CN109649659A - 一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置及其使用方法，其中，挂载喷雾装置包括药箱喷施模块和用于将药箱喷施模块悬挂在机翼下方的挂载固定模块，其中，所述药箱喷施模块包括药箱、喷施组件以及动力电池；所述挂载固定模块包括可拆卸地安装在机翼下方的机翼夹紧机构和设置在机翼夹紧机构上的用于对药箱喷施模块进行快速更换的挂载脱挂机构，其中，所述挂载脱挂机构包括电磁锁件，该电磁锁件上设有具有作水平伸缩功能的电磁锁轴，所述药箱上与所述电磁锁轴配合地设有锁孔。该挂载喷雾装置通过快速更换药箱喷施模块的方式来实现对药液的及时补充，在提高了工作效率的同时，也避免了采用加药方式中对无人机的机体造成的损害。

Description

一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及无人机植保装备研究领域，具体涉及一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置及其使用方法。

背景技术

为了保障粮食产量，世界范围内每年都有大量的化肥农药在使用。我国是农业大国，有数据统计表明，目前我国化肥农药使用量占世界总用量的30％，但有效利用效率却远低于发达农业国家，为解决这一难题，将化肥农药减量减施作为目的的精准农业航空技术应运而生。世界各国对低量、高效和精准施药技术的发展潜力及应用前景有着广泛共识，纷纷研发精准农业航空施药的技术与装备，航空施药装备朝着智能精准的方向发展，航空施药正逐渐成为人们首选的植保作业方式。

目前，以无人机为主体的农业航空技术在我国处于刚刚起步阶段，用于农业植保喷施作业的无人机以旋翼无人机机型居多，固定翼无人机机型还较为少见。两者之间的区别在于：对于旋翼无人机而言，受其自身重量、旋翼布局与电池能量密度等因素的影响，其在进行田间作业时存在载重量有限、续航时间短、喷施效果不易控制等不足之处；而与旋翼无人机不同的是，农用固定翼无人机在进行田间作业时具有负载大、续航时间长的优点，且喷施时的气流风场稳定，从而能够辅助雾滴沉积达到较佳的喷施效果，但受限于目前传统而繁杂的喷施系统，无人机的药箱与机体多为一体式设计，当药箱内的农药使用完后，需要通过专用的设备向药箱内加药，该过程持续时间较长，且比较容易对无人机造成损坏。因此设计一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，该挂载喷雾装置通过快速更换药箱的方式来实现对药液的及时补充，在提高了工作效率的同时，也避免了采用加药方式中对无人机的机体造成的损害。

本发明的另一个目的在于提供一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的使用方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，包括药箱喷施模块和用于将药箱喷施模块悬挂在机翼下方的挂载固定模块，其中，所述药箱喷施模块包括药箱、设置在药箱下方的喷施组件以及动力电池；所述挂载固定模块包括可拆卸地安装在机翼下方的机翼夹紧机构和设置在机翼夹紧机构上的用于对药箱喷施模块进行快速更换的挂载脱挂机构，其中，所述挂载脱挂机构包括电磁锁件，该电磁锁件上设有具有作水平伸缩功能的电磁锁轴，所述药箱上与所述电磁锁轴配合地设有锁孔；当所述电磁锁轴作伸出运动伸入到所述锁孔内时，所述药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间处于锁紧状态；当所述电磁锁轴作收缩运动从锁孔内脱离出来时，所述药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间处于非锁紧状态。

优选地，所述机翼夹紧机构包括夹持板和用于将夹持板锁紧在机翼下方的锁紧件，其中，所述夹持板由上夹持部、下夹持部以及位于上夹持部和下夹持部之间连接部构成，所述锁紧件由螺栓构成，该螺栓的一端设有锁紧盘，所述上夹持部或下夹持部上与所述螺栓配合地设有螺孔，当机翼夹紧机构处于锁紧状态时，所述锁紧盘抵紧在机翼上。使用时，通过拧动螺栓的方式来改变锁金盘与机翼之间的距离，从而将机翼夹紧机构锁紧在机翼上或从机翼上拆卸下来。

优选地，所述夹持板由两个间隔放置的U型夹紧件和设置在U型夹紧件之间的水平承接板构成，其中，两个U型夹紧件横向设置，U型夹紧件的上下平面构成夹持板的上夹持部，U型夹持件的下平面构成夹持板的下夹持部，U型夹紧件的圆弧段构成所述连接部。这样设置的目的在于，相对于上夹持部、下夹持部以及连接部均有夹持板构成的方式而言，该通过两个间隔设置的U形夹紧件一方面能够减轻整个夹持板的重量，从而减小无人机飞行时的负载；另一方面，U型夹紧件的圆弧段能够与机翼之间实现半包围贴合，从而提高了固定锁紧效果，此外，U型内槽面还设有柔性层，从而更充分地与机翼贴合。

优选地，所述电磁锁件包括位于上方的固定板和安装在固定板下方的电磁锁轴，其中，所述固定板通过螺栓安装在所述水平承接面上。通过设置所述固定板，能够完成电磁锁件的安装。

