CN108750116A - 一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置和控制方法，包括集风导流机构、种料箱、分道排种机构、条播喷种机构和控制模块。集风导流机构固定安装在无人飞机的机身上，设有集风舱；种料箱安装在集风舱内部；分道排种机构包括刷种滚轮、窝槽滚轮、接种斗和排种管道，所述接种斗与种料箱的底部固定连接，排种管道与接种斗底部的出口连接；条播喷种机构安装在集风导流机构的底部，包括多个条播喷种单元，所述条播喷种单元内部设有文丘里结构。本发明在农用无人飞机低空精准作业平台的基础上，通过对播种机构的改进，高效利用无人风机旋翼的下压风场，实现种粒深层入土，种苗均匀成行，以提高播种成活率和农艺适用性，且控制方法简单，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明属于农用无人飞机低空精准作业技术领域，具体为一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置及控制方法。
背景技术
由于传统地面机械在水田、山地丘陵等特殊地面行走环境中，田间作业适应性受到严重限制，具有作业地形适应性强、自主导航控制技术先进等特点的农用无人飞机低空精准作业平台，已经被应用到植保施药、种肥撒播、辅助授粉及农情监测等领域，尤其是农用无人飞机播种作业具有效率高、成本低、农田适应性强等显著优势，被逐渐推广。但是，现有农用无人飞机播种作业主要采用抛撒播种形式，尚存在诸多问题：首先，抛撒种子只能散落于土壤表面，种子入土深度浅，发芽率低；其次，抛撒种粒呈无规律散落，无法实现行距一致、粒距均匀的精准播种农艺要求；再次，抛撒播装置出种速度可控性不强，排种量与作业参数实时匹配性不高。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置及控制方法，以改善现有技术的不足。
为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：
一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，包括集风导流机构、种料箱、分道排种机构、条播喷种机构和控制模块；
所述集风导流机构固定安装在无人飞机的机身上，包括集风舱，所述集风舱设有左右两个集风口，两集风口对称设置在无人飞机旋翼的下方；
所述种料箱安装在集风舱内部，种料箱的顶部设有投料口，底部设有排料口，所述排料口由种料箱底板切口和位于种料箱一侧的侧板切口拼合构成，所述底板切口的外沿设有多个平行的矩形轮槽，所述矩形轮槽朝垂直于所述侧板的方向开口，所述侧板切口的顶部设有一抑流挡板，所述抑流挡板的一端固定在种料箱的侧壁上，另一端悬空，位于排料口的上方，所述抑流挡板的底面呈圆弧形；
所述分道排种机构包括刷种滚轮、窝槽滚轮、多个接种斗和多条排种管道；
所述刷种滚轮安装在抑流挡板的下方，表面刷毛与抑流挡板的弧形底面贴合；
所述窝槽滚轮设置在种料箱外，位于刷种滚轮的斜下方，与刷种滚轮保持平行；窝槽滚轮由中心轮轴和固定在中心轮轴上的多个凸轮构成，所述凸轮与所述矩形轮槽一一对应，凸轮顶部透过所述矩形轮槽，凸出于种料箱的底板，与刷种滚轮的外圆弧面相切，同刷种滚轮配合挡住所述排料口；所述凸轮的圆周面上设有凹陷的窝槽，在旋转驱动设备带动下，凸轮的顶端始终朝靠近刷种滚轮的方向旋转，刷种滚轮与窝槽滚轮的转向相同，带动刷种滚轮和窝槽滚轮的旋转驱动设备与所述控制模块连接；
所述接种斗与种料箱的底部固定连接，窝槽滚轮的凸轮安装在所述接种斗内，凸轮与接种斗一一对应；
所述排种管道与接种斗底部的出口连接，随着窝槽滚轮的旋转，种料通过凸轮上窝槽的搬运，自种料箱内被转移至接种斗内，再通过排种管道输送到条播喷种机构；
所述条播喷种机构安装在集风导流机构的底部，包括多个条播喷种单元，所述条播喷种单元内部设有文丘里结构，所述文丘里结构的顶端为进风口，接入所述集风舱的内腔，中部为混合腔，底端设有喷种出口，所述进风口通过渐缩管段与混合腔连接，混合腔出口通过渐扩的管段与喷种出口连接，混合腔侧壁上设有连接所述排种管道的进种口。
在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：
所述种料箱内安装有多个“倒V型”梳种隔板，且在竖直方向上不重叠。
以窝槽滚轮为中点，所述接种斗在与刷种滚轮相对一侧的斗壁上开有通风窗口。
所述种料箱的壳体由直型侧板和弧形壳罩拼接构成，所述侧臂直板固定在集风舱的内侧壁上，弧形壳罩与集风舱外侧壁之间形成导流通道。
