CN109131891A - 一种多旋翼植保无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼植保无人机，包括机身、机臂、旋翼、药箱、液泵、支杆、折叠机构、延长杆和喷头，机臂与机身连接，旋翼位于机臂的中部处，支杆固设于机臂的外端部，并朝下延长；折叠机构固设于支杆的下部，并与延长杆的一端连接，用于使延长杆相对支杆处于折叠状态或向下伸展状态；喷头固设于延长杆另一端，并通过管路与液泵连接，管路沿机臂、支杆和延长杆固定，且当延长杆相对支杆处于向下伸展状态时，喷头朝下。本发明结构更精简，安全性更好，综合性能更突出，针对田间作业的水平更高，对升降场地的适应性更强，有效作业时间占比更大，喷药效果更均匀，喷幅及喷药覆盖面更大，载重更大，续航时间更长，作业效率更高，作业效果更好。

Description

一种多旋翼植保无人机

技术领域

本发明涉及植保无人机领域，具体涉及一种多旋翼植保无人机。

背景技术

植保无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。

旋翼式无人机的旋翼旋转推动空气流动并作用在作物冠层而形成旋翼风场，也称下压风场。旋翼无人机作业时，距离农作物冠层有一定的距离，根据飞机类型和作物种类的不同，通常在1.5～10米的范围内，大型旋翼式植保机作业高度一般为3～10m，小型旋翼式植保机在1.5～3m左右，因此，旋翼风场将不可避免地直接作用在田间作物冠层上。

风场的覆盖宽度、风场内各方向风速的大小以及风场的分布规律，将会直接影响到农用无人机田间作业效果。旋翼风场也是反映多旋翼植保无人机飞行参数与地面作业效果关系的重要参数，对无人机田间作业具有重要意义。

目前的多旋翼植保无人机，其喷洒装置仅仅是简单挂载在机架上，实际应用效果总是差强人意，普遍存在载重量低、续航时间短、结构复杂、易毁损及喷洒效果差问题中的一种或几种。

传统的多旋翼植保无人机，其喷头多位于旋翼围合区的正下方处，该处风场的风力很大，加之多旋翼风场的特殊性，喷雾难以弥散开，喷幅及覆盖面普遍狭小，飞行作业时稍靠近作物，如藤类作物，往往导致其缠绕在一起而影响产量。

因此，有必要对以上不足加以改进。

发明内容

为克服现有技术存在的上述不足，发明人充分考虑了多旋翼风场更加复杂的特殊性，对多旋翼植保无人机的机脚、喷洒装置及其设置进行了改进，提出了一种结构精简、针对性强、综合性能更好的多旋翼植保无人机。本发明通过以下技术方案实现：一种多旋翼植保无人机，包括机身、机臂和旋翼，所述机身处设有用于盛放药液的药箱和用于泵送药液的液泵，所述机臂与所述机身连接，所述旋翼位于所述机臂的中部处，还包括支杆、折叠机构、延长杆和喷头，其中，

所述支杆固设于所述机臂的外端部，并朝下延长，且不干涉所述旋翼的转动，以用于作为机脚；

所述折叠机构固设于所述支杆的下部，并与所述延长杆的一端连接，所述折叠机构包括驱动电机，所述驱动电机与所述机身的主控装置连接，以用于使所述延长杆相对所述支杆处于折叠状态或向下伸展状态；

所述喷头固设于所述延长杆的另一端，并通过管路与所述液泵连接，所述管路沿所述机臂、所述支杆和所述延长杆固定，且当所述延长杆相对所述支杆处于向下伸展状态时，所述喷头朝下。

优选的，两所述机臂位于同一直线，且位于该两所述机臂处的所述旋翼的旋向相同，该两所述机臂的外端部对称设置所述支杆。

优选的，所述延长杆可相对所述支杆转动90°～270°。

优选的，所述机臂与位于该机臂的中部处的所述旋翼之间具有夹角，所述夹角为14°～44°，且所述旋翼沿所述机臂至所述机身方向向下倾斜，或者当所述延长杆相对所述支杆处于向下伸展状态时，所述喷头的朝向与竖直方向之间具有夹角，所述夹角为14°～44°。

优选的，还包括撒料机构，所述撒料机构固设于所述机身处，并包括电机和离心盘，所述电机与所述机身的主控装置连接，以用于驱动所述离心盘转动；所述离心盘位于所述机身的下方处，并包括接料盘和输料管，所述接料盘呈上部开口以用于接料的容器状，所述输料管呈抛物线状，多个所述输料管呈扇叶状均设于所述接料盘的外侧面，且所述接料盘的容腔通过多个抛物曲线状的隔板分割形成多个子容腔，一所述子容腔可通过一所述输料管与外部连通。

