CN108990945A - 一种超宽喷幅多旋翼植保无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽喷幅多旋翼植保无人机，涉及多旋翼无人飞行器系统和无人机农业植保技术领域，其包括机架、控制无人机飞行的飞行控制系统、喷洒药液的药液喷洒系统和安装于机架的若干控制无人机的运动及姿态的第一旋翼，还包括为无人机供电的电源系统和支撑无人机放置于地面时的起落架系统，机架包括超长龙骨杆，药液喷洒系统包括若干喷头，若干喷头沿超长龙骨杆的长度方向一字型安装于超长龙骨杆下方，实现超宽喷幅药液喷洒，提高喷洒效率；还包括安装于超长龙骨杆上方的能够产生恒定升力的若干第二旋翼，旋转的若干第二旋翼能够产生匹配若干喷头喷出液体流场的下洗气流风场，提高药液喷洒的均匀性和渗透性，提高喷洒效果。

Description

一种超宽喷幅多旋翼植保无人机

技术领域

本发明涉及多旋翼无人飞行器系统和无人机农业植保技术领域，具体涉及一种超宽喷幅多旋翼植保无人机。

背景技术

多旋翼无人机在农业植保领域得到了广泛的应用，工作时，无人机多个旋翼产生的下洗气流风场可以增加喷洒药液的渗透性，提高喷洒效果，减少农药消耗。

然而，现有的多旋翼植保无人机也存在一些不足，主要表现在下洗气流风场对药液喷洒流场的影响是非均匀、非恒定的、不可控的。首先,多旋翼植保无人机的旋翼布局普遍都是中心对称的，多机臂环绕中心机架。而植保无人机的多个喷头为一字形布置，多旋翼无人机中心机架位于一字形布置的多个喷头长度方向的中间，在喷幅远大于多旋翼的轴距时，下洗气流在整个喷幅长度方向上中间强而两端弱，是非均匀的。其次，现有无人机系统的下洗气流是旋翼在产生升力时产生的，并不是专门为增加药液均匀性和渗透性而设计的,在无人机刚起飞药液还没有被喷洒时，无人机整体重量最大，需要的升力也最大，此时下洗气流最强；随药液喷洒进行，机载药液量变少，无人机整体重量变轻，需要的升力变小，下洗气流变弱。而药液喷洒的速率是基本保持不变的，这导致下洗气流风场对药液喷洒流场的影响是非恒定的、不可控的。增加植保无人机喷药时的喷幅可以使无人机用更少时间完成同样重量的药液喷洒，从而减少无人机的留空时间，减少电量消耗，提高植保作业效率，但当前中心对称的多旋翼无人机产生的下洗气流风场在喷幅长度方向上的不均匀性会进一步恶化。

因此，如何提供一种超宽喷幅农药喷洒以提高作业效率同时可以产生比较均匀、恒定且可控的下洗气流风场以提高药液渗透性能的多旋翼植保无人机便成为了本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超宽喷幅多旋翼植保无人机。

一种超宽喷幅多旋翼植保无人机，包括机架、控制所述无人机飞行的飞行控制系统、喷洒药液的药液喷洒系统和安装于所述机架的若干控制所述无人机的运动及姿态的第一旋翼，还包括为所述无人机供电的电源系统和支撑所述无人机放置于地面时的起落架系统，所述机架包括超长龙骨杆，所述药液喷洒系统包括若干喷头，若干所述喷头沿所述超长龙骨杆的长度方向一字型安装于所述超长龙骨杆下方，还包括安装于所述超长龙骨杆上方的能够产生恒定升力的若干第二旋翼，旋转的若干所述第二旋翼能够产生匹配若干所述喷头喷出液体流场的下洗气流风场。

作为优选，所述机架还包括若干机臂对，一个所述机臂对包括两个机臂，一个所述机臂对的两个机臂于所述超长龙骨杆同一位置左右两边对称安装，所述机臂对的长度方向垂直于所述超长龙骨杆的长度方向，每一个所述机臂的远离所述超长龙骨杆的一端安装所述第一旋翼。

