的推进器 构成；电力供应系统由可充电电池系统 构成；控制系统由 一个信号接收器 ，一个主控板 ，若干根电缆 ，一个遥控器构成。
其中，由浮空气囊 通过挂绳 挂载 喷管 ，喷管 连接 增压泵 、喷嘴 、储物料箱-喷管连接管 ，储物料箱-喷管连接管 连接 供料箱系统 ，喷管 根据 浮空气囊 负载能力 至少挂载 高度调节器 、推进器 、信号接收器 和有关 电缆 ，高度调节器 通过 缆绳 连接 地面 由 滚轮拖车 负载的 缆绳储备箱，主控板 通过电缆 连接 增压泵 、喷嘴 、高度调节器 、推进器 、信号接收器 、供料箱系统 之感应器、可充电电池系统 ，遥控器 由人手持，远程操控 系统的 推进和喷洒作业。
2. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 挂绳 一般为软质绳，方便增减 喷管 长度时增减 挂绳 ；也可为硬质管，方便 推进器 连动推进，同时可防空中旋风对系统的扰动。
3. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 喷洒系统工作方式：增压泵抽空空气，把喷洒物料 从 供料箱系统 通过 供料箱-喷管连接管 ，泵入喷管 ，通过 喷嘴进行喷洒作业。
4. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 物料，可根据 物料类型，比如当物料是粉剂时，在 喷嘴（5） 加装 静电发生装置，实现 粉喷。
5. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 可通过接驳延长的喷管 为可预先设置螺旋接口，或者临时加工螺旋接口，电缆 可预先设置延长插座，也可临时加工连接线，用于向左右两个方向 延长 喷管 ，增加 增压泵 和 喷嘴 。
6. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 供料箱系统 为大容量箱体，带物料容量感应器，物料容量感应器为压力感应器，置于箱底，当存在物料时，因为重力作用下，物料都将沉在箱底，箱底压力都会大于正常大气压，而当物料耗尽时，由于增压泵 的抽空作用，箱体内压力将小于正常大气压，使得压力感应恢复正常，把压力感应器连接设置为按住通电，不按断开，这样主控板 只需要判断压力感应器的通断，即可知道物料是否已经耗尽，是否需要添料，此法简单易行且通用于 物料是液体或者粉体。
7. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 推进系统的工作方式是 通过 推进器 带动空中 浮空气囊 和地面 滚轮拖车 来做前后和拐弯运动，喷管 和 供料箱-喷管连接管 为硬质管，可起到连动作用，一部分 电缆 缠绕在 供料箱-喷管连接管上。推进器为正反双向轴流风机，通过电流方向控制风机正反转向。由于连动结构为长摆状，速度高的一端会以速度低的一端为支点做弧线单摆运动。当动力端运动速度高于远端时会以远端作为支点做弧线单摆运动。当动力端速度低于远端时，动力端会成为支点，而连接管道远端则会沿着支点做弧线单摆运动。当推机器处于喷管 中间时，由于系统两侧结构的不对称性，重的一侧远端顶点会成为支点，轻的一侧则沿着支点做弧线单摆运动。
利用这一特性，通过切换风机正反旋转方向，加速后做减速缓冲，实现做向前和向后运动；通过切换风机正反旋转方向 可实现单侧两个方向拐弯；切换风机正反旋转方向后，加速后急停，可实现向另一侧两个方向拐弯；通过调整速度控制拐弯半径。
8. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 推进系统中 缆绳储备箱 、供料箱系统 、主控板 、可充电电池系统 都放在 滚轮拖车 上，以减少空中负载，减少空中风力使系统扭摆。为适应山地丘陵地形，可通过提高浮空气囊负载能力，把 可充电电池系统 ，供料箱系统 和 主控板 直接挂在 喷管，减少地面推进阻力。
滚轮拖车 为一平板车，底部有滚轮，无动力，可利用滚轮大幅减少系统推进所需的动力。
9. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 操控系统的工作方式：操控人 可通过 遥控器 对系统进行远程操控，系统通过 信号接收器 接收控制信号，并通过主控板 进行 信号处理，最终对整个系统进行控制。
遥控器 自带充电电池，操控距离不小于1公里，可带卫星定位，可进行路线规划，带防劫持防失控防护系统。
主控板 为集成电路板，负责电源管理，信号处理，高度调整，推进，喷洒控制，物料管理，安全防护。
10. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 电力供应系统的工作方式：是以 可充电电池系统 作为动力源，可充电电池系统 带电量感应器，防过充过放保护。
11. 上述远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，所述的 调节和维持高度系统 的工作方式：高度调节器 是由步进电机带动滚轮组成，通过 缆绳 连接 滚轮拖车 上的 缆绳储备箱 ，通过 主控板 控制，利用 缆绳 的重量，利用绞上或者放下缆绳来调节和维持高度。缆绳 的总重量应该大于 浮空气囊1 所能负载的重量。缆绳 长度应该大于3米，一端固定在 高度调节器上，另一端固定在 缆绳储备箱里，多余的部分放置在缆绳储备箱中。
与现有技术相比，本系统具有的有益效果是：
1. 效率更高：一条线上多点同时喷洒，相当于多台单点喷洒机器同时作业，效率成倍提升，尤其是森林灭火，可以快速制造一道隔火墙；
对工作物料的负荷更大，减少来回补充喷洒物料的频率，节约时间。
2. 适应性强：在平原地带，可把负载转移到地面，增大负载，使得浮空所需的负载要求大幅度降低，有效降低 大型浮空气囊不抗风，成本高的问题。当用于山地丘陵时，采用空中负载。
3. 更加灵活：可根据需要，换用更大的浮空气囊，或者增加浮空气囊数量增加负载，延长喷管长度，换用更强力的增压泵，或者增加 增压泵和喷嘴数量，以加大覆盖面，甚至两块田同时一次喷洒。
4. 更加节能：由于采用浮空气囊做负载，负载极限内维持悬空不需耗能；由于采用垂链式高度调节器 调整和维持高度，只需要一次调整即可长期维持高度，不需要持续消耗能源；使用滚轮拖车减少摩擦，减少推进动力要求；由于负载更大，可以有效减少来回往返次数，减少用于往返的能源消耗；只用一个双向轴流电机，不需要多个旋翼平衡，推进效率更高更加节能。
5. 操控方便：远程遥控，不需人力。采用压力感应对供料箱系统物料不足进行示警，方便简单。
6. 维护方便：由于采用垂链式高度调节结构进行调整和维持高度，采用连动进行地面和空中同时推进，不需要一般浮空气球所需的升降和抗风气囊设计和推进方式，简化了气囊的结构，简化了空中抗风设计，不用时也不用充放气，不耗电。
附图说明：
图1 为：整体结构
图2 为：垂链式高度调节结构
图3 为：负载可在空中
图4 为：灵活增加能力
图5 为：对左右两块田同时喷洒
图中 1. 浮空气囊，2. 挂绳，3.喷管，4. 增压泵，5. 喷嘴，6. 高度调节器，7. 推进器，8. 信号接收器，9. 缆绳，10. 储物料箱-喷管连接管，11. 电缆，12. 缆绳储备箱，13.供料箱系统，14. 主控板，15. 可充电电池系统，16. 滚轮拖车，17. 遥控器。
具体实施方式：
【实施例1】
如图1所示，本系统 包括 浮空气囊1，通过 软质 挂绳2，挂接一根喷管3，喷管3 上挂接若干个增压泵4 和 喷嘴5，喷管3 通过 供料箱-喷管连接管10 与 供料箱系统13 进行连接，把 供料箱13 里面的物料通过 增压泵4 提升到 喷嘴5 高度，由喷嘴5 进行喷洒作业。
挂绳2 为软质绳，方便增减 喷管3 长度时增减 挂绳2，也可为硬质管，方便 推进器7连动推进，同时可防空中旋风对系统的扰动。
喷管3 可预先设置螺旋接口，或者临时加工螺旋接口，电缆11 可预先设置延长插座，也可临时加工连接线，如图4、图5，用于延长 喷管3，增加 增压泵4 和 喷嘴5。
可根据 物料类型，比如当物料是粉剂时，在 喷嘴5 加装 静电发生装置，实现 粉喷。
供料箱系统13 为大容量箱体，带物料容量感应器，物料容量感应器为压力开关，置于箱底，密封屏蔽防液渗入或粉尘进入。当存在物料时，因为重力作用下，物料都将沉在箱底，箱底压力都会大于正常大气压，会按住压力开关；而当物料耗尽时，由于增压泵4 的抽空作用，箱体内压力将小于正常大气压，使得压力感应恢复正常，把压力开关连接设置为按住通电，不按断开，这样主控板14 只需要判断压力开关的通断，即可知道物料是否已经耗尽，是否需要添料，此法简单易行且通用于 物料是液体或者粉体。
本系统推进时，是通过 推进器7 带动空中 浮空气囊1 和地面 滚轮拖车16 来做前后和拐弯运动，喷管3 和 供料箱-喷管连接管10 为硬质管，可起到连动作用，一部分 电缆11缠绕在 供料箱-喷管连接管10 上。推进器为正反双向轴流风机，通过电流方向控制风机正反转向。由于连动结构为长摆状，速度高的一端会以速度低的一端为支点做弧线单摆运动。当动力端运动速度高于远端时会以远端作为支点做弧线单摆运动。当动力端速度低于远端时，动力端会成为支点，而连接管道远端则会沿着支点做弧线单摆运动。当推机器处于喷管3 中间时，由于系统两侧结构的不对称性，重的一侧远端顶点会成为支点，轻的一侧则沿着支点做弧线单摆运动。