优选地，所述伸缩锁轴上还设有用于辅助伸缩锁轴运动至锁孔中的伸缩辅助机构，该伸缩辅助机构包括具有弹性伸缩功能的定位凸件，该定位凸件由金属材质构成，药箱上与所述定位凸件配合地设有具有磁性定位孔，该磁性定位孔的磁力促使所述定位凸件运动至磁性定位孔中；当所述定位凸件运动至磁性定位孔内时，所述伸缩锁轴正对所述锁孔。这样设置的目的在于，在实际安装药箱喷施模块的过程中，由于缺少定位辅助装置，很难保证伸缩锁轴在作伸出运动前与锁孔处于对准状态，因此常常会出现伸缩锁轴无法运动至锁孔内的情况。而通过设置上述伸缩辅助机构后，在安装过程中，当定位凸件在磁性定位孔磁性吸合力的作用下运动至磁性定位孔内时，伸缩锁轴正对锁孔，此时再驱动伸缩锁轴作伸出运动时，就能够确保其顺利运动至锁孔内，从而对伸缩锁轴的运动起到预定位作用。

优选地，所述磁性定位孔由设置在定位孔内的电磁铁构成，所述定位凸件安装在定位片上，该定位片的一端设有弹簧，在通电的状态下，电磁铁具有磁性，在克服弹簧弹力的作用下将定位凸件吸附到磁性定位孔内；在失电的情况下，电磁铁失去磁性，所述定位凸件在弹簧弹力的作用下从磁性定位孔中脱离出来。这样设置的目的在于，只需要通过控制电磁铁得电或失电的方式就能够控制定位凸件与磁性定位孔接触或分离，从而既能够将药箱喷施模块锁紧在机翼夹紧机构上，又能够解除药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间的锁紧状态，将药箱喷施模块从机翼夹紧机构上取下，因此工作效果好。

优选地，所述伸缩辅助机构还包括用于检测定位凸件是否运动至磁性定位孔内的门磁传感器，该门磁传感器与电磁锁轴的控制系统连接。工作时，当门磁传感器检测到定位凸件运动至磁性定位孔内时，门磁传感器便向控制系统发送信号，控制系统便驱动电磁锁轴开始动作，驱动电磁锁轴作伸出运动至锁孔内，从而实现了电磁锁轴的自动锁紧功能，同理，也能够通过控制系统实现电磁锁轴自动解除锁紧的功能，该功能具有重要的应用价值，具体地，在飞行时，一旦无人机发生紧急情况，能够通过控制系统的控制来使得各挂载航空喷雾装置可快速脱离机体，从而大大减轻无人机负载，增强无人机的可控性，使损失降至最低。

优选地，所述伸缩锁轴为四个，该四个伸缩锁轴之间呈“十”字型分布，所述药箱的顶部设有矩形凹槽，该矩形凹槽侧面上的四个矩形槽面上与所述伸缩锁轴配合地设有四个锁孔，当所述药箱喷施模块处于锁紧状态时，四个伸缩锁轴分别伸入到四个锁孔内。这样设置的好处在于，由四个伸缩锁轴和四个锁孔构成的定位机构能够实现药箱喷施模块的X方面和Y方向的限位锁紧，从而提高了锁紧效果。

优选地，所述四个呈“十”字型分布的伸缩锁轴上均对应设有一个定位凸件，所述矩形凹槽侧面上的四个矩形槽面上在每个定位凸件的对应位置处均对应设有磁性定位孔，当四个定位凸件运动均运动至四个磁性定位孔内时，四个伸缩锁轴均正对其对应的锁孔。其中，位于同一方向上的两个定位凸件构成一组对电磁锁件在X方向进行定位定位件，位于同一方向上的另两个定位凸件构成一组对电磁锁件在Y方向进行定位定位件。安装时，先沿着其中一个方向移动电磁锁件来完成该方向上的定位凸件与其对应的磁性定位孔内间的匹配贴合，匹配贴合后，该方向上的两个伸缩锁轴对位其对应的锁孔，从而实现了电磁锁件在该方向上的定位，之后再沿着另一个方向移动电磁锁件来完成该方向上的定位凸件与其对应的磁性定位孔内间的匹配贴合，匹配贴合后，该方向上的两个伸缩锁轴对位其对应的锁孔，从而实现了电磁锁件在该方向上的定位，这样，经过两次移动后，四个定位凸件均运动至其对应的磁性定位孔内，对应的，四个伸缩锁轴均运动至其对应的锁孔内，从而保证了四个伸缩锁轴在接下来的伸出运动中能够全部顺利地运动至其对应的锁孔内，实现了将电磁锁件锁紧在机翼夹紧机构上。

优选地，所述矩形凹槽的底面上设有定位凸体，所述伸缩锁轴的底面中心位置处与所述定位凸体配合地设有定位凹槽。通过设置上述定位凸体和定位凹槽，能够对药箱喷施模块在Z轴方向上进行导向和限位，从而提高了锁紧效果。

