CN109906796A - 一种基于植保无人机的作物打顶机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于植保无人机的作物打顶机，植保无人机包括机架、机翼、飞行驱动电机、螺旋桨、起落架，机翼设置有四个，分别固定于机架的四个方向上，四个飞行驱动电机分别固定在机翼末端，四个螺旋桨分别设置在飞行驱动电机的电机轴上，起落架设置于机架两侧下方；打顶装置包括：下挂架、收放装置和打顶切割装置；其中下挂架包括固定架和横梁，其中固定架设置有两个，并且固定架的两端均设有固定板，两个固定架通过固定板连接在植保无人机的底部两侧，横梁两端分别连接在两侧的固定架上。本发明提供了一种基于植保无人机的作物打顶机，克服了现有技术中采用人工去除玉米雌穗以上茎叶或去雄穗成本投入高，效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及农林机械技术领域，更具体的说是涉及一种基于植保无人机的作物打顶机。
背景技术
我国是玉米种植大国，虽然研究表明玉米去雄穗可以增产，但实际中应用很少，因为传统方法人工去雄穗，人工成本投入高，净收入不仅不增加，甚至还会减少。
同时，玉米收获时含水量高，是影响玉米机械收获质量及其收获后直接入粮仓的主要矛盾。目前为止，尚缺少脱水快产量高的新品种，缺少保证产量加快脱水的具体有效措施。
玉米脱水包括成熟前的生理脱水和成熟后的籽粒干燥脱水，后一过程主要受环境因素影响。而采用去掉玉米穗以上玉米茎秆和叶片的方法，可以大幅度促进玉米穗的通风透光，从而明显加速玉米脱水，实现玉米从收回家晾晒到在地里晾晒的转变，大大方便了机械收获及其收获后在田间地头的销售；同时因为在生理成熟即籽粒黑层出现后才打顶，保证了产量。如采用传统方法人工去掉玉米雌穗以上茎叶，人工成本投入高，则很难在生产上应用。
因此，如何提供一种自动化程度高的基于植保无人机的作物打顶机是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于植保无人机的作物打顶机，克服了现有技术中采用人工去除玉米雌穗以上茎叶或去雄穗成本投入高，效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于植保无人机的作物打顶机，包括：包括植保无人机和安装在所述植保无人机底部的打顶装置；
所述的植保无人机包括机架、机翼、飞行驱动电机、螺旋桨、起落架，所述机翼设置有四个，分别固定于所述机架的四个方向上，四个所述飞行驱动电机分别固定在所述机翼末端，四个所述螺旋桨分别设置在所述飞行驱动电机的电机轴上，所述起落架设置于所述机架两侧下方；
所述打顶装置包括：下挂架、收放装置和打顶切割装置；其中所述下挂架包括固定架和横梁，其中所述固定架设置有两个，并且所述固定架的两端均设有固定板，两个所述固定架通过所述固定板连接在所述植保无人机的底部两侧，所述横梁两端分别连接在两侧的所述固定架上；
所述收放装置包括第一电机、第一锥齿轮、收放板和两个收放单元，所述第一电机安装在所述横梁底部，并且竖向朝下设置，所述第一电机与所述第一锥齿轮传动连接，两个所述收放单元安装在分别安装在位于所述植保无人机底部两侧的所述固定架内侧，并且，两个所述收放单元分别位于所述第一锥齿轮的两侧，两个所述收放单元关于所述第一锥齿轮对称设置；所述收放板水平设置在两个所述收放单元下方，两个所述收放单元关于所述收放板对称设置；
所述收放单元包括丝杆、第二锥齿轮、滑块和连杆；所述丝杆水平设置，所述丝杆通过轴承与所述固定架内侧连接，所述轴承和第二锥齿轮分别设置在所述丝杆的两端，所述第二锥齿轮套设固定在所述丝杆上，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合；所述丝杆穿过所述滑块且所述丝杆与所述滑块螺纹连接，所述横梁的底面水平设有滑槽，所述滑块的顶部位于所述滑槽内，所述滑块与所述滑槽匹配且滑动连接；所述连杆的一端与滑块铰接，所述连杆的另一端与收放板铰接，所述打顶切割装置设置在所述收放板的下方；
所述打顶切割装置包括步进电机、下摆杆、打顶机架、切割驱动电机、转杆和切割刀片；其中所述步进电机固定安装在所述收放板的下方，所述步进电机的输出轴于所述下摆杆的一端垂直固定连接，所述下摆杆的另一端与所述打顶机架固定连接；所述打顶机架的两端分别设置所述切割驱动电机，所述切割驱动电机的输出轴与所述转杆通过联轴器传动连接，所述转杆上设置所述切割刀片。
通过植保无人机将打顶装置带动悬挂在空中，并且通过植保任务机带动其水平移动对玉米进行去雄穗打顶，在植保无人机飞行过程中，通过第一电机转动，可带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮与两个收放单元的第二锥齿轮啮合，带动第二锥齿轮转动；第二锥齿轮固定在丝杆上，丝杆通过轴承与固定架连接，使丝杆可进行转动，位于两侧丝杆上的滑块同步发生移动，进而通过连杆与滑块铰接的收放板在竖直方向移动，通过控制第一电机正反转，从而控制收放板上升和下降，实现打顶切割装置的升降；
