CN108715234A - 一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，包括：架体、旋翼单元、喷洒单元、驱动单元及控制单元；本发明通过对各喷施作业参数进行设置，模拟测试多旋翼植保无人机在不同喷施作业参数条件下的喷洒性能，通过测量不同作业参数条件下多旋翼植保无人机的实验喷洒结果，预测多旋翼植保无人机真实作业的喷洒质量及效果，该实验平台解决现阶段平台实验通用性不强，田间实验复杂等问题，同时，多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台中的杆架螺纹杆与喷洒杆、旋翼杆的配合，能模拟不同类型的植保无人机的喷头和旋翼布局，为植保无人机的喷洒性能研究及改进提供参考，为多旋翼植保无人机的喷洒参数优化及结构设计提供便捷。

Description

一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台

技术领域

本发明涉及农业航空喷洒技术领域，尤其涉及一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台。

背景技术

多旋翼植保无人机的喷洒作业性能设计及优化过程中，需对有关喷洒作业参数条件下的喷洒数据进行采集与分析，检验各喷洒作业条件下，植保无人机相关设计的合理性和可靠性。目前植保无人机喷洒作业实验基本在田间完成，田间实验存在诸多如自然风，温差变化，湿度变化等不可控环境变量，对植保无人机喷洒变量的实验结果产生影响和偏差。因此田间喷洒实验具有不可重复性，为植保无人机的设计与优化带来不便。

基于此，需要一种实用便捷、可靠的综合性多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台被设计出来。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种实用便捷、可靠的综合性多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台。

本发明是通过以下技术方案实现：

本发明例示的第一方面涉及一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，包括：

架体，所述架体为n型，用于提供安装位置，所述架体上方中部设置有直线导轨，所述直线导轨上通过滑块可滑动安装有挂载杆架，所述挂载杆架可拆卸连接在滑块上，所述挂载杆架上从上往下依次设置有旋翼杆和喷洒杆；

旋翼单元，包括旋翼和与旋翼连接的旋翼电机，所述旋翼电机可拆卸设置在旋翼杆上；

喷洒单元，包括喷头，所述喷头可拆卸安装在喷洒杆上；

驱动单元，安装在架体的下端，用于驱动架体在放置平面上移动；及

控制单元，设置在架体上端的工作面上，所述控制单元内设置有控制系统，所述控制单元分别电性连接旋翼单元、喷洒单元和驱动单元；

其中，所述旋翼单元、喷洒单元、驱动单元和控制单元分别通过电线与外接电源连接，所述旋翼单元、喷洒单元和驱动单元在控制系统的控制下分别进行相应的动作姿态。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第二方面为，所述滑块内还设置有用于调整挂载杆架与竖直方向的夹角的调整结构，所述调整结构位于挂载杆架的上方，所述调整结构为弧形连接件，所述弧形连接件上设置有弧形孔，所述弧形孔边缘上对应设置有角度刻度，所述弧形连接件的一端可拆卸设置在滑块内，另一端伸出滑块，所述挂载杆架的上端部通过螺栓结构卡接在弧形孔内。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第三方面为，所述直线导轨、旋翼杆和喷洒杆上分别设置有距离刻度。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第四方面为，所述挂载杆架的杆体上设置有螺纹，所述旋翼杆和喷洒杆的中心均设置有通孔，所述旋翼杆和喷洒杆通过对应的通孔套接在挂载杆架的杆体上并分别通过对应的通孔两侧的夹紧螺母可拆卸夹紧固定在挂载杆架的杆体上，所述夹紧螺母与对应通孔之间还设置有橡胶垫圈。

在第四方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第五方面为，所述旋翼杆为一字型或十字形或井字形或米字型，所述喷洒杆为一字型或十字形或井字形或米字型。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第六方面为，所述架体为由横杆与支撑杆组成的n型结构，所述支撑杆对称设置有四根且为可伸缩的支撑杆结构，所述直线导轨上还设置有限位器，用于对滑块的运动进行限位。

在第六方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第七方面为，驱动单元包括驱动轮、皮带、驱动电机和与控制系统连接的电机驱动器，所述驱动轮和驱动电机安装设置在支撑杆下端，所述驱动轮和驱动电机数量与支撑杆数量一致，所述驱动轮通过皮带连接驱动电机，所述电机驱动器通过螺栓可拆卸安装在架体上方的工作面上。