优选的，所述机臂的外端部均固设有所述支杆，且所述支杆于其中部处固设于所述机臂的外端部，以用于保护所述机身和所述旋翼。

优选的，所述机身包括电源降压转换器和电子调速器，所述电源降压转换器与所述电子调速器连接，以用于将电源电压从大于75V降至小于20V。

优选的，相邻所述支杆之间通过弹性围栏连接。

优选的，所述折叠机构还包括减速齿轮组，所述减速齿轮组的输入齿轮与所述驱动电机连接，所述减速齿轮组的输出齿轮与所述延长杆连接。

优选的，所述支杆的端部固设有减震装置，所述减震装置包括螺旋线状的弹簧或其他的弹性装置。

本发明通过对多旋翼风场、机体结构和喷洒装置的综合改进，使结构更精简，安全性更好，综合性能更突出，针对田间作业的水平更高，对升降场地的适应性更强，有效作业时间占比更大，延长杆及喷头的设置，使喷药效果更均匀，喷幅及喷药覆盖面更大，载重更大，续航时间更长，作业效率更高，作业效果更好。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例1伸展状态的结构示意图；

图2为图1的另一视角结构示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明实施例2折叠状态的结构示意图；

图5为图4中B处的放大图；

图6为图4中离心盘优选的结构示意图；

图7为本发明上述实施例中多旋翼植保无人机的原理图；

图8为本发明上述实施例中从>75V降压到<20V的电源降压转换器原理图；

图9为本发明上述实施例中多旋翼植保无人机的喷药作业流程图。

图1～6中各标号对应如下，机身1，机臂2，旋翼3，支杆4，折叠机构5，驱动电机51，输入齿轮52，输出齿轮53，延长杆6，喷头7，管路8，弹簧9，离心盘10，离心盘11，接料盘111，输料管112。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的描述：

实施例1

作为一种示例，本实施例的多旋翼植保无人机，如图1～3所示，以四旋翼植保无人机方式实施，包括机身1、机臂2和旋翼3，机身1处设有用于盛放药液或固体颗粒的箱体和用于泵送药液的液泵，机臂2与机身1连接，旋翼3位于机臂2的中部处，其机脚由支杆4取代。

具体地，支杆4固设于机臂2的外端部，并朝下延长，以用于作为机脚；由于支杆4固设于机臂2的外端部，一方面替代了传统的机脚，使得旋翼3下方更空旷，消除了传统机脚对旋翼3旋转产生的升力的消减，以及对旋翼风场的扰流破坏，因此，提升了载重能力，延长了续航时间，另一方面，由于支杆4还朝下延长，使得多旋翼植保无人机对升降场地的适应性更强，可在低矮作物(如稻米苗、玉米苗、小麦苗等)田地里升降。应当理解的是，机臂2上设置的旋翼3的长度之和应小于机臂2的长度，以确保支杆4不干涉旋翼3的转动。每个支杆4有上下两个支撑端，本实施例的多旋翼植保无人机共有八个支撑端，该八个支撑端可为无人机提供立体保护，因此可降低田间升降作业摔撞磕碰故障及毁损的风险，尤其可对田间作物及旋翼3进行保护，降低旋翼3在旋转时与作物的接触风险，更重要的是可在田间与地面人员无缝衔接，提高多旋翼植保无人机的有效作业时间占比，提升作业效率，特别适用于田间作业。

支杆4具体实施时，支杆4可与机臂2呈垂直状，或从上至下、从内向外倾斜状，优选支杆4可根据旋翼风场的强度相对机臂2进行调节，如手动调节。本实施的支杆4优选呈板条状，且沿其厚度方向贯设有若干通口；该结构一方面利于田间升降，另一方面利于支杆4及相关部件的固定，通口的设置降低了气流阻力，利于气流的自由顺畅运动，使旋翼风场更规则可控，还利于提升载重及续航性能。本实施的支杆4上优选还设有减震装置，减震装置可起到安全作用，减震装置本实施例优选为以螺旋线状的弹簧9方式实施，当然也可以以其他弹性装置方式实施。螺旋线状的弹簧9或其他弹性装置除减震作用外，还可起到增强起降稳定性的作用。设置减震装置时，优选支杆4于支杆4中部处固设于机臂2的外端部，减震装置固设于支杆4的两端部，该结构安全性更好。