所述步进电机固定安装在所述收放板的下方，所述步进电机的输出轴于所述下摆杆的一端垂直固定连接，通过对步进电机输入脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，当步距角为90°时，使下摆杆转动至水平位置，实现对打顶切割装置的折叠；所述切割驱动电机的输出轴与所述转杆通过联轴器传动连接，所述转杆上设置所述切割刀片，通过控制植保无人机的飞行高度，选择合适高度对玉米的雄穗进行切割去除。
打顶机架的两端分别设置所述切割驱动电机，实现田间玉米多行去除玉米雌穗以上部分茎叶或去雄穗。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述植保无人机的飞行控制系统分别与所述飞行驱动电机、所述第一电机、所述步进电机、所述切割驱动电机电性连接，通过所述植保无人机的飞行控制系统对所述飞行驱动电机、所述第一电机、所述步进电机、所述切割驱动电机进行控制；
无人机的飞行控制系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统，飞行控制系统对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述飞行控制系统包括陀螺仪，加速计，地磁感应，气压传感器，超声波传感器，光流传感器，GPS模块以及控制器。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，在地面上设置有与所述飞行控制系统进行通讯的无人机控制站，无人机控制站具有对无人机飞行平台和任务载荷进行监控和操纵的能力，操作人员通过无人机控制站对所述植保无人机进行操控，使其完成飞行、收放板升降、打顶切割装置折叠、打顶切割装置切割等功能；
无人机地面控制站是整个无人机系统非常重要的组成部分，是地面操作人员直接与无人机交互的渠道。它包括任务规划、任务回放、实时监测、数字地图、通信数据链在内的集控制、通信、数据处理于一体的综合能力，是整个无人机系统的指挥控制中心。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述转杆上设置有两组所述切割刀片，其中一组所述切割刀片安装在所述转杆的底端，另外一组所述切割刀片安装在所述转杆的中间位置，因为玉米植株玉米穗以上部分长1米左右，要想玉米收货时水分较低，需要去掉玉米茎秆上部分，当采用直接一段切下来的方式进行切割时，被切下的茎秆部分不容易落地，本发明通过设置两组所述切割刀片，可以实现同时把玉米雌穗所在的上部分切成多段，使其容易下落到地面上；并且也可以调整所述植保无人机高度，仅使所述转杆底端的一组切割刀片对玉米雄穗部分进行切割。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，每组所述切割刀片包括两个所述切割刀片。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述切割刀片的两侧均设置有刀刃，并且所述切割刀片倾斜设置，其中一侧刀刃高于另一侧刀刃，使切割玉米茎秆时更加锋利。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述丝杆的表面设有防腐镀锌层，防止锈蚀。
优选的，在上述一种基于植保无人机的作物打顶机中，所述第一电机为伺服电机。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于植保无人机的作物打顶机，通过在现有成熟技术植保无人机上搭载打顶装置，实现了对玉米的自动化去除玉米雌穗以上部分茎叶或去雄穗，可以适应不同的地形情况，灵活机动，打顶装置采用折叠式设计，在不工作时不会因触碰对操作员造成伤害；并且工作效率高，实现高效切割，成本投入少，节约了人力，实现了高度自动化，便于进行普及。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图；
图2附图为下挂架的结构示意图；
图3附图为打顶装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于植保无人机的作物打顶机，克服了现有技术中采用人工去雄穗成本投入高，效率低的问题。
一种基于植保无人机的作物打顶机，包括：包括植保无人机1和安装在植保无人机1底部的打顶装置2；
植保无人机1包括机架11、机翼12、飞行驱动电机13、螺旋桨14、起落架15，机翼12设置有四个，分别固定于机架11的四个方向上，四个飞行驱动电机13分别固定在机翼12末端，四个螺旋桨14分别设置在飞行驱动电机13的电机轴上，起落架15设置于机架11两侧下方；
