CN109005825A - 一种新型精确定量无人机肥料撒播系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型精确定量无人机肥料撒播系统，包括：无人机、自动控制系统、固定单元、流量控制单元以及撒播单元，无人机与固定单元可拆卸连接，固定单元与流量控制单元活动连接，流量控制单元与撒播单元固定连接，自动控制系统位于固定单元内部；本发明解决了现有技术存在的结构复杂、肥料填装困难、肥箱内部结拱、控制难度大、实用性低、撒播区域小、精确度低以及兼容性低的问题。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种新型精确定量无人机肥料撒播系统。
背景技术
随着我国农业现代化的步伐加快以及土地集约化程度增加，使得水稻能够集约化、规模化种植。因为水稻穗肥，施肥环节用工量大、劳动强度高；加之四川丘陵等地水稻田间工作条件差，大型地面机械难以进入；又因为农村劳动力转移、农村人口老龄化严重，造成劳动力短缺，用工成本大幅上涨，所以不少经营主体为了减少成本，在水稻种植前一次性施入全生育期水稻所需肥料，这就导致了水稻肥料利用率低下，产量难以保证。因此，发展水稻机械化施肥势在必行。
近年来，无人机技术飞速发展，无人机平台也更加智能与稳定。现阶段农业方面无人机主要应用于植保方面；在水稻施肥方面的技术不够成熟，没有成熟可靠的技术方案给予应对，因此无人机施肥有非常大的发展空间。
综上所述，现有技术存在以下问题：
(1)现有系统结构复杂、组装困难，实用性低；
(2)现有系统需要根据人工判定飞行高度，并且无法进行撒播速率和流量的调整，导致撒播的精确度低；
(3)现有系统与无人机的兼容性低，无法适用各种无人机类型；
(4)现有系统无法解决，肥料快速填装与结拱问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种模块化、实用性高、安全性高、兼容性好的新型精确定量无人机肥料撒播系统，实现了快速换装肥料、自动变速控制肥料撒播、精准控制肥料用量以及有效防止肥料结拱，解决了现有技术存在的结构复杂、肥料填装困难、肥箱内部结拱、控制难度大、实用性低、撒播区域小、精确度低以及兼容性低的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种新型精确定量无人机肥料撒播系统，包括：
无人机、自动控制系统、固定单元、流量控制单元以及撒播单元，无人机与固定单元可拆卸连接，固定单元与流量控制单元活动连接，流量控制单元与撒播单元固定连接，自动控制系统位于固定单元内部。
本方案的有益效果为：
(1)本发明采用模块化设计，更加有利于组装、调试以及维修，结构简单、工作可靠，提高了系统的实用性，快速换装肥料；
(2)本发明的撒播单元使无人机在田块内部即可实现全田的施肥，撒播区域大，不需要使无人机飞行至田块边缘或外部，极大减少无人机因田块边缘与外部的障碍物接触导致的损失；
(3)本发明的自动控制系统，能够精准测定无人机的飞行速度与高度，流量控制单元能够根据实时的飞行姿态改变肥料的撒播速率和流量，稳定幅宽，精准控制肥料用量，从而精准的施肥，自动变速控制肥料撒播，极大的提高了全田的撒播均匀度；
(4)本发明采用的自动控制系统，能够独立运行，也能够与飞行控制系统结合，同时固定单元便于与不同类型的无人机配合使用，使本发明适应性与兼容性更加广泛，能够极大提高无人机的使用率。
进一步地，自动控制系统包括系统控制模块，以及分别与系统控制模块通信连接的GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器，系统控制模块、GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器均位于固定单元内部，系统控制模块与无人机的飞行控制系统通信连接。
上述进一步方案的有益效果为：
采用GPS测速模块与惯性测量单元，能够精准测定无人机的飞行速度与高度，并根据飞行速度与高度，通过电子调速器与舵机，控制流量控制单元与撒播单元，从而改变肥料撒播速率，提高了撒播的精确度。
进一步地，流量控制单元包括底端设置有圆形下料口的肥料箱、通过下料口与肥料箱底端固定连接的流量控制仓、与流量控制仓底端固定连接的固定筒、搅拌模块以及位于流量控制仓内部的流量控制模块；肥料箱的顶端与固定单元活动连接；搅拌模块位于肥料箱、流量控制仓以及固定筒的内部；流量控制仓和固定筒通过第一开口固定连接，固定筒和撒播单元通过第二开口固定连接。
上述进一步方案的有益效果为：