利用这一特性，通过切换风机正反旋转方向，加速后做减速缓冲，实现做向前和向后运动；通过切换风机正反旋转方向 可实现单侧两个方向拐弯；切换风机正反旋转方向后，加速后急停，可实现向另一侧两个方向拐弯；通过调整速度控制拐弯半径。
缆绳储备箱12，供料箱系统13，主控板14，可充电电池系统15，都放在 滚轮拖车16 上，减少空中负载。滚轮拖车16 为一平板车，底部有滚轮，无动力，可利用滚轮大幅减少系统推进所需的动力。
本系统以 可充电电池系统15 作为动力源，可充电电池系统15 带电量感应器，防过充过放保护。
操控人 可通过 遥控器17 对系统进行远程操控，系统通过 信号接收器8 接收控制信号，并通过 主控板14 进行 信号处理，最终对整个系统进行控制。
遥控器17 自带可充电电池，操控距离不小于1公里，可带卫星定位，可进行路线规划，带防劫持防失控防护系统。
主控板14 为集成电路板，负责电源管理，信号处理，高度调整，推进，喷洒控制，物料管理，安全防护，通过电缆11 连接 可充电电池系统15 和 增压泵4、喷嘴5、高度调节器6、推进器7、信号接收器8 和 供料箱系统13 之容量感应器。
如图2所示，高度调节器5 是由步进电机带动滚轮组成，通过 缆绳9 连接 滚轮拖车16上的 缆绳储备箱12 ，通过 主控板14 控制，利用 缆绳9 的重量，利用绞上或者放下缆绳来调节和维持高度。缆绳9 的总重量应该大于 浮空气囊1 所能负载的重量。缆绳9 长度应该大于3米，一端固定在 高度调节器5 上，另一端固定在 缆绳储备箱12 里，多余的部分放置在缆绳储备箱12 中。
【实施例2】
如图3所示：当 浮空气囊1和氦气等安全浮空气体 价格便宜时，可把 可充电电池系统15 ，供料箱系统13 和 主控板14 直接挂在 喷管3 上，可让系统适应山地丘陵。
【实施例3】
如图4所示：
可通过增加 浮空气囊1 的单个负载能力和数量，来增强负载。
可通过延长 喷管3 ，增加 喷嘴5 和 增压泵4 ，来扩大一次喷洒面积。
【实施例4】
如图5所示：可通过向反方向 延长喷管3 ，增加 喷嘴5 和 增压泵4 ，实现一次同时喷洒相邻两块田地，提升效率。

Claims (11)

1.一种 远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，由空中负载系统连接喷洒系统，调节和维持高度系统，推进系统，电力供应系统和控制系统构成，其特征在于：空中负载系统由浮空气囊（1）和挂绳（2）构成，喷洒系统由 一根可通过接驳延长的喷管（3），至少一个增压泵（4）和喷嘴（5），一根硬质的储物料箱-喷管连接管（10），一个可感应供料不足的供料箱系统（13）构成，调节和维持高度系统由 一个高度调节器（6），一根缆绳（9），一个由滚轮拖车（16）负载的一个 缆绳储备箱（12） 构成，推进系统 由 一个可正反双向轴流可调节方向的推进器（7）构成；电力供应系统由可充电电池系统（15）构成，控制系统由 一个信号接收器（8），一个主控板（14），若干根电缆（11），一个遥控器（17）构成；其中，由浮空气囊（1）通过挂绳（2） 挂载 喷管（3），喷管（3） 连接 增压泵（4）、喷嘴（5）、储物料箱-喷管连接管（10），储物料箱-喷管连接管（10） 连接 供料箱系统（13），喷管（3）根据 浮空气囊（1）负载能力 至少 挂载 高度调节器（6）、推进器（7）、信号接收器（8）和有关 电缆（11），高度调节器（6）通过 缆绳（9）连接 地面 由 滚轮拖车（16） 负载的 缆绳储备箱 （12），主控板（14）通过电缆（11）连接 增压泵（4）、喷嘴（5）、高度调节器（6）、推进器（7）、信号接收器（8）、供料箱系统（13）之感应器、充电电池系统（15），遥控器（17）由人手持，远程操控 系统的 推进和喷洒作业。
2.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：挂绳（2）一般为软质绳，方便增减 喷管（3） 长度时增减 挂绳（2）；也可为硬质管，方便 推进器（7） 连动推进，同时可防空中旋风对系统的扰动。
3.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：可通过接驳延长的喷管（3）为 可预先设置螺旋接口，或者临时加工螺旋接口，电缆（11） 可预先设置延长插座，也可临时加工连接线，用于向左右两个方向 延长 喷管（3），增加 增压泵（4）和 喷嘴（5）。