在第六方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第八方面为，喷洒单元还包括药液箱、水泵、水泵调节器、三通、压力传感器、流量传感器、药液监测箱和塑料软管，所述药液箱通过螺钉安装于横杆上，水泵安装于药液箱出口侧，所述压力传感器和流量传感器安装于药液监测箱中，所述药液监测箱设置药液进口和药液出口，药液监测箱安装在横杆上，所述水泵调节器内置于控制单元内；

其中，所述水泵调节器分别电性连接水泵和控制单元，水泵入口通过塑料软管连接药液箱出口，水泵出口通过塑料软管依次连接压力传感器、流量传感器和三通，所述压力传感器和流量传感器与控制系统连接以传递监测信号，所述三通个数与喷头数量相适配，所述三通通过塑料软管连接对应喷头。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第九方面为，所述旋翼单元还包括调速器，所述调速器设置在控制单元内，所述调速器分别与旋翼电机、控制系统相连接，所述控制系统对调速器发送指令信号以实现对旋翼电机的控制。

在第一方面所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台的基础上，本发明例示的第十方面为，所述控制单元内设置有无线模块，无线模块与终端控制器通过无线信号连接。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对各喷施作业参数进行设置，模拟测试多旋翼植保无人机在不同喷施作业参数条件下的喷洒性能，通过测量不同作业参数条件下多旋翼植保无人机的实验喷洒结果，预测多旋翼植保无人机真实作业的喷洒质量及效果，该实验平台解决现阶段平台实验通用性不强，田间实验复杂等问题，同时，多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台中的杆架螺纹杆与喷洒杆、旋翼杆的配合，能模拟不同类型的植保无人机的喷头和旋翼布局，为质保无人机的喷洒性能研究及改进提供参考，为多旋翼植保无人机的喷洒参数优化及结构设计提供便捷。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图：

图2为本发明的另一视角示意图：

图3为本发明的挂载杆架26示意图：

图4为本发明的挂载杆架26另一视角示意图：

图5为本发明的直线导轨20示意图：

图6为本发明弧形连接件43示意图：

图7为本发明中旋翼38和喷头41布局示意图：

图8为本发明上层示意图：

图9为本发明上层另一视角示意图：

图10为本发明驱动轮53装置示意图：

图11为本发明架体参数调节简图：

图12为本发明连接示意图；

其中：

1-支撑杆一，2-支撑杆二，3-支撑杆三，4支撑杆四，5-短横杆一，6-短横杆二，7-短横杆三，8-短横杆四，9-短横杆五，10-短横杆六，11-长横杆一，12-长横杆二，13-长横杆三，14-长横杆四，15-载物横杆一，16-载物横杆二，17-载物横杆三，18-载物横杆四，19-载物横杆五，20-直线导轨，21-支撑杆螺栓，22-角件，23-螺栓一，24-螺栓二，25-螺栓三，26-挂载杆架，27-固定螺母一，28-固定螺母二，29-固定螺母三，30-固定螺母四，31-橡胶垫圈一，32橡胶垫圈二，33橡胶垫圈三，34-橡胶垫圈四，35-旋翼杆，36-喷洒杆，37-旋翼电机，38-旋翼，39-管子夹一，40-管子夹二，41-喷头，42-滑块，43-弧形连接件，44-控制单元，45-药液箱，46-药液监测箱，47-水泵，48-液体进口，49-液体出口，50-电机驱动器，51-电源线接口，52-伺服电机，53-驱动轮，54-传动皮带，55-药液箱出口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图12，一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，包括：

架体，所述架体为n型，用于提供安装位置，所述架体上方中部设置有直线导轨20，所述直线导轨20上通过滑块可滑动安装有挂载杆架26，所述挂载杆架可拆卸连接在滑块上，所述挂载杆架26上从上往下依次设置有旋翼杆35和喷洒杆36；

旋翼单元，包括旋翼38和与旋翼38连接的旋翼电机37，所述旋翼电机37可拆卸设置在旋翼杆35上；

喷洒单元，包括喷头41，所述喷头41可拆卸安装在喷洒杆36上；

驱动单元，安装在架体的下端，用于驱动架体在放置平面上移动；及

控制单元44，设置在架体上端的工作面上，所述控制单元44内设置有控制系统，所述控制单元44分别电性连接旋翼单元、喷洒单元和驱动单元；

其中，所述旋翼单元、喷洒单元、驱动单元和控制单元44分别通过电线与外接电源连接，所述旋翼单元、喷洒单元和驱动单元在控制系统的控制下分别进行相应的动作姿态。

具体实施时，所述滑块42内还设置有用于调整挂载杆架26与竖直方向的夹角的调整结构，所述调整结构位于挂载杆架26的上方，所述调整结构为弧形连接件43，所述弧形连接件43上设置有弧形孔，所述弧形孔边缘上对应设置有角度刻度，所述弧形连接件43的一端可拆卸设置在滑块内，另一端伸出滑块，所述挂载杆架26的上端部通过螺栓结构卡接在弧形孔内。