进一步地，还包括遥控系统，该遥控系统包括设置在喷雾装置上的无线传输控制模块和地面遥控模块，其中，无线传输控制模块分别与挂载固定模块、药箱喷施模块相互连接。

具体的，所述挂载喷雾装置独立对称安装在农用固定翼无人机两侧的机翼下方，在一架固定翼无人机上安装的数量根据机型及任务情况的不同可为两个或多个，各喷雾装置可同时工作也可以彼此独立工作，互不干扰。

优选地，所述药箱箱体为纺锤形、方形或球形，上部留有注药口和矩形凹槽，下部设有快速卸药阀门和喷施组件安装空间，药箱内部安装有流量和液位检测传感器，能实时监控喷洒状态和剩余药量，进行智能判断预警；所述动力电池安放在矩形凹槽内，用作为挂载脱挂机构、喷施组件及各传感器供电。

进一步地，所述喷施组件安装于药箱下部，包括药液泵、输液管、折叠式喷杆以及航空喷头；所述药液泵一端连接输液管从药箱中泵出药液，另一端经输液管将药液送至航空喷头，从药液泵引出的输液管上设有压力传感器；所述喷杆数量可为一组两根或多根，喷杆长度可依据作业任务及药箱尺寸来确定，运输时折叠收起在药箱下部，工作时可展开，每根喷杆上也安装有一组或多组航空喷头，所述航空喷头种类可为压力式、离心式或转笼式。所述喷施组件经地面遥控模块通过无线传输控制模块远程控制进行工作。

本发明的一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的工作原理为：

本发明的挂载喷雾装置既适用于专用的农用式固定翼无人机，又适用于普通的固定翼无人机。具体地，在使用时，先将机翼夹紧机构安装在机翼的下方来形成悬挂点，然后再进行药箱喷施模块的安装，其中，在对药箱喷施模块进行安装时，先将药箱喷施模块向上托举来使得其上的锁孔与电磁锁轴对齐，对齐后，再通过控制电磁锁件得电或失电来使得电磁锁轴作水平伸出运动伸入到所述锁孔内，这样，药箱喷施模块便在锁轴的锁紧作用下与机翼夹紧机构以及机翼连为一体，从而完成了药箱喷施模块的安装。完成安装后，无人机起飞，开始进行对农作物的喷施任务。在喷施过程中，当药箱内的药液用完后，无人机着陆，开始进行药液的补充，与现有的通过专用的设备向药箱内加药方式不同的是，本发明的挂载喷雾装置通过采用快速更换药箱喷施模块的方式来进行，具体地，只需要通过控制电磁锁件在失电或得电来使得电磁锁轴作水平收缩运动而从所述锁孔内脱离出来，由于脱离后的药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间处于非锁紧状态，因此能够轻易地将其取下，取下后再将装满药液的药箱喷施模块安装到机翼夹紧机构上即可(该安装步骤与上述药箱喷施模块的初始安装步骤相同)。这样，无人机就能够立即起飞继续进行农药的喷施任务。需要说明的是，该过程中亦可以根据实际需求对无人机上的电源模块进行更换，以满足无人机正常飞行时的供电需求。

当完成整个农田的喷施任务后，将机翼夹紧机构以及药箱喷施模块从无人机上拆卸下来，这样，固定翼无人机又可以作为普通的无人机(如航拍无人机，导弹无人机)来使用，从而摆脱了现有的植保无人机存在的使用性能单一的问题。

本发明一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的挂载喷雾装置通过采用更换药箱喷施模块的方式来实现对药液的及时补充，相对于现有的通过专用的设备向药箱内加药方式而言，一方面能够大大缩短药液的补充时间，从而提高了工作效率，另一方面能够避免药液加注过程中存在的对无人机上的其它零部件造成损坏，因此工作效果好。

2、本发明的挂载喷雾装置通过将电磁锁轴伸入到电磁锁孔的锁紧方式来实现将药箱喷施模块与无人机连接为一体，通过将电磁锁轴从电磁锁孔中抽离出来的方式来实现药箱喷施模块与无人机上之间的分离，该锁紧与分离操作简单、便捷，因此更换效果好。

3、本发明的挂载喷雾装置适用于多种固定翼无人机机型，既包括专用的农用型固定翼无人机，又包括普通的固定翼无人机，适用性更为广泛，可以减少无人机的日常闲置，使无人机的价值发挥到最大化，降低了航空植保作业的机型准入门槛，大大突出了农业航空施药应急快速的显著优势，有助于固定翼无人机在农业上的快速推广普及。

4、本发明整体结构简单，使用方便灵活，便于安装、转移搬运、拆卸，各挂载航空喷雾装置彼此独立工作，互不干扰，响应更快，如某一个挂载航空喷雾装置出现问题可随时快速进行拆卸更换，不影响整体的喷施效果。同时，各个独立的挂载航空喷雾装置的数量与安装位置可根据实际作业对象与作业环境的需求进行对应合理的调整，喷施作业结束后，作业无人机可快速拆卸本挂载航空喷雾装置，无人机即可用作其他用途。