打顶装置2包括：下挂架21、收放装置22和打顶切割装置23；其中下挂架21包括固定架24和横梁25，其中固定架24设置有两个，并且固定架24的两端均设有固定板26，两个固定架24通过固定板26连接在植保无人机1的底部两侧，横梁25两端分别连接在两侧的固定架24上；
收放装置22包括第一电机221、第一锥齿轮222、收放板223和两个收放单元，第一电机221安装在横梁25底部，并且竖向朝下设置，第一电机221与第一锥齿轮222传动连接，两个收放单元安装在分别安装在位于植保无人机1底部两侧的固定架24内侧，并且，两个收放单元分别位于第一锥齿轮222的两侧，两个收放单元关于第一锥齿轮222对称设置；收放板223水平设置在两个收放单元下方，两个收放单元关于收放板223对称设置；
收放单元包括丝杆224、第二锥齿轮225、滑块226和连杆227；丝杆224水平设置，丝杆224通过轴承228与固定架24内侧连接，轴承228和第二锥齿轮225分别设置在丝杆224的两端，第二锥齿轮225套设固定在丝杆224上，第二锥齿轮225与第一锥齿轮222啮合；丝杆224穿过滑块226且丝杆224与滑块226螺纹连接，横梁25的底面水平设有滑槽，滑块226的顶部位于滑槽内，滑块226与滑槽匹配且滑动连接；连杆227的一端与滑块226铰接，连杆227的另一端与收放板223铰接，打顶切割装置23设置在收放板223的下方；
打顶切割装置23包括步进电机231、下摆杆232、打顶机架233、切割驱动电机234、转杆235和切割刀片236；其中步进电机231固定安装在收放板223的下方，步进电机231的输出轴于下摆杆232的一端垂直固定连接，下摆杆232的另一端与打顶机架233固定连接；打顶机架233的两端分别设置切割驱动电机234，切割驱动电机234的输出轴与转杆235通过联轴器传动连接，转杆235上设置切割刀片236。
通过植保无人机1将打顶装置2带动悬挂在空中，并且通过植保任务机带动其水平移动对玉米进行去雄穗打顶，在植保无人机1飞行过程中，通过第一电机221转动，可带动第一锥齿轮222转动，第一锥齿轮222与两个收放单元的第二锥齿轮225啮合，带动第二锥齿轮225转动；第二锥齿轮225固定在丝杆224上，丝杆224通过轴承228与固定架24连接，使丝杆224可进行转动，位于两侧丝杆224上的滑块226同步发生移动，进而通过连杆227与滑块226铰接的收放板223在竖直方向移动，通过控制第一电机221正反转，从而控制收放板223上升和下降，实现打顶切割装置23的升降；
步进电机231固定安装在收放板223的下方，步进电机231的输出轴于下摆杆232的一端垂直固定连接，通过对步进电机231输入脉冲信号，驱动步进电机231按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，当步距角为90°时，使下摆杆232转动至水平位置，实现对打顶切割装置23的折叠；切割驱动电机234的输出轴与转杆235通过联轴器传动连接，转杆235上设置切割刀片236，通过控制植保无人机1的飞行高度，选择合适高度对玉米的雄穗进行切割去除。
打顶机架233的两端分别设置切割驱动电机234，实现田间玉米多行去除玉米雌穗以上部分茎叶或去雄穗。
为了进一步优化上述技术方案，植保无人机1的飞行控制系统分别与飞行驱动电机13、第一电机221、步进电机231、切割驱动电机234电性连接，通过植保无人机1的飞行控制系统对飞行驱动电机13、第一电机221、步进电机231、切割驱动电机234进行控制；
无人机的飞行控制系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统，飞行控制系统对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。
为了进一步优化上述技术方案，飞行控制系统包括陀螺仪，加速计，地磁感应，气压传感器，超声波传感器，光流传感器，GPS模块以及控制器。
为了进一步优化上述技术方案，在地面上设置有与飞行控制系统进行通讯的无人机控制站，无人机控制站具有对无人机飞行平台和任务载荷进行监控和操纵的能力，操作人员通过无人机控制站对植保无人机1进行操控，使其完成飞行、收放板223升降、打顶切割装置23折叠、打顶切割装置23切割等功能；
无人机地面控制站是整个无人机系统非常重要的组成部分，是地面操作人员直接与无人机交互的渠道。它包括任务规划、任务回放、实时监测、数字地图、通信数据链在内的集控制、通信、数据处理于一体的综合能力，是整个无人机系统的指挥控制中心。
为了进一步优化上述技术方案，转杆235上设置有两组切割刀片236，其中一组切割刀片236安装在转杆235的底端，另外一组切割刀片236安装在转杆235的中间位置，因为玉米植株玉米穗以上部分长1米左右，要想玉米收获时水分较低，需要去掉玉米茎秆上部分，当采用直接一段切下来的方式进行切割时，被切下的茎秆部分不容易落地，本发明通过设置两组切割刀片236，可以实现同时把玉米雌穗所在的上部分切成多段，使其容易下落到地面上；并且也可以调整植保无人机1高度，仅使转杆235底端的一组切割刀片236对玉米雄穗部分进行切割。