折叠机构5固设于支杆4的下部，并与延长杆6的一端连接，折叠机构5包括驱动电机51、输入齿轮52和输出齿轮53，输入齿轮52和输出齿轮53啮合形成减速齿轮组，其中，输入齿轮52与驱动电机51连接，驱动电机51与机身1的主控装置连接，输出齿轮53与延长杆6连接，当驱动电机51转动，通过减速齿轮组减速，并可使延长杆6相对支杆4转动，进而使其处于折叠状态或向下伸展状态。具体实施时，可通过机身1的主控装置对驱动电机51的控制，在多旋翼植保无人机降落及起飞之前，将延长杆6收起并折叠起来，在多旋翼植保无人机起飞之后喷洒作业时，使延长杆6放下并处于向下伸展状态。需要说明的是，上述的伸展状态可以是完全展开状态，也可以是部分展开状态，优选延长杆6可相对支杆4转动90°～270°，具体可根据实际使用环境如风速、飞速和高度等因素综合确定。

喷头7固设于延长杆6的另一端，并通过管路8与液泵连接，管路8沿机臂2、支杆4和延长杆6固定，且当延长杆6相对支杆4处于向下伸展状态时，喷头7朝下。本实施例的折叠式喷药装置，不同于以往喷药装置的简单挂载，支杆4除起到替代传统功能单一的机脚作用外，还可与延长杆6一起相互配合，起到向下远端固定喷头7及管路8的作用，结构更精简。管路8的固定也更方便合理，可降低其对旋翼风场的扰流破坏。

喷头7优选其朝向与旋翼3的轴线之间具有夹角，该夹角优选为14°～44°，具体实施时，作为一种实施方式，机臂2与位于该机臂2的中部处的旋翼3之间具有14°～44°夹角，且旋翼3沿机臂2至机身1方向向下倾斜；或者作为另一种实施方式，当延长杆6相对支杆4处于向下伸展状态时，喷头7的朝向与竖直方向之间具有斜向外的14°～44°夹角。上述夹角优选为34°，例如当喷幅为5米、飞行速度5米/秒，每分钟飞机喷洒的亩数是60×5×5/666.67＝2.25亩，如同样飞机，设置上述角度，喷幅可加大到10米，每分钟飞机喷洒的亩数是60×5×10/666.67＝4.5亩，效率提升了1倍。经计算飞机离地面7.5米，要想飞机喷幅多5米，只要上述角度为34°。

当延长杆6相对支杆4处于向下伸展状态时，喷头7位于旋翼风场的低速缓和扩散风场区，该结构一方面可使喷头7的喷雾弥散效果更好，喷幅和覆盖面更大，具体实施时，优选旋翼3与喷头7的连线呈从上向下、从内向外倾斜状；另一方面利于对作物的保护，例如，当支杆4长1.5米、延长杆6长2米、飞行作业时喷头7距离作物冠层4米，多旋翼风场对作物的冠层的距离就变成1.5米+2米+4米＝7.5米，多旋翼风场在起始处犹如12级台风，但经过上述的7.5米后就犹如空调吹出的微风，因此可避免强劲风场对作物的不利影响，如避免藤类作物拆绕在一起。

本实施例的四个机臂2呈十字状，其中对向设置的两机臂2位于同一直线，且位于该两机臂2处的旋翼3的旋向相同，该两机臂2的外端部对称设置支杆4。该结构可使喷头7的喷雾弥散更均匀，施药效果也更好。

本实施例的四个机臂2的外端部均固设有支杆4，具体实施时，优选相邻支杆4之间通过弹性围栏连接。弹性围栏可以加了弹性材料(如塑料、泡胶等)的钢丝绳方式实施，弹性围栏可呈X形、多边形或上述两种形状的组合。弹性围栏可保护多旋翼植保无人机，提前避免其与外部实体(如人、墙、树等)的直接接触，并可起到弹离的作用，与上述的减震装置一起，可从3D任何角度保护无人机，安全性更强。

图2所示的离心盘10用于撒料，由于离心盘10位于机身1的下方，并位于旋翼3围合区的正下方，该处风场垂直向地、风力强劲，颗粒状或粉末状固体料刚从离心盘10以一定初速度水平抛出，立即被上述风场的更大的垂直气流吹向地面而难以撒至比无人机直径更大的区域，限制了撒料装置的撒料覆盖面，而且撒料效果差，特别是粉末状固料，撒料不均匀、效果难以控制。

实施例2

作为另一种示例，在上述实施例的基础上，对上述实施例的离心盘10(图2示)进行了改进。具体地，本实施例的多旋翼植保无人机，如图4～6所示，还包括撒料机构，撒料机构固设于机身1处，并包括离心电机和离心盘11，离心电机与机身1的主控装置连接，以用于驱动离心盘11转动；离心盘11位于机身1的下方处，并包括接料盘111和输料管112，输料管112被延长以用于避风，并优选呈抛物线状，抛物线状更符合固体料在离心力作用下的自由运动轨迹，利于提升撒料效率及效果；接料盘111呈上部开口以用于接料的容器状，多个输料管112呈扇叶状均匀地设于接料盘111的外侧面，且接料盘111的容腔可通过输料管112与外部连通。