一种固定翼无人机的挂载喷雾装置的使用方法，包括以下使用步骤：

a、根据作业需求及无人机型号特点确定需要安装在无人机上的挂载航空喷雾装置数量及位置，并选择配套合适长度的折叠喷杆和对应作业用途的航空喷头；

b、在无人机机翼上安装机翼夹紧机构和挂载脱挂机构；

c、在地面预先准备药箱喷施模块若干，用做作业时快速更换，向各药箱加注好药液，并对各药箱喷施模块进行调试检查，确保工作无误；

d、将第一批药箱喷施模块通过挂载脱挂机构安装到无人机上，展开各喷杆，准备起飞作业；

e、无人机起飞，到达作业空域后，地面遥控系统通过无线传输控制模块对各便携式挂载航空喷雾装置下达作业命令，开始进行喷雾作业；

f、各传感器实时监测喷雾情况回传地面，当第一批次药液喷施完毕，无人机返航；

g、卸下第一批药箱喷施模块，将调试准备好的第二批药箱喷施模块快速更换安装到无人机上，在确保无人机状态正常后，继续准备起飞作业；

h、重复步骤e-g直至作业完毕。

本发明的一种固定翼无人机的挂载喷雾装置还能够进行变量喷施作业，具体的变量喷施作业方法为：

预先对作业地块进行遥感作物信息采集，对农情进行分析，设置合理作业参数与挂载航空喷雾装置数量及位置，规划作业航线，生成作业处方图。

作业前，将各挂载航空喷雾装置按照预定挂载位置进行安装，将各喷杆展开，根据任务要求选择合适型号的喷头，各安装位置所使用的航空喷头类型可相同也可不同。

地面遥控模块依次对各独立的挂载航空喷雾装置进行作业前调试，将处方图对应的喷施指令下达至各安装位置对应独立的挂载航空喷雾装置。

无人机起飞作业，各挂载航空喷雾装置按照自身接收到的指令控制其携带的航空喷头独立喷施或停止，可以任意快速控制机身下方飞过区域的药液喷施覆盖情况，进行变量喷施作业，达到精准作业的目的。

本发明的一种固定翼无人机的挂载喷雾装置在出现问题快速更换步骤：

飞行过程中，流量和液位检测传感器实时监测喷雾装置的作业状态，数据会回传至地面遥控模块。

当单个或某几个挂载航空喷雾装置出现药箱药液量不足、电池电量不足、喷施系统堵塞、或药液泵故障等情况时，对应的监测传感器会进行报警提醒，此时无人机会进行返航。

无人机返航后，地面人员控制药液不足的挂载航空喷雾装置的挂载脱挂机构的锁舌从锁孔脱离，快速将其卸下。

在拆卸位置再次安装预先地面准备好的满电满药的备用挂载航空喷雾装置，对其进行更换，快速排除故障、解决问题。

更换完毕后，无人机再次升空作业。

附图说明

图1为本发明的一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的一个具体实施方式的立体机构示意图。

图2和图3为图1所示的挂载喷雾装置中的挂载固定模块2的立体结构示意图，其中，图2为机翼夹紧机构4的立体机构示意图，图3为挂载脱挂机构的立体结构示意图。

图4为图1所示的挂载喷雾装置中的药箱喷施模块1的立体结构示意图。

图5-图7为本发明的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的工作原理图；其中，图5为当定位凸件7和电磁锁轴6处于收缩时的工作状态图，此时的药箱喷施模块1和机翼夹紧机构4之间处于非锁紧状态；图6为当定位凸件7运动至磁性定位孔7-1内而定位电磁锁轴6处于伸缩时的工作状态图，此时的药箱喷施模块1和机翼夹紧机构4之间处于锁紧前的预定位状态；图7为当定位凸件7和电磁锁轴6分别运动至磁性定位孔7-1内和锁孔6-1内的工作状态图，此时的药箱喷施模块1和机翼夹紧机构4之间处于锁紧状态。

药箱喷施模块1、挂载固定模块2、药箱3、喷施组件4、夹持板4-1、锁紧件4-2、水承接板4-3、电磁锁件5、固定板5-1、电磁锁轴6、锁孔6-1、固定位凸件7、磁性定位孔7-1、定位片8、弹簧9、矩形凹槽10、定位凸体11、折叠式喷杆12、航空喷头13、药液泵14、输液管15、快速卸药阀门16、压力传感器17、注药口18。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图4，本发明的一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置包括药箱喷施模块1和用于将药箱喷施模块1悬挂在机翼下方的挂载固定模块2，其中，所述药箱喷施模块1包括药箱3、设置在药箱3下方的喷施组件4以及动力电池；所述挂载固定模块2包括可拆卸地安装在机翼下方的机翼夹紧机构4和设置在机翼夹紧机构4上的用于对药箱喷施模块1进行快速更换的挂载脱挂机构，其中，所述挂载脱挂机构包括电磁锁件5，该电磁锁件5上设有具有作水平伸缩功能的电磁锁轴6，所述药箱3上与所述电磁锁轴6配合地设有锁孔6-1；当所述电磁锁轴6作伸出运动伸入到所述锁孔6-1内时，所述药箱喷施模块1与机翼夹紧机构之间处于锁紧状态；当所述电磁锁轴6作收缩运动从锁孔6-1内脱离出来时，所述药箱喷施模块1与机翼夹紧机构之间处于非锁紧状态。