作为优选，所述超长龙骨杆长度远大于所述机臂长度。

作为优选，所述若干机臂对在所述超长龙骨杆长度方向上沿所述超长龙骨杆长度方向上的中点对称分布。

作为优选，所述机臂对数量为两个，两个所述机臂对之间的距离为所述超长龙骨杆的长度的二分之一至四分之一之间。

作为优选，所述超长龙骨杆为具有刚性的直杆。

作为优选，所述机臂的长度远大于所述若干第一旋翼的直径。

作为优选，还包括若干第一电机和若干第二电机，若干所述第一电机一一对应若干所述第一旋翼并安装于其下方，若干所述第二电机一一对应若干所述第二旋翼并安装于其下方，所述电源系统通过电缆线连接若干所述第一电机、若干所述第二电机和所述飞行控制系统并向其供电，所述飞行控制系统通过安装于所述旋翼下方的所述电机控制所述旋翼。

作为优选，所述电源系统为电池，所述电池安装于所述超长龙骨杆。

作为优选，所述药液喷洒系统还包括药箱、增压泵和输药管，所述药箱和所述增压泵安装于所述超长龙骨杆的中心，所述药箱通过部分所述输药管连接所述增压泵，所述增压泵通过部分所述输药管连接若干所述喷头并向其输送所述药箱内的药液。

本发明的超宽喷幅多旋翼植保无人机与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、该发明的超宽喷幅多旋翼植保无人机，包括若干第一旋翼，若干第一旋翼控制多旋翼植保无人机的运动及姿态，还包括与喷头对应的能够产生恒定升力的若干第二旋翼，且旋转的若干第二旋翼产生的下洗气流风场能够匹配若干喷头所喷洒的农药产生的液体流场。如此设置，若干第二旋翼产生的下洗气流风场能影响到所有喷头所喷洒的药液，以尽量避免现有技术中远离旋翼处的下洗气流弱而导致药液渗透不均匀情况的发生，同时，将第一旋翼和第二旋翼的主要功能合理分工，第一旋翼通过其转速的变化来控制多旋翼植保无人机的运动及姿态，比如，多旋翼无人机上设有药箱，喷洒过程中，随着药液的减少，整个多旋翼植保无人机的重量会减少，此时，只需通过若干第一旋翼的转速变化来改变其产生的升力大小从而来适应无人机重量的变化，而不需要第二旋翼参与此控制，如此，可保证第二旋翼能够产生比较恒定的升力，从而可以提高下洗气流风场的恒定性、稳定性，进而保证了药液的渗透性，可提高药液喷洒效果，同时，超长龙骨杆允许了较多喷头的安装，实现了超宽喷幅农药的喷洒，提高了喷洒作业效率。

2、安装多个机臂对，多个机臂对的安装方向均垂直于超长龙骨杆长度，且多个机臂远离超长龙骨杆的一端安装第一旋翼，若干第一旋翼在超长龙骨杆长度方向上为轴对称分布安装方式，可使升力产生分布在整个超长龙骨杆的长度方向上，能保证无人机飞行时的稳定性能。机臂对数量及其分布的合理设置，可保证超长龙骨杆的长度足够长，以便安装更多的喷头以实现多喷幅的喷洒，提高喷洒效率，其次，远离超长龙骨杆的一端安装第一旋翼，且机臂的长度远大于第一旋翼的直径，可尽量减少第一旋翼对喷头所喷洒药液所产生的不均匀且不恒定的下洗气流风场。

附图说明

图1为本发明所提供的超宽喷幅多旋翼植保无人机的一种具体实施方式的俯视结构示意图；

图2为图1的主视结构示意图。

图1-2中附图标记说明如下：

1机架，11超长龙骨杆，12机臂对，121机臂，13起落架，131支架，132滑撬；

2飞行控制系统；

3药液喷洒系统，31喷头，32药箱，33增压泵，34输药管；

4第一旋翼；

5电源系统，51电缆线；

6第二旋翼，7第一电机，8第二电机。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种超宽喷幅多旋翼植保无人机，所提供的超宽喷幅多旋翼植保无人机能够实现超宽喷幅的农药喷洒以提高作业效率，同时可以产生比较均匀、恒定且可控的下洗气流风场以提高药液渗透性能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，图1为本发明所提供的超宽喷幅多旋翼植保无人机的一种具体实施方式的俯视结构示意图，图2为图1的主视结构示意图。