具体实施时，所述直线导轨20、旋翼杆35和喷洒杆36上分别设置有距离刻度。

具体实施时，所述挂载杆架26的杆体上设置有螺纹，所述旋翼杆35和喷洒杆36的中心均设置有通孔，所述旋翼杆35和喷洒杆36通过对应的通孔套接在挂载杆架26的杆体上并分别通过对应的通孔两侧的夹紧螺母可拆卸夹紧固定在挂载杆架26的杆体上，所述夹紧螺母与对应通孔之间还设置有橡胶垫圈。

在上述技术方案中，如图4所示，滑块42与直线导轨20配合实现位置调节，通过直线导轨20上的孔位实现位置固定，挂载杆架26置于滑块42中间槽位中，并且挂载杆架26分别与滑块42下端和弧形连接件43通过螺栓一25、螺栓三23连接。弧形连接件43通过螺栓24、螺栓23分别与滑块42中端和挂载杆架26上端连接。

挂载杆架26穿过旋翼杆35中间的通孔，固定螺母一27、橡胶垫圈一31与固定螺母二28、橡胶垫圈二32在挂载杆架26上对旋翼杆35中部夹紧固定，管子夹一39安装在旋翼杆35上，旋翼电机37通过螺丝与管子夹一39结合，旋翼38安装在旋翼电机37的转轴上，且旋翼电机38转轴朝上，挂载杆架26穿过喷洒杆36中间的通孔，固定螺母三29、橡胶垫圈三33与固定螺母四30、橡胶垫圈四34在挂载杆架26上对喷洒杆36夹紧固定。管子夹二40安装在喷洒杆36上。喷头41通过螺丝与管子夹二40结合，且喷头41出口方向朝下。

具体实施时，所述旋翼杆35为一字型或十字形或井字形或米字型，所述喷洒杆36为一字型或十字形或井字形或米字型，根据数量要求不同，可自行选择，或者更换其他不同的形状。

具体实施时，所述架体为由横杆与支撑杆组成的n型结构，所述支撑杆对称设置有四根且为可伸缩的支撑杆结构，所述直线导轨20上还设置有限位器，用于对滑块的运动进行限位。

在上述技术方案中，使用时，如图1所示，架体包括：

四根支撑杆，分别为支撑杆一1，支撑杆二2，支撑杆三3，支撑杆四4；

六根短横杆，分别为短横杆一5，短横杆二6，短横杆三7，短横杆四8，短横杆五9，短横杆六10；四根长横杆，分别为长横杆一11，长横杆二12，长横杆三13，长横杆四14；

五根载物横杆，分别为载物横杆一15，载物横杆二16，载物横杆三17，载物横杆四18，载物横杆五19；

直线导轨20；

支撑杆螺栓21；以及角件22。

支撑杆一1的中端和支撑杆二2的中端使用短横杆三7连接，支撑杆1的下端和支撑杆2的下端使用短横杆五9连接，用角件22在连接处固定。支撑杆三3的中端和支撑杆四4的中端使用短横杆四8连接，支撑杆三3的下端和支撑杆四4的下端使用短横杆六10连接，用角件22在各连接处固定，支撑杆一1上端和支撑杆三3上端使用长横杆四14连接，连接处使用角件22固定，支撑杆二2上端和支撑杆四4上端使用长横杆11连接，连接处使用角件22固定，在支撑杆一1和支撑杆二2一侧，使用短横杆一5将长横杆一11与长横杆四14连接，并使用角件22在连接处固定。靠支撑杆三3和支撑杆四4一侧，使用短横杆二6将长横杆一11和长横杆四14另一端连接，并使用角件在连接处固定。上层横杆交错，增强架体结构稳定性及可靠性。

长横杆二12与长横杆三13安装在短横杆一5、短横杆二6上方中后部分，使用角件22固定。在长横杆二12和长横杆三13上，从右到左依次安装有载物横杆一15，载物横杆二16，载物横杆三17，载物横杆四18，载物横杆五19，通过角件22固定，直线导轨20的两端分别安装于短横杆一5与短横杆二6的中心处，使用螺栓固定连接。