参见图2，所述机翼夹紧机构4包括夹持板4-1和用于将夹持板4-1锁紧在机翼下方的锁紧件4-2，其中，所述夹持板4-1由上夹持部、下夹持部以及位于上夹持部和下夹持部之间连接部构成，所述锁紧件4-2由螺栓构成，该螺栓的一端设有锁紧盘，所述上夹持部或下夹持部上与所述螺栓配合地设有螺孔，当机翼夹紧机构4处于锁紧状态时，所述锁紧盘抵紧在机翼上。使用时，通过拧动螺栓的方式来改变锁金盘与机翼之间的距离，从而将机翼夹紧机构4锁紧在机翼上或从机翼上拆卸下来。

参见图3，所述夹持板4-1由两个间隔放置的U型夹紧件和设置在U型夹紧件之间的水平承接板4-3构成，其中，两个U型夹紧件横向设置，U型夹紧件的上下平面构成夹持板4-1的上夹持部，U型夹持件的下平面构成夹持板4-1的下夹持部，U型夹紧件的圆弧段构成所述连接部。这样设置的目的在于，相对于上夹持部、下夹持部以及连接部均有夹持板4-1构成的方式而言，该通过两个间隔设置的U形夹紧件一方面能够减轻整个夹持板4-1的重量，从而减小无人机飞行时的负载；另一方面，U型夹紧件的圆弧段能够与机翼之间实现半包围贴合，从而提高了固定锁紧效果，此外，U型内槽面还设有柔性层，从而更充分地与机翼贴合。

参见图1-图4，所述电磁锁件5包括位于上方的固定板5-1和安装在固定板5-1下方的电磁锁轴6，其中，所述固定板5-1通过螺栓安装在所述水平承接面上。通过设置所述固定板5-1，能够完成电磁锁件5的安装。

参见图2-图7，所述伸缩锁轴上还设有用于辅助伸缩锁轴运动至锁孔6-1中的伸缩辅助机构，该伸缩辅助机构包括具有弹性伸缩功能的定位凸件7，该定位凸件7由金属材质构成，药箱3上与所述定位凸件7配合地设有具有磁性定位孔7-1，该磁性定位孔7-1的磁力促使所述定位凸件7运动至磁性定位孔7-1中；当所述定位凸件7运动至磁性定位孔7-1内时，所述伸缩锁轴正对所述锁孔6-1。这样设置的目的在于，在实际安装药箱喷施模块1的过程中，由于缺少定位辅助装置，很难保证伸缩锁轴在作伸出运动前与锁孔6-1处于对准状态，因此常常会出现伸缩锁轴无法运动至锁孔6-1内的情况。而通过设置上述伸缩辅助机构后，在安装过程中，当定位凸件7在磁性定位孔7-1磁性吸合力的作用下运动至磁性定位孔7-1内时，伸缩锁轴正对锁孔6-1，此时再驱动伸缩锁轴作伸出运动时，就能够确保其顺利运动至锁孔6-1内，从而对伸缩锁轴的运动起到预定位作用。

参见图4-图7，所述磁性定位孔7-1由设置在定位孔内的电磁铁构成，所述定位凸件7安装在定位片8上，该定位片8的一端设有弹簧9，在通电的状态下，电磁铁具有磁性，在克服弹簧9弹力的作用下将定位凸件7吸附到磁性定位孔7-1内；在失电的情况下，电磁铁失去磁性，所述定位凸件7在弹簧9弹力的作用下从磁性定位孔7-1中脱离出来。这样设置的目的在于，只需要通过控制电磁铁得电或失电的方式就能够控制定位凸件7与磁性定位孔7-1接触或分离，从而既能够将药箱喷施模块1锁紧在机翼夹紧机构4上，又能够解除药箱喷施模块1与机翼夹紧机构4之间的锁紧状态，将药箱喷施模块1从机翼夹紧机构4上取下，因此工作效果好。

所述伸缩辅助机构还包括用于检测定位凸件7是否运动至磁性定位孔7-1内的门磁传感器，该门磁传感器与电磁锁轴6的控制系统连接。工作时，当门磁传感器检测到定位凸件7运动至磁性定位孔7-1内时，门磁传感器便向控制系统发送信号，控制系统便驱动电磁锁轴6开始动作，驱动电磁锁轴6作伸出运动至锁孔6-1内，从而实现了电磁锁轴6的自动锁紧功能，同理，也能够通过控制系统实现电磁锁轴6自动解除锁紧的功能，该功能具有重要的应用价值，具体地，在飞行时，一旦无人机发生紧急情况，能够通过控制系统的控制来使得各挂载航空喷雾装置可快速脱离机体，从而大大减轻无人机负载，增强无人机的可控性，使损失降至最低。

参见图3-图7，所述伸缩锁轴为四个，该四个伸缩锁轴之间呈“十”字型分布，所述药箱3的顶部设有矩形凹槽10，该矩形凹槽10侧面上的四个矩形槽面上与所述伸缩锁轴配合地设有四个锁孔6-1，当所述药箱喷施模块1处于锁紧状态时，四个伸缩锁轴分别伸入到四个锁孔6-1内。这样设置的好处在于，由四个伸缩锁轴和四个锁孔6-1构成的定位机构能够实现药箱喷施模块1的X方面和Y方向的限位锁紧，从而提高了锁紧效果。