本具体实施方式中，如图1和图2所示，一种超宽喷幅多旋翼植保无人机，包括机架1、飞行控制系统2、药液喷洒系统3和安装于机架1的若干第一旋翼4，若干第一旋翼4为控制无人机的运动及姿态的旋翼，飞行控制系统2通过控制若干第一旋翼4的转速来控制多旋翼植保无人机的飞行状态。同时，当无人机工作时，药液喷洒系统3用于喷洒药液，以完成植保工作，还包括为无人机供电的电源系统5和支撑无人机置于地面时的起落架系统，电源系统5可向飞行控制系统2供电，以保证飞行控制系统2具有充足的动力。其中，机架1包括超长龙骨杆11，药液喷洒系统3包括若干喷头31，若干喷头31沿超长龙骨杆11的长度方向一字型安装于超长龙骨杆11下方，还包括安装于超长龙骨杆11上方的能够产生恒定升力的若干第二旋翼6。同样，飞行控制系统2能够控制若干第二旋翼6进行旋转，而旋转的若干第二旋翼6产生的下洗气流风场能够产生匹配若干喷头31所喷洒的药液流场。

该发明中，进行运动及姿态控制的第一旋翼4的功能和产生恒定升力的第二旋翼6的功能是相对分离的，在超长龙骨杆11上安装的第二旋翼6产生部分的升力且不主动参与无人机的姿态和运动的控制，安装于机架1上控制无人机运动及姿态的第一旋翼4产生部分的升力对整个无人机姿态和运动进行主动控制。

该具体实施方式中，若干第二旋翼6产生的稳定的下洗气流风场能够匹配若干喷头31所喷洒的农药的液体流场，如此设置，若干第二旋翼6产生的下洗气流风场能影响到所有喷头31所喷洒的药液，相比于现有技术中的无人机的设计，该多旋翼植保无人机可以对药液产生均匀的下洗气流，同时，将第一旋翼4和第二旋翼6的主要功能合理分工，第一旋翼4通过其转速的变化来控制多旋翼植保无人机的运动及姿态，而不需要第二旋翼6参与此控制，如此，可保证第二旋翼6能够产生恒定的升力，从而提高了下洗气流风场的恒定性、稳定性，进而保证了药液的均匀性和渗透性，可提高药液喷洒效果。

第二旋翼6产生的升力恒定，可保持下洗气流风场强度的稳定性，保证喷药质量的稳定性，其中，药箱内药液重量变化带来的升力要求变化完全通过调整控制运动及姿态的第一旋翼4的转速来适应变化。

如图1所示，该具体实施方式中，机架1还包括若干机臂对12，其中，一个机臂对12包括两个机臂121，一个机臂对12的两个机臂121于超长龙骨杆11同一位置左右两边对称安装，机臂对12的长度方向垂直于超长龙骨杆11的长度方向，每一个机臂121的远离超长龙骨杆11的一端安装第一旋翼4。无人机的运动及姿态变化是通过若干第一旋翼4的转速改变而改变。

当然，安装第一旋翼4的机臂121的安装位置不限于此，只要保证若干第一旋翼4能够控制多旋翼植保无人机的运动及姿态变化，进而使多旋翼植保无人机稳定飞行即可。

该具体实施方式中，超长龙骨杆(11)长度远大于机臂(121)的长度，可减弱第一旋翼4产生的气流风场对喷洒药液流场的影响。

进一步的，若干机臂对12在超长龙骨杆11长度方向上沿超长龙骨杆11长度方向上的中点对称分布。

本具体实施方式中，如图1所示，机臂对12数量为两个，两个机臂对12对称于超长龙骨杆11的中心安装于超长龙骨杆11。当然，机臂对12的数量不限于只能有两个，其可以根据超长龙骨杆11的长度、喷头31数量来合理设置机臂对12，比如，机臂对12可以为三个，此时，一个机臂对12安装于超长龙骨杆11的中心，其余两个机臂对12对称于超长龙骨杆11的中心安装于超长龙骨杆11，当然，机臂对12也可以为四个。