具体地，接料盘111的上部开口用于接料，当固体料落入其容腔，通过离心力而使固体料通过输料管112撒出，由于输料管112的出口位于靠旋翼风场的外端处，输料管112可起到遮挡风场、加大甩出半径的作用，故可削减强劲风场对固体料的不利影响，因此相应地提高了固体料的出膛初速度，扩大了固体料在抛出撒料机构最后的直径，使撒料覆盖面更大、撒料效果也更好。接料盘111的容腔优选通过多个抛物曲线状隔板均匀分割形成多个子容腔，一个子容腔可通过一个输料管112与外部连通，该结构可使撒料更平稳、均匀。每个子容腔的底面优选凸设有抛物曲线状导条、贯设有若干通孔，导条可辅助将药料导向至输料管112的入口处，通孔可用于微小粒径的药料漏出，如此可将大粒径的撒的更远、小粒径的撒的更匀更可控。

一并参考图7所示，上述实施例中的多旋翼植保无人机，其电源优选采用比常规(75V)更高的电压，例如以串连电池组方式实施，通过加一个从>75V降压到<20V的电源降压转换器，来提供给电子调速器内部器件工作电源。从>75V降压到<20V的电源降压转换器可参考图8所示方式实施。根据焦耳定律，同样功率电压提升1倍，电流就下降1倍，意味着电热减少到四分之一，电池、电调、电机的转化成有效作用力的效率就能提升。经实验表明，30公斤载水的植保无人机，电压提升1倍前飞行时间15分钟，电压提升1倍后，可以续航到20分钟。

一并参考图9所示作业流程，其为上述实施例中的多旋翼植保无人机的喷药时的优选作业流程。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多旋翼植保无人机，包括机身、机臂和旋翼，所述机身处设有用于盛放药液的药箱和用于泵送药液的液泵，所述机臂与所述机身连接，所述旋翼位于所述机臂的中部处，其特征在于，还包括支杆、折叠机构、延长杆和喷头，其中，

所述支杆固设于所述机臂的外端部，并朝下延长，且不干涉所述旋翼的转动，以用于作为机脚；

所述折叠机构固设于所述支杆的下部，并与所述延长杆的一端连接，所述折叠机构包括驱动电机，所述驱动电机与所述机身的主控装置连接，以用于使所述延长杆相对所述支杆处于折叠状态或向下伸展状态；

所述喷头固设于所述延长杆的另一端，并通过管路与所述液泵连接，所述管路沿所述机臂、所述支杆和所述延长杆固定，且当所述延长杆相对所述支杆处于向下伸展状态时，所述喷头朝下。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，两所述机臂位于同一直线，且位于该两所述机臂处的所述旋翼的旋向相同，该两所述机臂的外端部对称设置所述支杆。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述延长杆可相对所述支杆转动90°～270°。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机臂与位于该机臂的中部处的所述旋翼之间具有夹角，所述夹角为14°～44°，且所述旋翼沿所述机臂至所述机身方向向下倾斜，或者当所述延长杆相对所述支杆处于向下伸展状态时，所述喷头的朝向与竖直方向之间具有夹角，所述夹角为14°～44°。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，还包括撒料机构，所述撒料机构固设于所述机身处，并包括电机和离心盘，所述电机与所述机身的主控装置连接，以用于驱动所述离心盘转动；所述离心盘位于所述机身的下方处，并包括接料盘和输料管，所述接料盘呈上部开口以用于接料的容器状，所述输料管呈抛物线状，多个所述输料管呈扇叶状均设于所述接料盘的外侧面，且所述接料盘的容腔通过多个抛物曲线状的隔板分割形成多个子容腔，一所述子容腔可通过一所述输料管与外部连通。

6.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机臂的外端部均固设有所述支杆，且所述支杆于其中部处固设于所述机臂的外端部，以用于保护所述机身和所述旋翼。

7.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述机身包括电源降压转换器和电子调速器，所述电源降压转换器与所述电子调速器连接，以用于将电源电压从大于75V降至小于20V。

8.根据权利要求6所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，相邻所述支杆之间通过弹性围栏连接。

9.根据权利要求1所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述折叠机构还包括减速齿轮组，所述减速齿轮组的输入齿轮与所述驱动电机连接，所述减速齿轮组的输出齿轮与所述延长杆连接。

10.根据权利要求8所述的一种多旋翼植保无人机，其特征在于，所述支杆的端部固设有减震装置，所述减震装置包括螺旋线状的弹簧或其他的弹性装置。