参见图3-图7，所述四个呈“十”字型分布的伸缩锁轴上均对应设有一个定位凸件7，所述矩形凹槽10侧面上的四个矩形槽面上在每个定位凸件7的对应位置处均对应设有磁性定位孔7-1，当四个定位凸件7运动均运动至四个磁性定位孔7-1内时，四个伸缩锁轴均正对其对应的锁孔6-1。其中，位于同一方向上的两个定位凸件7构成一组对电磁锁件5在X方向进行定位定位件，位于同一方向上的另两个定位凸件7构成一组对电磁锁件5在Y方向进行定位定位件。安装时，先沿着其中一个方向移动电磁锁件5来完成该方向上的定位凸件7与其对应的磁性定位孔7-1内间的匹配贴合，匹配贴合后，该方向上的两个伸缩锁轴对位其对应的锁孔6-1，从而实现了电磁锁件5在该方向上的定位，之后再沿着另一个方向移动电磁锁件5来完成该方向上的定位凸件7与其对应的磁性定位孔7-1内间的匹配贴合，匹配贴合后，该方向上的两个伸缩锁轴对位其对应的锁孔6-1，从而实现了电磁锁件5在该方向上的定位，这样，经过两次移动后，四个定位凸件7均运动至其对应的磁性定位孔7-1内，对应的，四个伸缩锁轴均运动至其对应的锁孔6-1内，从而保证了四个伸缩锁轴在接下来的伸出运动中能够全部顺利地运动至其对应的锁孔6-1内，实现了将电磁锁件5锁紧在机翼夹紧机构4上。

参见图和图5，所述矩形凹槽10的底面上设有定位凸体11，所述伸缩锁轴的底面中心位置处与所述定位凸体11配合地设有定位凹槽。通过设置上述定位凸体11和定位凹槽，能够对药箱喷施模块1在Z轴方向上进行导向和限位，从而提高了锁紧效果。

进一步地，还包括遥控系统，该遥控系统包括设置在喷雾装置上的无线传输控制模块和地面遥控模块，其中，无线传输控制模块分别与挂载固定模块2、药箱喷施模块1相互连接。

具体的，所述挂载喷雾装置独立对称安装在农用固定翼无人机两侧的机翼下方，在一架固定翼无人机上安装的数量根据机型及任务情况的不同可为两个或多个，各喷雾装置可同时工作也可以彼此独立工作，互不干扰。

参见图1-图4，所述药箱3箱体为纺锤形、方形或球形，上部留有注药口18和矩形凹槽10，下部设有快速卸药阀门16和喷施组件安装空间，药箱3内部安装有流量和液位检测传感器，能实时监控喷洒状态和剩余药量，进行智能判断预警；所述动力电池安放在矩形凹槽10内，用作为挂载脱挂机构、喷施组件及各传感器供电。所述喷施组件安装于药箱3下部，包括药液泵14、输液管15、折叠式喷杆12以及航空喷头13；所述药液泵14一端连接输液管15从药箱3中泵出药液，另一端经输液管15将药液送至航空喷头13，从药液泵14引出的输液管15上设有压力传感器17；所述喷杆数量可为一组两根或多根，喷杆长度可依据作业任务及药箱3尺寸来确定，运输时折叠收起在药箱3下部，工作时可展开，每根喷杆上也安装有一组或多组航空喷头13，所述航空喷头13种类可为压力式、离心式或转笼式。所述喷施组件经地面遥控模块通过无线传输控制模块远程控制进行工作。

本发明的一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的工作原理为：

本发明的便捷式挂载航空喷雾装置既适用于专用的农用式固定翼无人机，又适用于普通的固定翼无人机。具体地，在使用时，先将机翼夹紧机构4安装在机翼的下方来形成悬挂点，然后再进行药箱喷施模块1的安装，其中，在对药箱喷施模块1进行安装时，先将药箱喷施模块1向上托举来使得其上的锁孔6-1与电磁锁轴6对齐，对齐后，再通过控制电磁锁件5得电或失电来使得电磁锁轴6作水平伸出运动伸入到所述锁孔6-1内，这样，药箱喷施模块1便在锁轴的锁紧作用下与机翼夹紧机构4以及机翼连为一体，从而完成了药箱喷施模块1的安装。完成安装后，无人机起飞，开始进行对农作物的喷施任务。在喷施过程中，当药箱3内的药液用完后，无人机着陆，开始进行药液的补充，与现有的通过专用的设备向药箱3内加药方式不同的是，本发明的便捷式挂载航空喷雾装置通过采用快速更换药箱3的方式来进行，具体地，只需要通过控制电磁锁件5在失电或得电来使得电磁锁轴6作水平收缩运动而从所述锁孔6-1内脱离出来，由于脱离后的药箱3与机翼夹紧机构之间处于非锁紧状态，因此能够轻易地将其取下，取下后再将装满药液的药箱喷施模块1安装到机翼夹紧机构4上即可(该安装步骤与上述药箱喷施模块1的初始安装步骤相同)。这样，无人机就能够立即起飞继续进行农药的喷施任务。需要说明的是，该过程中亦可以根据实际需求对无人机上的电源模块进行更换，以满足无人机正常飞行时的供电需求。