使用搅拌模块对肥料进行充分搅拌，避免肥料的结拱现象，流量控制模块控制肥料流量，从而精准的施肥，极大的提高了全田的撒播均匀度。
进一步地，流量控制仓的棱边设置有框架。
上述进一步方案的有益效果为：
模块化设计有利于部件更换肥箱内部的部件与维护，降低维护成本、便于快速安装，避免由于流量控制仓破裂导致肥料泄漏引发安全事故。
进一步地，搅拌模块包括位于肥料箱内部的结拱搅拌总成、位于流量控制仓和固定筒内部的传动轴以及与传动轴固定连接的电机，传动轴的外部设置有传动轴保护套，且其顶端与结拱搅拌总成底端固定连接，其底端通过轴联器与电机的转动轴固定连接；电子调速器与电机的控制端通信连接。
上述进一步方案的有益效果为：
通过电机带动结拱搅拌总成进行搅拌，保护套避免传动轴卡顿影响播撒的速率，提高了播撒的速率，电子调速器控制电机转动，实现肥料撒播速率的控制。
进一步地，结拱搅拌总成包括可拆卸连接的搅拌棒和搅拌棒安装座，搅拌棒安装座的底端与传动轴的顶端固定连接。
上述进一步方案的有益效果为：
便于各种搅拌棒的安装和拆卸，提高了实用性。
进一步地，流量控制模块包括开关扇叶总控制架、伞形流量控制开关、舵机以及舵机固定架，伞形流量控制开关位于第一开口处，包括均匀分布的开关扇叶，舵机固定于舵机固定架上，且舵机的摇臂通过第一拉杆与开关扇叶总控制架固定连接，舵机固定架和开关扇叶总控制架均位于传动轴保护套的延伸杆顶部，开关扇叶总控制架为套筒结构，与传动轴保护套活动连接，且其外侧通过第二拉杆与伞形流量控制开关的开关扇叶连接。
上述进一步方案的有益效果为：
通过开关扇叶总控制架、伞形流量控制开关、舵机以及舵机固定架，控制肥料的撒播流量，从而精准的施肥，极大的提高了全田的撒播均匀度。
进一步地，固定单元包括电池总承力盒以及抽拉式滑轨固定架，电池总承力盒的顶端与无人机可拆卸连接，且其底端通过抽拉式滑轨固定架与流量控制单元的顶端活动连接。
上述进一步方案的有益效果为：
本发明采用的抽拉式肥箱设计，能够实现肥料的快速填装，能够极大的提高无人机的工作效率。
进一步地，撒播单元包括下料筒以及位于下料筒底部的抽风式撒播盘，下料筒通过第二开口与固定筒固定连接，电机位于下料筒内部。
上述进一步方案的有益效果为：
本发明采用的抽风式撒播盘高速旋转时，会将抽风式撒播盘中部空气输送至边缘从而创造低压区域，从而能够对下料筒内肥料产生向下的吸力；与结拱搅拌总成配合，在肥箱内搅拌，可以有效打破肥料结拱现象，从而使无人机撒播系统对肥料形状适应能力更强，除一般颗粒状肥料，粉状、规则粒状等颗粒都能够精准均匀撒出。
附图说明
图1为新型精确定量无人机肥料撒播系统结构示意图；
图2为电池总承力盒结构示意图；
图3为新型精确定量无人机肥料撒播系统结构示意仰视图；
图4为新型精确定量无人机肥料撒播系统结构框图；
图5为自动控制系统结构框图。
其中，1、抽风式撒播盘；2、下料筒；21、电机；31、流量控制仓；32、固定筒；33、框架；4、伞形流量控制开关；41、开关扇叶；5、传动轴；51、传动轴保护套；6、开关扇叶总控制架；71、舵机；72、舵机固定架；8、结拱搅拌总成；81、搅拌棒安装座；9、肥料箱；10、抽拉式滑轨固定架；11、电池总承力盒。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种新型精确定量无人机肥料撒播系统，如图1、2、3和4共同所示，包括：
无人机、自动控制系统、固定单元、流量控制单元以及撒播单元，无人机与固定单元可拆卸连接，固定单元与流量控制单元活动连接，流量控制单元与撒播单元固定连接，自动控制系统位于固定单元内部；
固定单元包括电池总承力盒11以及抽拉式滑轨固定架10，电池总承力盒11的顶端通过条形孔与无人机的脚架可拆卸连接，且其底端通过抽拉式滑轨固定架10与流量控制单元的顶端活动连接；电池总承力盒11的底端通过条形孔安装抽拉式滑轨固定架10，抽拉式滑轨固定架10设置安装有抽拉式滑轨的外轨，肥料箱9安装于抽拉式滑轨内轨上；抽拉式滑轨带自锁卡扣，使用时按下卡扣拉出肥料箱9填装肥料，完毕后推入肥料箱9即可，抽拉式设计将更加有助于肥料的快速装填；
如图5所示，自动控制系统包括系统控制模块，以及分别与系统控制模块通信连接的GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器，系统控制模块、GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器均位于固定单元内部，系统控制模块与无人机的飞行控制系统通信连接，自动变速控制肥料撒播；