具体实施时，驱动单元包括驱动轮53、皮带、驱动电机和与控制系统连接的电机驱动器50，所述驱动轮53和驱动电机安装设置在支撑杆下端，所述驱动轮53和驱动电机数量与支撑杆数量一致，所述驱动轮53通过皮带连接驱动电机，所述电机驱动器50通过螺栓可拆卸安装在架体上方的工作面上。

在上述技术方案中，使用时，如图8和图10所示，驱动单元包括电机驱动器50、四个伺服电机52、四个驱动轮53、四根传动皮带54。支撑杆下方安装有驱动轮53，动力由伺服电机52通过传动皮带54提供。控制单元44发出的控制信号通过电机驱动器50实现对伺服电机52转数、方向的控制，实验平台通过电源线接口51由外界提供电源动力。

具体实施时，喷洒单元还包括药液箱45、水泵47、水泵调节器、三通、压力传感器、流量传感器、药液监测箱46和塑料软管，所述药液箱45通过螺钉安装于横杆上，水泵47安装于药液箱45出口侧，所述压力传感器和流量传感器安装于药液监测箱46中，所述药液监测箱46设置药液进口和药液出口，药液监测箱46安装在横杆上，所述水泵调节器内置于控制单元44内；

其中，所述水泵47调节器分别电性连接水泵47和控制单元44，水泵47入口通过塑料软管连接药液箱45出口，水泵47出口通过塑料软管依次连接压力传感器、流量传感器和三通，所述压力传感器和流量传感器与控制系统连接以传递监测信号，所述三通个数与喷头41数量相适配，所述三通通过塑料软管连接对应喷头41。

在上述技术方案中，使用时，如图9所示，药液监测箱46内置水泵调节器、压力传感器和流量传感器，药液箱45通过螺栓安装于长横杆二12与长横杆三13之间，水泵47通过螺栓安装在药液箱45底部，药液由水泵47从药液箱出口55抽出，导入药液监测箱46液体进口48，再经其内置水泵调节器及传感器从药液监测箱46液体出口49导出，再经塑料软管进入喷头41。药液监测箱46通过螺栓安装在载物横杆一15和载物横杆二16上。各喷洒装置通过塑料软管连接，药液监测箱46与控制单元44相连接，喷洒单元由外接电源接口51经电源适配器供电。

具体实施时，所述旋翼单元还包括调速器，所述调速器设置在控制单元44内，所述调速器分别与旋翼电机37、控制系统相连接，所述控制系统对调速器发送指令信号以实现对旋翼电机37的控制。

在上述技术方案中，使用时，如图7所示，旋翼单元包括旋翼调速器、一个旋翼电机37、一个旋翼38，旋翼电机37通过螺丝与管子夹一39结合，管子夹一39安装在旋翼杆35上，且旋翼电机37方向朝上，旋翼38直接安装于旋翼电机37上，旋翼调速器集成于控制单元44内。

具体实施时，所述控制单元44内设置有无线模块，无线模块与终端控制器通过无线信号连接。

在上述技术方案中，使用时，如图8所示，控制单元44通过螺钉安装在载物横杆三17和载物横杆四18上，控制单元44和电源线接口51连接。

如图11和图12所示：

实验平台高度的调节，方式为：调节所有支撑杆伸缩长度并通过支撑杆螺栓将其高度固定，实现实验平台高度调节；

旋翼单元旋翼38数量和位置的调节，方式为：根据所需旋翼38数量，选取‘一’字形、‘十’字形、‘米’字形、‘井’字形等不同类型的旋翼杆35，旋翼38在旋翼杆35上的位置通过调节旋翼电机37下端的管子夹在旋翼杆35上的位置实现；

喷洒单元喷头41数量和位置的调节，方式为：根据所需喷头41数量，选取‘一’字形、‘十’字形、‘米’字形、‘井’字形等不同类型的喷洒杆36，喷头41在喷洒杆36上的位置通过调节喷头41上端的管子夹在喷洒杆36上的位置实现；