当完成整个农田的喷施任务后，将机翼夹紧机构4以及药箱喷施模块1从无人机上拆卸下来，这样，固定翼无人机又可以作为普通的无人机(如航拍无人机，导弹无人机)来使用，从而摆脱了现有的植保无人机存在的使用性能单一的问题。

本发明一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的便捷式挂载航空喷雾装置通过采用更换药箱喷施模块1的方式来实现对药液的及时补充，相对于现有的通过专用的设备向药箱3内加药方式而言，一方面能够大大缩短药液的补充时间，从而提高了工作效率，另一方面能够避免药液加注过程中存在的对无人机上的其它零部件造成损坏，因此工作效果好。

2、本发明的便捷式挂载航空喷雾装置通过将电磁锁轴6伸入到电磁锁孔6-1的锁紧方式来实现将药箱喷施模块1与无人机连接为一体，通过将电磁锁轴6从电磁锁孔6-1中抽离出来的方式来实现药箱喷施模块1与无人机上之间的分离，该锁紧与分离操作简单、便捷，因此更换效果好。

3、本发明的便捷式挂载航空喷雾装置适用于多种固定翼无人机机型，既包括专用的农用型固定翼无人机，又包括普通的固定翼无人机，适用性更为广泛，可以减少无人机的日常闲置，使无人机的价值发挥到最大化，降低了航空植保作业的机型准入门槛，大大突出了农业航空施药应急快速的显著优势，有助于固定翼无人机在农业上的快速推广普及。

4、本发明整体结构简单，使用方便灵活，便于安装、转移搬运、拆卸，各挂载航空喷雾装置彼此独立工作，互不干扰，响应更快，如某一个挂载航空喷雾装置出现问题可随时快速进行拆卸更换，不影响整体的喷施效果。同时，各个独立的挂载航空喷雾装置的数量与安装位置可根据实际作业对象与作业环境的需求进行对应合理的调整，喷施作业结束后，作业无人机可快速拆卸本挂载航空喷雾装置，无人机即可用作其他用途。

本发明的一种固定翼无人机的便捷式挂载航空喷雾装置的使用方法，包括以下使用步骤：

a、根据作业需求及无人机型号特点确定需要安装在无人机上的挂载航空喷雾装置数量及位置，并选择配套合适长度的折叠喷杆和对应作业用途的航空喷头13；

b、在无人机机翼上安装机翼夹紧机构4和挂载快速脱挂机构；

c、在地面预先准备药箱喷施模块若干，用做作业时快速更换，向各药箱3加注好药液，并对各药箱喷施模块进行调试检查，确保工作无误；

d、将第一批药箱喷施模块通过挂载快速脱挂机构安装到无人机上，展开各喷杆，准备起飞作业；

e、无人机起飞，到达作业空域后，地面遥控系统通过无线传输控制模块对各便携式挂载航空喷雾装置下达作业命令，开始进行喷雾作业；

f、各传感器实时监测喷雾情况回传地面，当第一批次药液喷施完毕，无人机返航；

g、卸下第一批药箱喷施模块，将调试准备好的第二批药箱喷施模块快速更换安装到无人机上，在确保无人机状态正常后，继续准备起飞作业；

h、重复步骤e-g直至作业完毕。

本发明的一种固定翼无人机的便捷式挂载航空喷雾装置还能够进行变量喷施作业，具体的变量喷施作业方法为：

预先对作业地块进行遥感作物信息采集，对农情进行分析，设置合理作业参数与挂载航空喷雾装置数量及位置，规划作业航线，生成作业处方图。

作业前，将各挂载航空喷雾装置按照预定挂载位置进行安装，将各喷杆展开，根据任务要求选择合适型号的喷头，各安装位置所使用的航空喷头13类型可相同也可不同。

地面遥控模块依次对各独立的挂载航空喷雾装置进行作业前调试，将处方图对应的喷施指令下达至各安装位置对应独立的挂载航空喷雾装置。

无人机起飞作业，各挂载航空喷雾装置按照自身接收到的指令控制其携带的航空喷头13独立喷施或停止，可以任意快速控制机身下方飞过区域的药液喷施覆盖情况，进行变量喷施作业，达到精准作业的目的。