流量控制单元包括底端设置有圆形下料口的肥料箱9、通过下料口与肥料箱9底端固定连接的流量控制仓31、与流量控制仓31底端固定连接的固定筒32、搅拌模块以及位于流量控制仓31内部的流量控制模块；肥料箱9的顶端与固定单元活动连接；搅拌模块位于肥料箱9、流量控制仓31以及固定筒32的内部；流量控制仓31和固定筒32通过第一开口固定连接，固定筒32和撒播单元通过第二开口固定连接；流量控制仓31的棱边设置有框架33；
搅拌模块包括位于肥料箱9内部的结拱搅拌总成8、位于流量控制仓31和固定筒32内部的传动轴5以及与传动轴5固定连接的电机21，传动轴5的外部设置有传动轴保护套51，且其顶端与结拱搅拌总成8底端固定连接，其底端通过轴联器与电机21的转动轴固定连接；电子调速器与电机21的控制端通信连接；
结拱搅拌总成8包括可拆卸连接的搅拌棒和搅拌棒安装座81，搅拌棒安装座81的底端与传动轴5的顶端固定连接；
电机21为无刷电机，尾部有一出轴用于安装传动轴5，为结拱搅拌总成8提供动力，结拱搅拌总成8有一内齿圈，圈上固定有三个搅拌棒固定架，搅拌棒固定架可以安装任意形状的搅拌棒，内齿圈由传动轴5上的传动齿轮带动，在电机21工作时带动结拱搅拌总成8，从而搅拌肥料箱9内部肥料防止其结拱；电机21还带动抽风式撒播盘1，为结拱搅拌模块提供动力，电子调速器控制电机21转速，从而控制幅宽；
流量控制模块包括开关扇叶总控制架6、伞形流量控制开关4、舵机71以及舵机固定架72，伞形流量控制开关4位于第一开口处，包括均匀分布的开关扇叶41，舵机71固定于舵机固定架72上，且舵机71的摇臂通过第一拉杆与开关扇叶总控制架6固定连接，舵机固定架72和开关扇叶总控制架6均位于传动轴保护套51的延伸杆顶部，开关扇叶总控制架6为套筒结构，与传动轴保护套51活动连接，且其外侧通过第二拉杆与伞形流量控制开关4的开关扇叶41连接，精准控制肥料用量；
开关扇叶总控制架6上有六个M2球头固定架用于安装拉杆，与伞形流量控制开关4上的球头连接；开关扇叶总控制架6上部有一个M3球头固定架用于安装球头拉杆，与舵机71摇臂连接；所以通过舵机71摇臂上下摆动控制开关扇叶总控制架6从而带动伞形流量控制开关4工作；开关扇叶总控制架6中间为套筒结构，安装于传动轴保护套51的延伸杆上，延伸杆为滑轨通过舵机71带动从而上下滑动；舵机固定架72也安装于传动轴保护套51的延伸杆顶部，舵机71安装于舵机固定架72上，舵机71安装一个35mm长的摇臂，使用螺栓和球头拉杆与开关扇叶总控制架6连接；
伞形流量控制开关4集成于固定筒32上，其部有六处开钢轴安装位置，钢轴穿过开关扇叶41基部轴套中，放至于钢轴安装位置，使用螺栓将钢轴固定盖、固定筒32、开关扇叶41固定于一体，每片开关扇叶41是一个60°的扇形共计六个；因为扇叶基部是通过钢轴固定，因此可以在固定方向任意摆动成一定角度；将万向轴联器使用螺丝固定于开关扇叶41中上部预留的螺丝孔中，再将等长拉杆一端固定于万向轴联器，另一端固定于开关扇叶总控制架6上的拉杆球头中，安装好六个拉杆与万向轴联器后，此时的伞形开关安装完毕，上下拉动开关扇叶总控制架6就可以带动所有开关扇叶41，因为每个扇叶都为60°扇形，当其紧密放置于一个平面时，刚好是能够与固定筒32的开口相吻合的类圆形，当开关扇叶总控制架6将开关扇叶41拉至与固定筒32口在一个平面时，则固定筒32口将被封死，此时肥料将无法通过固定筒32口；当开关扇叶41向下摆动一定角度时，伞形流量控制开关4从中心逐渐散开，当扇叶向下摆动角度越大，伞形流量控制开关4开合角度越大，肥料流量越大，因此通过控制开关扇叶41的开合角度就能够精准控制肥料用量；
撒播单元包括下料筒2以及位于下料筒2底部的抽风式撒播盘1，下料筒2通过第二开口与固定筒32固定连接，电机21位于下料筒2内部。
本实施例中，在电机21安装完毕后，传动轴5使用轴联器与电机21出轴连接，穿入传动轴保护套51内，传动轴保护套51底部与下料筒2电机座的卡槽连接，下料筒2通过固定筒32上预留的卡槽安装于固定筒32上，抽风式撒播盘1在电机21安装好后使用螺栓固定于电机21外转子上；
安装完毕后，将电子调速器与电机21连接，将电子调速器PWM信号线连接无人机的飞行控制系统，实现无人机飞行系统与自动控制系统连接，舵机71采用4.8v电压下扭矩为18.2kg.cm的数字舵机71，与自动控制系统连接；
自动控制系统的测速GPS与气压计，能够实时监测飞行速度与高度，更具速度与高度改变精准控制撒播系统的幅宽与撒播量，从而做到当高度速度改变时保证幅宽与撒播量始终保持一致，确保田间整体的撒播均匀度，变速定量控制，有一外接触发控制开关，可与其他飞行控制器结合，只需要一个PWM信号触发即可，提高了兼容性与适应性。