该具体实施方式中，两个机臂对12之间的距离为超长龙骨杆11的长度的二分之一至四分之一之间。当两个机臂对12之间距离较小时，很难保证无人机的飞行可控性和稳定性，当两个机臂对12之间距离较大时，飞控模块离电机较远，会增加飞控电缆重量，所以，优选其之间的距离为超长龙骨杆11长度的二分之一至四分之一之间。

本具体实施方式中，超长龙骨杆11为具有刚性的直杆，超长龙骨杆11可以为一体的直杆，便于加工制造，当然，不限于此，比如超长龙骨杆11也可以由多个短杆拼接起来。

该具体实施方式中，机臂121的长度远大于若干第一旋翼4的直径，尽量使控制无人机的姿态及运动的第一旋翼4产生的下洗气流风场不会负面干扰若干所述第二旋翼产生的下洗气流风场。

具体实施方式中，如图1和图2所示，还包括若干第一电机7和若干第二电机8，若干第一电机7一一对应若干第一旋翼4并安装于其下方，若干第二电机8一一对应若干第二旋翼6并安装于其下方，电源系统5通过电缆线51连接若干第一电机7、若干第二电机8和飞行控制系统2并向其供电，飞行控制系统2通过安装于旋翼下方的电机控制旋翼。

如图1所示，该具体实施方式中，电源系统5为电池，电池安装于超长龙骨杆11的中心。当然，电源系统5不限于只为电池，比如可以发电的内燃机也可以，只要能够为无人机提供电源即可；同样，对于电池的安装位置，其不限于此，其可以根据超长龙骨杆11长度方向上的载荷分布来进行合理的设置。

该具体实施方式中，电源系统5选为机载的电池，当然，电源系统可以单独设置以减少无人机的重量，比如，本发明的多旋翼植保无人机可以作为另外一个发明专利(一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统，申请号2016100822753，后简称“集群平台”)所述的集群平台中的无人旋翼飞行器。此时，电源系统5安装在地面移动车辆上面。

如图2所示，该具体实施方式中，药液喷洒系统3还包括药箱32、增压泵33和输药管34，药箱32和增压泵33安装于超长龙骨杆11的中心，输药管34连接若干喷头31并向其输送药液。当然，类同于上述的电源系统5，药箱32、增压泵33也可以单独设置在上述的集群平台上。

如图1和图2所示，起落架系统包括若干起落架13，若干起落架13沿超长龙骨杆11的长度方向安装于超长龙骨杆11，起落架13包括两个支架131，两个支架131沿同一角度倾斜于地面相对安装于超长龙骨杆11同一位置的左右两边，每一个支架131的端部安装滑撬132，滑撬132平行于超长龙骨杆11的长度方向，无人机位于地面时，滑撬132接触地面。其中，起落架13的数量可以根据超长龙骨杆11的长度来进行合理的设置。

本具体实施方式中，所提供的多旋翼植保无人机的工作过程如下：在无人机起飞前，无人机通过沿超长龙骨杆11安装的多个起落架13放置在地面，飞行控制系统2接收来自电池的电能，慢慢增加第一旋翼4和第二旋翼6的转速，第一旋翼4和第二旋翼6产生的升力逐渐变大，当超过无人机的重量时，无人机离开地面，飞行控制系统2同时调节第一旋翼4的转速，如同普通多旋翼无人机的控制一样，实现无人机自身姿态和运动的控制。无人机起飞并飞到作业区域，药液喷洒系统3开始工作，给所有喷头31供药，喷头31将药液雾化喷出，无人机匀速沿垂直于超长龙骨杆11的方向飞行，喷洒的药液均匀扫过地面，第二旋翼6此时不仅产生无人机飞行所需的部分升力，而且其下洗气流风场与喷头31喷出的药液的流场相配合，实现药液均匀高渗透性的喷洒。