为了进一步优化上述技术方案，每组切割刀片236包括两个切割刀片236。
为了进一步优化上述技术方案，切割刀片236的两侧均设置有刀刃，并且切割刀片236倾斜设置，其中一侧刀刃高于另一侧刀刃，使切割玉米茎秆时更加锋利。
为了进一步优化上述技术方案，丝杆224的表面设有防腐镀锌层，防止锈蚀。
为了进一步优化上述技术方案，第一电机221为伺服电机，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于植保无人机的作物打顶机，其特征在于，包括：包括植保无人机和安装在所述植保无人机底部的打顶装置；
所述的植保无人机包括机架、机翼、飞行驱动电机、螺旋桨、起落架，所述机翼设置有四个，分别固定于所述机架的四个方向上，四个所述飞行驱动电机分别固定在所述机翼末端，四个所述螺旋桨分别设置在所述飞行驱动电机的电机轴上，所述起落架设置于所述机架两侧下方；
所述打顶装置包括：下挂架、收放装置和打顶切割装置；其中所述下挂架包括固定架和横梁，其中所述固定架设置有两个，并且所述固定架的两端均设有固定板，两个所述固定架通过所述固定板连接在所述植保无人机的底部两侧，所述横梁两端分别连接在两侧的所述固定架上；
所述收放装置包括第一电机、第一锥齿轮、收放板和两个收放单元，所述第一电机安装在所述横梁底部，并且竖向朝下设置，所述第一电机与所述第一锥齿轮传动连接，两个所述收放单元安装在分别安装在位于所述植保无人机底部两侧的所述固定架内侧，并且，两个所述收放单元分别位于所述第一锥齿轮的两侧，两个所述收放单元关于所述第一锥齿轮对称设置；所述收放板水平设置在两个所述收放单元下方，两个所述收放单元关于所述收放板对称设置；
所述收放单元包括丝杆、第二锥齿轮、滑块和连杆；所述丝杆水平设置，所述丝杆通过轴承与所述固定架内侧连接，所述轴承和第二锥齿轮分别设置在所述丝杆的两端，所述第二锥齿轮套设固定在所述丝杆上，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合；所述丝杆穿过所述滑块且所述丝杆与所述滑块螺纹连接，所述横梁的底面水平设有滑槽，所述滑块的顶部位于所述滑槽内，所述滑块与所述滑槽匹配且滑动连接；所述连杆的一端与滑块铰接，所述连杆的另一端与收放板铰接，所述打顶切割装置设置在所述收放板的下方；
所述打顶切割装置包括步进电机、下摆杆、打顶机架、切割驱动电机、转杆和切割刀片；其中所述步进电机固定安装在所述收放板的下方，所述步进电机的输出轴于所述下摆杆的一端垂直固定连接，所述下摆杆的另一端与所述打顶机架固定连接；所述打顶机架的两端分别设置所述切割驱动电机，所述切割驱动电机的输出轴与所述转杆通过联轴器传动连接，所述转杆上设置所述切割刀片。
2.根据权利要求1所述的一种基于植保无人机的作物打顶机，其特征在于，所述植保无人机的飞行控制系统分别与所述飞行驱动电机、所述第一电机、所述步进电机、所述切割驱动电机电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于植保无人机的作物打顶机，其特征在于，所述飞行控制系统包括陀螺仪，加速计，地磁感应，气压传感器，超声波传感器，光流传感器，GPS模块以及控制器。
4.根据权利要求3所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，在地面上设置有与所述飞行控制系统进行通讯的无人机控制站，无人机控制站具有对无人机飞行平台和任务载荷进行监控和操纵的能力。
5.根据权利要求1所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，所述转杆上设置有两组所述切割刀片，其中一组所述切割刀片安装在所述转杆的底端，另外一组所述切割刀片安装在所述转杆的中间位置。
6.根据权利要求5所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，每组所述切割刀片包括两个所述切割刀片。
7.根据权利要求1或6所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，所述切割刀片的两侧均设置有刀刃，并且所述切割刀片倾斜设置，其中一侧刀刃高于另一侧刀刃。
8.根据权利要求1所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，所述丝杆的表面设有防腐镀锌层。
9.根据权利要求1所述的一种以植保无人机为载体的棉花打顶机，其特征在于，所述第一电机为伺服电机。
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