所述集风舱的集风口呈半圆形，设置在靠近旋翼中心的位置；所述集风舱的两侧设有向外延伸的两臂，且集风舱两臂的内腔向外逐渐缩小。
所述集风口的半径不超过旋翼半径的25%。
所述条播喷种机构包括纵向导轨，所述条播喷种单元安装在所述纵向导轨上，使条播喷种单元的间距可调。
所述条播装置设有控制各个条播喷种单元在纵向导轨上移动的直线驱动设备，所述直线驱动设备与所述控制模块连接。
一种装配上述条播装置的无人飞机控制方法，其特征在于，根据预设播种密度，通过调节飞机前进速度或涡槽滚轮的转速控制播种的苗间距。
进一步的，在集风导流机构的底部设置纵向导轨，将所述条播喷种单元安装在所述纵向导轨上，并设置控制各个条播喷种单元在纵向导轨上移动的直线驱动设备，所述直线驱动设备与所述控制模块连接，根据规划航线和预设播种密度，通过调节各条播喷种单元的间距控制播种的行间距。
有益效果：
本发明在农用无人飞机低空精准作业平台的基础上，通过对播种机构的改进，高效利用无人风机旋翼的下压风场，实现种粒深层入土，种苗均匀成行，以提高播种成活率和农艺适用性，且能耗低，控制方法简单，适合推广使用。
附图说明
图1为装配条播装置的无人飞机的整体结构示意图；
图2为位于无人机一侧的条播装置局部结构示意图；
图3为种料箱的整体结构示意图；
图4为种料箱的横向剖面结构示意图；
图5为种料箱的纵向剖面结构示意图；
图6为分道排种机构的结构示意图；
图7为刷种滚轮与窝槽滚轮的结构示意图；
图8为条播喷种机构的结构示意图；
图9为本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做具体的介绍。
实施例一：
如图1至图8所示，一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，包括集风导流机构1、种料箱2、分道排种机构3、条播喷种机构4和控制模块等组成部分。
如图1所示，集风导流机构1固定安装在无人飞机的机身上，以无人飞机为中心，两侧结构对称。
如图2所示，所述集风导流机构1设有集风舱，所述集风舱设有左右两个集风口，两集风口对称设置在无人飞机旋翼的下方。所述集风口呈半圆形，设置在靠近旋翼中心的位置（其直径侧朝内，圆弧侧朝外），且集风口的半径不超过旋翼半径的25%，以确保旋翼下压风场升力充足，保障无人风机的机动性能。所述集风舱的两侧设有向外延伸的两臂，且集风舱两臂内腔的横截面尺寸向外逐渐缩小，以确保远端的风压，使风力均匀的传播至条播喷种机构4中。
所述种料箱2安装在集风舱内部，左右两个集风口内各设有一个。如图3、图4所示，所述种料箱2的壳体由直型侧板和弧形壳罩拼接构成，所述直型侧板固定在集风舱的内侧壁上，弧形壳罩与集风舱舱壁之间形成导流通道。种料箱2的顶部设有投料口，底部设有排料口。所述排料口由种料箱底板切口和侧板切口拼合构成，所述底板切口的外沿设有多个平行的矩形轮槽2-3，所述矩形轮槽2-3朝垂直于所述侧板的方向开口。所述侧板切口的顶部设有一抑流挡板2-1，所述抑流挡板2-1的一端固定在种料箱2的侧板上，另一端悬空，位于排料口的上方，所述抑流挡板2-1的底面呈圆弧形。种料箱2的底面设有一组对应的轴座，用于安装窝槽滚轮3-2。如图5所示，所述种料箱2内安装有呈三角形排列的三个“倒V型”梳种隔板，种料在重力作用下落过程中，由梳种隔板进行分割疏导，以提高种料排放流畅性。
如图6所示，所述分道排种机构3包括刷种滚轮3-1、窝槽滚轮3-2、多个接种斗3-4和多条排种管道3-5，所述排种管道3-5采用容易弯折定型的软管。所述刷种滚轮3-1安装在抑流挡板2-1的下方，由中心辊和附着在中心辊表面的尼龙刷毛构成，刷种滚轮3-1的表面刷毛与抑流挡板2-1的弧形底面紧密贴合（可采用过盈配合）。所述窝槽滚轮3-2设置在种料箱2下方，位于刷种滚轮3-1的斜下方，与刷种滚轮3-1保持平行；窝槽滚轮3-2由中心轮轴和固定在中心轮轴上的多个凸轮构成，所述凸轮与所述矩形轮槽2-3一一对应，凸轮顶部透过所述矩形轮槽2-3，凸出于种料箱2的底面，与刷种滚轮3-1的外圆弧面相切，同刷种滚轮3-1配合挡住所述排料口；所述凸轮的圆周面上设有均匀分布的多个凹陷的窝槽3-3，在旋转驱动设备带动下，凸轮的顶端始终朝靠近刷种滚轮3-1的方向旋转，刷种滚轮3-1与窝槽滚轮3-2的转向相同，如图6所示的逆时针。本实施例中，带动刷种滚轮3-1和窝槽滚轮3-2的旋转驱动设备采用伺服电机，所述伺服电机与所述控制模块连接，由控制模块控制启停。
所述接种斗3-4固定连接在种料箱2的底部，窝槽滚轮3-2中心轮轴的两端安装在所述轴座2-4上，各个凸轮安装在对应的接种斗3-4内。
所述排种管道3-5进口与接种斗3-4底部的出口连接.