4.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于： 喷洒系统的工作方式是增压泵（4） 抽空空气，把喷洒物料 从 供料箱系统（13）通过 供料箱-喷管连接管（10），泵入喷管（3），通过 喷嘴（5）进行喷洒作业。
5.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：物料可根据 物料类型，比如当物料是粉剂时，在 喷嘴（5） 加装 静电发生装置，实现 粉喷。
6.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：供料箱系统（13）为大容量箱体，带物料容量感应器，物料容量感应器为压力感应器，置于箱底，当存在物料时，因为重力作用下，物料都将沉在箱底，箱底压力都会大于正常大气压，而当物料耗尽时，由于增压泵（4） 的抽空作用，箱体内压力将小于正常大气压，使得压力感应恢复正常，把压力感应器连接设置为按住通电，不按断开，这样主控板（14） 只需要判断压力感应器的通断，即可知道物料是否已经耗尽，是否需要添料，此法简单易行且通用于 物料是液体或者粉体。
7.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：推进系统的工作方式是 通过 推进器（7） 带动空中 浮空气囊（1） 和地面 滚轮拖车（16）来做前后和拐弯运动，喷管（3） 和 供料箱-喷管连接管（10） 为硬质管，可起到连动作用，电缆（11） 缠绕在 供料箱-喷管连接管（10） 上，推进器为正反双向轴流风机，通过电流方向控制风机正反转向，由于连动结构为长摆状，速度高的一端会以速度低的一端为支点做弧线单摆运动，当动力端运动速度高于远端时会以远端作为支点做弧线单摆运动，当动力端速度低于远端时，动力端会成为支点，而连接管道远端则会沿着支点做弧线单摆运动，当推机器处于喷管（3）中间时，由于系统两侧结构的不对称性，重的一侧远端顶点会成为支点，轻的一侧则沿着支点做弧线单摆运动，利用这一特性，通过切换风机正反旋转方向，加速后做减速缓冲，实现做向前和向后运动；通过切换风机正反旋转方向 可实现单侧两个方向拐弯；切换风机正反旋转方向后，加速后急停，可实现向另一侧两个方向拐弯；通过调整速度控制拐弯半径。
8.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：推进系统中 缆绳储备箱（12）、供料箱系统（13）、主控板（14）、可充电电池系统（15） 都放在 滚轮拖车（16） 上，以减少空中负载，减少空中风力使系统扭摆；为适应山地丘陵地形，可通过提高浮空气囊负载能力，把 可充电电池系统（15） ，供料箱系统（13） 和 主控板（14） 直接挂在 喷管（3） ，减少地面推进阻力；滚轮拖车（16） 为一平板车，底部有滚轮，无动力，可利用滚轮大幅减少系统推进所需的动力。
9.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：操控系统的工作方式：操控人 可通过 遥控器（17） 对系统进行远程操控，系统通过 信号接收器（8） 接收控制信号，并通过 主控板（14） 进行 信号处理，最终对整个系统进行控制；遥控器（17） 的操控距离不小于1公里，可带卫星定位，可进行路线规划，带防劫持防失控防护系统；主控板（14） 为集成电路板，负责电源管理，信号处理，高度调整，推进，喷洒控制，物料管理，安全防护。
10.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：电力供应系统的工作方式：是以 可充电电池系统（15） 作为动力源；可充电电池系统（15） 带电量感应器，防过充过放保护。
11.根据权利要求1所述的远程操控可扩展空中线性多点喷洒系统，其特征在于：调节和维持高度系统 的工作方式：高度调节器（5） 是由步进电机带动滚轮组成，通过 缆绳（9）连接 滚轮拖车（16） 上的 缆绳储备箱（12） ，通过 主控板（14） 控制，利用 缆绳（9） 的重量，利用绞上或者放下缆绳来调节和维持高度；缆绳（9） 的总重量应该大于 浮空气囊（1）所能负载的重量；缆绳（9） 长度应该大于3米，一端固定在 高度调节器（5） 上，另一端固定在 缆绳储备箱（12） 里，多余的部分放置在缆绳储备箱（12） 中。
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