如果电源系统和药液喷洒系统的药箱、增压泵均单独设置时，可以作为上述提到的另外一个发明专利(一种系留无人旋翼飞行器集群平台系统及液体连续喷洒系统，申请号2016100822753，后简称“集群平台”)，所述的集群平台中的无人旋翼飞行器无人机的工作过程如下：在喷洒作业的准备阶段，多个本发明所述的无人机一字型展开，通过每个无人机沿超长龙骨杆11安装的多个起落架13放置在作业区域边缘的地面，所有的无人机都由系留电缆供电。起飞时，所有无人机的飞行控制系统2接收来自系留电缆传输来的电能，控制慢慢增加所有旋翼的转速，旋翼产生的升力逐渐变大，当超过无人机和挂载的系缆及输药管34、喷头31等的总重量时，所有无人机共同携带系留电缆和输药管34、喷头31等同时离开地面，所有无人机的飞行控制系统2同时调节若干第一旋翼4的转速，如同普通多旋翼无人机的控制一样，实现所有个体无人机自身姿态和运动的控制。无人机起飞到达合适的飞行高度后，药液喷洒系统3接收输药管34输送的高压药液，给所有喷头31供药，喷头31将药液雾化喷出，同时所有无人机匀速沿垂直于超长龙骨杆11的方向飞行，喷洒的药液均匀扫过地面，若干第二旋翼6此时不仅产生无人机飞行所需的部分升力，而且其专门优化的下洗气流风场能与喷头喷出药液的流场相配合，实现药液喷洒均匀高渗透性的实现。此时电源系统5、增压泵33和药箱32的地面移动车辆配合无人机的移动而移动，连续不断的给空中作业的无人机通过系留电缆和输液管34提供电能和高压药液。

以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超宽喷幅多旋翼植保无人机，包括机架(1)、控制所述无人机飞行的飞行控制系统(2)、喷洒药液的药液喷洒系统(3)和安装于所述机架(1)的若干控制所述无人机的运动及姿态的第一旋翼(4)，还包括为所述无人机供电的电源系统(5)和支撑所述无人机放置于地面时的起落架系统，其特征在于，所述机架(1)包括超长龙骨杆(11)，所述药液喷洒系统(3)包括若干喷头(31)，若干所述喷头(31)沿所述超长龙骨杆(11)的长度方向一字型安装于所述超长龙骨杆(11)下方，还包括安装于所述超长龙骨杆(11)上方的能够产生恒定升力的若干第二旋翼(6)，旋转的若干所述第二旋翼(6)能够产生匹配若干所述喷头(31)喷出液体流场的下洗气流风场。

2.根据权利要求1所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机架(1)还包括若干机臂对(12)，一个所述机臂对(12)包括两个机臂(121)，一个所述机臂对(12)的两个机臂(121)于所述超长龙骨杆(11)同一位置左右两边对称安装，所述机臂对(12)的长度方向垂直于所述超长龙骨杆(11)的长度方向，每一个所述机臂(121)的远离所述超长龙骨杆(11)的一端安装所述第一旋翼(4)。

3.根据权利要求2所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述超长龙骨杆(11)长度远大于所述机臂(121)长度。

4.根据权利要求3所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述若干机臂对(12)在所述超长龙骨杆(11)长度方向上沿所述超长龙骨杆(11)长度方向上的中点对称分布。

5.根据权利要求4所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机臂对数量为两个，两个所述机臂对(12)之间的距离为所述超长龙骨杆(11)的长度的二分之一至四分之一之间。

6.根据权利要求1所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述超长龙骨杆(11)为具有刚性的直杆。

7.根据权利要求5所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机臂(121)的长度远大于所述若干第一旋翼(4)的直径。

8.根据权利要求1所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，还包括若干第一电机(7)和若干第二电机(8)，若干所述第一电机(7)一一对应若干所述第一旋翼(4)并安装于其下方，若干所述第二电机(8)一一对应若干所述第二旋翼(6)并安装于其下方，所述电源系统(5)通过电缆线(51)连接若干所述第一电机(7)、若干所述第二电机(8)和所述飞行控制系统(2)并向其供电，所述飞行控制系统(2)通过安装于所述旋翼下方的所述电机控制所述旋翼。

9.根据权利要求1所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述电源系统(5)为电池，所述电池安装于所述超长龙骨杆(11)。

10.根据权利要求1所述的超宽喷幅多旋翼植保无人机，其特征在于，所述药液喷洒系统(3)还包括药箱(32)、增压泵(33)和输药管(34)，所述药箱(32)和所述增压泵(33)安装于所述超长龙骨杆(11)的中心，所述药箱(32)通过部分所述输药管(34)连接所述增压泵(33)，所述增压泵(33)通过部分所述输药管(34)连接若干所述喷头(31)并向其输送所述药箱(32)内的药液。