在刷种滚轮3-1和窝槽滚轮3-2的旋转过程中，刷种滚轮3-1向上携带的种料被抑流挡板2-1阻挡，抑制种料外溢；所述刷种滚轮3-1自窝槽3-3表面刷过，可保证每个窝槽3-3内盛载的种料等量；当窝槽3-3处于种料箱2内部时，种料在重力作用下落入窝槽3-3，当窝槽随着窝槽滚轮3-2转到下方时，落入接种斗3-4内。以窝槽滚轮为中间位置，所述接种斗3-4在与刷种滚轮3-1相对的一侧斗壁上开有通风窗口，即窝槽3-3转到对应通风窗口的位置时，种料已排空。
如图8所述，所述条播喷种机构4安装在集风导流机构1的底部，包括等距排列的多个条播喷种单元，所述条播喷种单元内部设有文丘里结构，所述文丘里结构的顶端为进风口，接入所述集风舱的内腔，中部为混合腔，底端设有喷种出口，所述进风口通过渐缩管段与混合腔连接，混合腔出口通过渐扩的管段与喷种出口连接，混合腔侧壁上设有连接排种管道3-5出口的进种口。
本实施例中，所述集风舱的底部封闭，条播喷种单元与集风舱为一体结构，即所述文丘里结构的进风口与集风舱内腔直接相通，在下压风力的带动下，在文丘里结构内部形成吸入负压，将接种斗3-4内的种料吸入混合腔中，之后被喷射至地面，除重力作用外，旋翼下压风场可种料进一步加速，实现深层条播。
所述控制模块可采用采用32位高性能STM32F103微控制器作为主控芯片。
装配上述条播装置的无人飞机作业控制方法，过程如下：
根据目标作业田块的信息、播种农艺要求，通过地面控制端规划播种航线，以及预播种的密度，形成作业规划并上传至无人飞机的机载控制端，机载控制端通过飞行控制系统调节飞机前进速度，或者通过包含所述控制模块的变量播种系统调节窝槽滚轮的转速，实现调节播种苗间距（即同行相邻播种位的距离）的目的。
实施例二：
与实施例一不同的是，本实施例中：
1）所述条播喷种机构4包括纵向（垂直于播种行的方向）导轨，所述条播喷种单元通过滑块安装在所述纵向导轨上，且设有控制各个条播喷种单元在纵向导轨上移动的直线驱动设备，所述直线驱动设备与所述控制模块连接；
2）所述集气舱的底部设有多个排气口，所述条播喷种单元作为活动单元，其进风口可通过软管与集气舱的排气口一一连接。
在实施例一的基础上，本实施例控制方法还可通过调节各条播喷种单元的间距控制播种的行间距，其流程如图9所示，实现自主导航及精准播种。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，包括集风导流机构（1）、种料箱（2）、分道排种机构（3）、条播喷种机构（4）和控制模块；
所述集风导流机构（1）固定安装在无人飞机的机身上，包括集风舱，所述集风舱设有左右两个集风口，两集风口对称设置在无人飞机旋翼的下方；
所述种料箱（2）安装在集风舱内部，种料箱（2）的顶部设有投料口，底部设有排料口，所述排料口由种料箱底板切口和位于种料箱一侧的侧板切口拼合构成，所述底板切口的外沿设有多个平行的矩形轮槽（2-3），所述矩形轮槽（2-3）朝垂直于所述侧板的方向开口，所述侧板切口的顶部设有一抑流挡板（2-1），所述抑流挡板（2-1）的一端固定在种料箱（2）的侧板上，另一端悬空，位于排料口的上方，抑流挡板的底面呈圆弧形；
所述分道排种机构（3）包括刷种滚轮（3-1）、窝槽滚轮（3-2）、多个接种斗（3-4）和多条排种管道（3-5），所述刷种滚轮（3-1）安装在抑流挡板（2-1）的下方，表面刷毛与抑流挡板（2-1）的弧形底面贴合；