本发明的一种固定翼无人机的便捷式挂载航空喷雾装置在出现问题快速更换步骤：

飞行过程中，流量和液位检测传感器实时监测喷雾装置的作业状态，数据会回传至地面遥控模块。

当单个或某几个挂载航空喷雾装置出现药箱3药液量不足、电池电量不足、喷施系统堵塞、或药液泵14故障等情况时，对应的监测传感器会进行报警提醒，此时无人机会进行返航。

无人机返航后，地面人员控制药液不足的挂载航空喷雾装置的挂载快速脱挂机构的锁舌从锁孔6-1脱离，快速将其卸下。

在拆卸位置再次安装预先地面准备好的满电满药的备用挂载航空喷雾装置，对其进行更换，快速排除故障、解决问题。

更换完毕后，无人机再次升空作业。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，包括药箱喷施模块和用于将药箱喷施模块悬挂在机翼下方的挂载固定模块，其中，所述药箱喷施模块包括药箱、设置在药箱下方的喷施组件以及动力电池；所述挂载固定模块包括可拆卸地安装在机翼下方的机翼夹紧机构和设置在机翼夹紧机构上的用于对药箱喷施模块进行快速更换的挂载脱挂机构，其中，所述挂载脱挂机构包括电磁锁件，该电磁锁件上设有具有作水平伸缩功能的电磁锁轴，所述药箱上与所述电磁锁轴配合地设有锁孔；当所述电磁锁轴作伸出运动伸入到所述锁孔内时，所述药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间处于锁紧状态；当所述电磁锁轴作收缩运动从锁孔内脱离出来时，所述药箱喷施模块与机翼夹紧机构之间处于非锁紧状态。

2.根据权利要求1所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述机翼夹紧机构包括夹持板和用于将夹持板锁紧在机翼下方的锁紧件，其中，所述夹持板由上夹持部、下夹持部以及位于上夹持部和下夹持部之间连接部构成，所述锁紧件由螺栓构成，该螺栓的一端设有锁紧盘，所述上夹持部或下夹持部上与所述螺栓配合地设有螺孔，当机翼夹紧机构处于锁紧状态时，所述锁紧盘抵紧在机翼上。

3.根据权利要求2所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述夹持板由两个间隔放置的U型夹紧件和设置在U型夹紧件之间的水平承接板构成，其中，两个U型夹紧件横向设置，U型夹紧件的上下平面构成夹持板的上夹持部，U型夹持件的下平面构成夹持板的下夹持部，U型夹紧件的圆弧段构成所述连接部。

4.根据权利要求3所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述电磁锁件包括位于上方的固定板和安装在固定板下方的电磁锁轴，其中，所述固定板通过螺栓安装在所述水平承接面上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述伸缩锁轴上还设有用于辅助伸缩锁轴运动至锁孔中的伸缩辅助机构，该伸缩辅助机构包括具有弹性伸缩功能的定位凸件，该定位凸件由金属材质构成，药箱上与所述定位凸件配合地设有具有磁性定位孔，该磁性定位孔的磁力促使所述定位凸件运动至磁性定位孔中；当所述定位凸件运动至磁性定位孔内时，所述伸缩锁轴正对所述锁孔。

6.根据权利要求5所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述磁性定位孔由设置在定位孔内的电磁铁构成，所述定位凸件安装在定位片上，该定位片的一端设有弹簧，在通电的状态下，电磁铁具有磁性，在克服弹簧弹力的作用下将定位凸件吸附到磁性定位孔内；在失电的情况下，电磁铁失去磁性，所述定位凸件在弹簧弹力的作用下从磁性定位孔中脱离出来。

7.根据权利要求6所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述伸缩辅助机构还包括用于检测定位凸件是否运动至磁性定位孔内的门磁传感器，该门磁传感器与电磁锁轴的控制系统连接。

8.根据权利要求7所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述伸缩锁轴为四个，该四个伸缩锁轴之间呈“十”字型分布，所述药箱的顶部设有矩形凹槽，该矩形凹槽侧面上的四个矩形槽面上与所述伸缩锁轴配合地设有四个锁孔，当所述药箱喷施模块处于锁紧状态时，四个伸缩锁轴分别伸入到四个锁孔内。

9.根据权利要求8所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置，其特征在于，所述四个呈“十”字型分布的伸缩锁轴上均对应设有一个定位凸件，所述矩形凹槽侧面上的四个矩形槽面上在每个定位凸件的对应位置处均对应设有磁性定位孔，当四个定位凸件运动均运动至四个磁性定位孔内时，四个伸缩锁轴均正对其对应的锁孔。

10.根据权利要求1-9任一项所述的适用于固定翼无人机的挂载喷雾装置的使用方法，其特征在于，包括以下使用步骤：

a、根据作业需求及无人机型号特点确定需要安装在无人机上的挂载航空喷雾装置数量及位置，并选择配套合适长度的折叠喷杆和对应作业用途的航空喷头；

b、在无人机机翼上安装机翼夹紧机构和挂载脱挂机构；

c、在地面预先准备药箱喷施模块若干，用做作业时快速更换，向各药箱加注好药液，并对各药箱喷施模块进行调试检查，确保工作无误；

d、将第一批药箱喷施模块通过挂载脱挂机构安装到无人机上，展开各喷杆，准备起飞作业；

e、无人机起飞，到达作业空域后，地面遥控系统通过无线传输控制模块对各便携式挂载航空喷雾装置下达作业命令，开始进行喷雾作业；

f、各传感器实时监测喷雾情况回传地面，当第一批次药液喷施完毕，无人机返航；

g、卸下第一批药箱喷施模块，将调试准备好的第二批药箱喷施模块快速更换安装到无人机上，在确保无人机状态正常后，继续准备起飞作业；

h、重复步骤e-g直至作业完毕。