旋翼杆35和喷洒杆36间距的调节，方式为：调节旋翼杆35和喷洒杆36在杆架螺纹杆上的距离长度，并分别使用螺母和橡胶垫圈将其固定夹紧；

挂载杆架26角度调节，方式为：调节空心圆弧上两个定位螺栓之间的距离，改变挂载杆架26的杆体与竖直方向的夹角，达到调节模拟飞行角度的目的；

滑块在直线导轨20上位置调节，方式为：滑块与直线导轨20上相互配合实现滑块在直线导轨20上移动，滑块配合限位器与直线导轨20内的销钉孔将位置固定；

旋翼38转速的调节，方式为：外部遥控设备对控制系统发送指令信号，调速器对脉冲宽度进行调制，改变电路输出的电压大小，实现旋翼38电机37转速调节；

喷头41流量调节，方式为：外部遥控设备对控制系统发送指令信号，水泵调节器通过改变齿轮泵的转数，实现管路及喷头41流量调节；

实验平台行走速度调节，方式为：外部遥控设备对控制系统发送指令信号，电机驱动器50对驱动电机进行转速调节，达到调速的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于，包括：

架体，所述架体为n型，用于提供安装位置，所述架体上方中部设置有直线导轨，所述直线导轨上通过滑块可滑动安装有挂载杆架，所述挂载杆架可拆卸连接在滑块上，所述挂载杆架上从上往下依次设置有旋翼杆和喷洒杆；

旋翼单元，包括旋翼和与旋翼连接的旋翼电机，所述旋翼电机可拆卸设置在旋翼杆上；

喷洒单元，包括喷头，所述喷头可拆卸安装在喷洒杆上；

驱动单元，安装在架体的下端，用于驱动架体在放置平面上移动；及

控制单元，设置在架体上端的工作面上，所述控制单元内设置有控制系统，所述控制单元分别电性连接旋翼单元、喷洒单元和驱动单元；

其中，所述旋翼单元、喷洒单元、驱动单元和控制单元分别通过电线与外接电源连接，所述旋翼单元、喷洒单元和驱动单元在控制系统的控制下分别进行相应的动作姿态。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述滑块内还设置有用于调整挂载杆架与竖直方向的夹角的调整结构，所述调整结构位于挂载杆架的上方，所述调整结构为弧形连接件，所述弧形连接件上设置有弧形孔，所述弧形孔边缘上对应设置有角度刻度，所述弧形连接件的一端可拆卸设置在滑块内，另一端伸出滑块，所述挂载杆架的上端部通过螺栓结构卡接在弧形孔内。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述直线导轨、旋翼杆和喷洒杆上分别设置有距离刻度。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述挂载杆架的杆体上设置有螺纹，所述旋翼杆和喷洒杆的中心均设置有通孔，所述旋翼杆和喷洒杆通过对应的通孔套接在挂载杆架的杆体上并分别通过对应的通孔两侧的夹紧螺母可拆卸夹紧固定在挂载杆架的杆体上，所述夹紧螺母与对应通孔之间还设置有橡胶垫圈。

5.根据权利要求4所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述旋翼杆为一字型或十字形或井字形或米字型，所述喷洒杆为一字型或十字形或井字形或米字型。

6.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述架体为由横杆与支撑杆组成的n型结构，所述支撑杆对称设置有四根且为可伸缩的支撑杆结构，所述直线导轨上还设置有限位器，用于对滑块的运动进行限位。

7.根据权利要求6所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：驱动单元包括驱动轮、皮带、驱动电机和与控制系统连接的电机驱动器，所述驱动轮和驱动电机安装设置在支撑杆下端，所述驱动轮和驱动电机数量与支撑杆数量一致，所述驱动轮通过皮带连接驱动电机，所述电机驱动器通过螺栓可拆卸安装在架体上方的工作面上。

8.根据权利要求6所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：喷洒单元还包括药液箱、水泵、水泵调节器、三通、压力传感器、流量传感器、药液监测箱和塑料软管，所述药液箱通过螺钉安装于横杆上，水泵安装于药液箱出口侧，所述压力传感器和流量传感器安装于药液监测箱中，所述药液监测箱设置药液进口和药液出口，药液监测箱安装在横杆上，所述水泵调节器内置于控制单元内；

其中，所述水泵调节器分别电性连接水泵和控制单元，水泵入口通过塑料软管连接药液箱出口，水泵出口通过塑料软管依次连接压力传感器、流量传感器和三通，所述压力传感器和流量传感器与控制系统连接以传递监测信号，所述三通个数与喷头数量相适配，所述三通通过塑料软管连接对应喷头。

9.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述旋翼单元还包括调速器，所述调速器设置在控制单元内，所述调速器分别与旋翼电机、控制系统相连接，所述控制系统对调速器发送指令信号以实现对旋翼电机的控制。

10.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机模拟喷洒实验平台，其特征在于：所述控制单元内设置有无线模块，无线模块与终端控制器通过无线信号连接。