所述窝槽滚轮（3-2）设置在种料箱（2）外，位于刷种滚轮（3-1）的斜下方，与刷种滚轮（3-1）保持平行；窝槽滚轮（3-2）由中心轮轴和固定在中心轮轴上的多个凸轮构成，所述凸轮与所述矩形轮槽（2-3）一一对应，凸轮顶部透过所述矩形轮槽（2-3），凸出于种料箱（2）的底面，与刷种滚轮（3-1）的外圆弧面相切，同刷种滚轮（3-1）配合挡住所述排料口；所述凸轮的圆周面上设有凹陷的窝槽（3-3），在旋转驱动设备的带动下，凸轮的顶端始终朝靠近刷种滚轮（3-1）的方向旋转，刷种滚轮（3-1）与窝槽滚轮（3-2）的转向相同，带动刷种滚轮（3-1）和窝槽滚轮（3-2）的旋转驱动设备与所述控制模块连接；
所述接种斗（3-4）与种料箱（2）的底部固定连接，窝槽滚轮（3-2）的凸轮安装在所述接种斗（3-4）内，凸轮与接种斗（3-4）一一对应；
所述排种管道（3-5）与接种斗（3-4）底部的出口连接，随着窝槽滚轮（3-2）的旋转，种料通过凸轮上窝槽（3-3）的搬运，自种料箱（2）内被转移至接种斗（3-4）内，再通过排种管道（3-5）输送到条播喷种机构（4）；
所述条播喷种机构（4）安装在集风导流机构（1）的底部，包括多个条播喷种单元，所述条播喷种单元内部设有文丘里结构，所述文丘里结构的顶端为进风口，接入所述集风舱的内腔，中部为混合腔，底端设有喷种出口，所述进风口通过渐缩管段与混合腔连接，混合腔出口通过渐扩的管段与喷种出口连接，混合腔侧壁上设有连接所述排种管道（3-5）的进种口。
2.根据权利要求1所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，所述种料箱（2）内安装有多个“倒V型”梳种隔板，且在竖直方向上不重叠。
3.根据权利要求1所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，以窝槽滚轮（3-2）为中点，所述接种斗（3-3）在与刷种滚轮（3-1）相对一侧的斗壁上开有通风窗口。
4.根据权利要求1所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于：所述种料箱的壳体由直型侧板和弧形壳罩拼接构成，所述直型侧板固定在集风舱的内侧壁上，弧形壳罩与集风舱舱壁之间形成导流通道。
5.根据权利要求1所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于：所述集风舱的集风口呈半圆形，设置在靠近旋翼中心的位置；所述集风舱的两侧设有向外延伸的两臂，且集风舱两臂的内腔向外逐渐缩小。
6.根据权利要求5所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于：所述集风口的半径不超过旋翼半径的25%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，所述条播喷种机构（4）包括纵向导轨，所述条播喷种单元安装在所述纵向导轨上，使条播喷种单元的间距可调。
8.根据权利要求7所述的一种农用无人飞机集风下压式精准条播装置，其特征在于，设有控制各个条播喷种单元在纵向导轨上移动的直线驱动设备，所述直线驱动设备与所述控制模块连接。
9.一种装配如权利要求1-6中任一项条播装置的无人飞机控制方法，其特征在于，根据预设播种密度，通过调节飞机前进速度或涡槽滚轮的转速控制播种的苗间距。
10.根据权利要求9所述的一种无人飞机控制方法，其特征在于，在集风导流机构（1）的底部设置纵向导轨，将所述条播喷种单元安装在所述纵向导轨上，并设置控制各个条播喷种单元在纵向导轨上移动的直线驱动设备，所述直线驱动设备与所述控制模块连接，根据规划航线和预设播种密度，通过调节各条播喷种单元的间距控制播种的行间距。
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