本发明提供的一种模块化、实用性高、安全性高、兼容性好的新型精确定量无人机肥料撒播系统，实现了快速换装肥料、自动变速控制肥料撒播、精准控制肥料用量以及有效防止肥料结拱，解决了现有技术存在的结构复杂、肥料填装困难、肥箱内部结拱、控制难度大、实用性低、撒播区域小、精确度低以及兼容性低的问题。
Claims (9)
1.一种新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，包括：
无人机、自动控制系统、固定单元、流量控制单元以及撒播单元，所述无人机与固定单元可拆卸连接，所述固定单元与流量控制单元活动连接，所述流量控制单元与撒播单元固定连接，所述自动控制系统位于固定单元内部。
2.根据权利要求1所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述自动控制系统包括系统控制模块，以及分别与系统控制模块通信连接的GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器，所述系统控制模块、GPS测速模块、惯性测量单元和电子调速器均位于固定单元内部，所述系统控制模块与无人机的飞行控制系统通信连接。
3.根据权利要求2所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述流量控制单元包括底端设置有圆形下料口的肥料箱(9)、通过下料口与肥料箱(9)底端固定连接的流量控制仓(31)、与流量控制仓(31)底端固定连接的固定筒(32)、搅拌模块以及位于流量控制仓(31)内部的流量控制模块；所述肥料箱(9)的顶端与固定单元活动连接；所述搅拌模块位于肥料箱(9)、流量控制仓(31)以及固定筒(32)的内部；所述流量控制仓(31)和固定筒(32)通过第一开口固定连接，所述固定筒(32)和撒播单元通过第二开口固定连接。
4.根据权利要求3所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述流量控制仓(31)的棱边设置有框架(33)。
5.根据权利要求3所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述搅拌模块包括位于肥料箱(9)内部的结拱搅拌总成(8)、位于流量控制仓(31)和固定筒(32)内部的传动轴(5)以及与传动轴(5)固定连接的电机(21)，所述传动轴(5)的外部设置有传动轴保护套(51)，且其顶端与结拱搅拌总成(8)底端固定连接，其底端通过轴联器与电机(21)的转动轴固定连接；所述电子调速器与电机(21)的控制端通信连接。
6.根据权利要求5所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述结拱搅拌总成(8)包括可拆卸连接的搅拌棒和搅拌棒安装座(81)，所述搅拌棒安装座(81)的底端与传动轴(5)的顶端固定连接。
7.根据权利要求6所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述流量控制模块包括开关扇叶总控制架(6)、伞形流量控制开关(4)、舵机(71)以及舵机固定架(72)，所述伞形流量控制开关(4)位于第一开口处，包括均匀分布的开关扇叶(41)，所述舵机(71)固定于舵机固定架(72)上，且舵机(71)的摇臂通过第一拉杆与开关扇叶总控制架(6)固定连接，所述舵机固定架(72)和开关扇叶总控制架(6)均位于传动轴保护套(51)的延伸杆顶部，所述开关扇叶总控制架(6)为套筒结构，与传动轴保护套(51)活动连接，且其外侧通过第二拉杆与伞形流量控制开关(4)的开关扇叶(41)连接。
8.根据权利要求7所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述固定单元包括电池总承力盒(11)以及抽拉式滑轨固定架(10)，所述电池总承力盒(11)的顶端与无人机可拆卸连接，且其底端通过抽拉式滑轨固定架(10)与流量控制单元的顶端活动连接。
9.根据权利要求8所述的新型精确定量无人机肥料撒播系统，其特征在于，所述撒播单元包括下料筒(2)以及位于下料筒(2)底部的抽风式撒播盘(1)，所述下料筒(2)通过第二开口与固定筒(32)固定连接，所述电机(21)位于下料筒(2)内部。
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