CN110733642B - 一种用于无人机上的生物质球体投放系统及投放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植保机械技术领域，为用于无人机上的生物质球体投放系统及投放方法。投放系统包括控制模块、储球装置、搅拌装置、送球装置及释放装置，搅拌装置位于储球装置内并与储球装置连接，送球装置分别与搅拌装置、释放装置连接，控制模块分别与搅拌装置、释放装置电连接；在投放过程中搅拌装置对生物质球体不断进行搅拌，使其顺利进入送球装置内部，送球装置对其进行分离与输送，释放装置对其进行可控释放，按照作业需求逐一抛出。本发明能够清除生物质球体的堵塞和架空现象，并将球体按照一定的位置高度排列于释放口，从而保证抛球的连续性；能自主控制生物质球体的释放，实现定时、定量释放，提升了释放可靠性与稳定性，自动化程度高。

Description

一种用于无人机上的生物质球体投放系统及投放方法

技术领域

本发明涉及植保机械技术领域，具体涉及一种用于无人机上的生物质球体投放系统及投放方法。

背景技术

现有的农业生产中，主要采用化学药剂防治病虫草害，随着植保无人机的广泛应用，目前大都采用无人机对化学药剂或者粉末药剂进行喷洒。随着化学农药的长期使用，部分病虫害会逐渐产生抗药性，为了达到防治效果，化学药剂的使用量会逐渐增加，最终导致恶性循环，防治效果差、对环境的污染更加严重。

而生物防治主要是以虫防虫，利用自然界生物之间的寄生或者捕食关系，能有效防治害虫的种群数量，相对于化学防治不会出现害虫抗药性及环境污染等问题。近几年利用生物防治病虫害越来越受重视。为了实现较好的防治效果，在生物防治过程中，需要将天敌合理的布置于农田中。目前，天敌的布置以人工投放为主，该方式效率低，劳动强度大，仅适用于小区域作业。若利用无人机进行生物质球体的投放，将能极大的降低劳动强度，提高防治效率。

例如玉米螟虫的防治，可利用赤眼蜂防虫，而赤眼蜂的投放时机是影响防治效果的关键因素。放蜂过早，螟虫的虫卵少，大量赤眼蜂无法寄生在虫卵内而死亡；放蜂过晚，螟虫的虫卵已孵化，赤眼蜂无法防治幼虫。如果采用无人机将装有天敌(赤眼蜂)的生物质球体在短时间内大范围快速、精准的投放于田间，将能够有效提升防治效果，具有作业效率高，对环境无污染等特点。因此需要开发适用于无人机上的生物质球体的投放技术，以便实现快速、准确、有效地将生物质球体投放至田间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高生物防治的效率，解决因投放周期长而影响防治效果的问题，本发明提供一种用于无人机上的生物质球体投放系统及投放方法，结合植保无人机能够实现对装有害虫天敌的生物质球体进行快速、准确及有效的投放。

根据本发明的用于无人机上的生物质球体投放系统，包括控制模块、储球装置、搅拌装置、送球装置及释放装置，生物质球体存放于储球装置内，搅拌装置位于储球装置内并与储球装置连接，送球装置分别与搅拌装置、释放装置连接，控制模块分别与搅拌装置、释放装置电连接；

在生物质球体的投放过程中，搅拌装置在控制模块的控制下对生物质球体不断进行搅拌，使其顺利进入送球装置内部，送球装置对生物质球体进行分离与输送，释放装置在控制模块的控制下对存放于送球装置内的生物质球体进行可控释放。

在优选的实施例中，所述搅拌装置包括第一电机、搅拌轴、搅拌杆及搅拌叶，第一电机分别与储球装置、控制模块连接并受控于控制模块，搅拌杆设于搅拌轴上，搅拌叶设置在搅拌杆上；搅拌轴与第一电机的转动杆连接，在第一电机的带动下搅拌轴转动，搅拌杆与搅拌叶随之旋转，对生物质球体进行搅拌。

在优选的实施例中，所述送球装置包括分球器与输送器；分球器中的转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，并随之转动，在第一电机的带动下对生物质球体进行搅拌分离，使生物质球体逐一进入输送器。

在优选的实施例中，所述分球器包括转动轴、连接杆、分球块、分球筒，其中转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，并随之转动；连接杆呈“十”字状布置，连接杆的中心与转动轴连接；分球块设有多个，并分别对称设于连接杆上，相邻两个分球块之间的间隔大于生物质球体直径；分球筒与储球装置底端连接，分球筒的底部为凸型曲面薄壁，凸型曲面薄壁上开有多个与输送器连通的通孔，生物质球体从分球块间的间隔中沿凸型曲面薄壁滑落至通孔中。

在优选的实施例中，所述输送器包括输送管道、集球管道和光电传感器；输送管道设有多条，且入口均与水平面倾斜，并分别与分球筒中凸型曲面薄壁上的多个通孔一一对应进行连接，生物质球体经凸型曲面薄壁通孔落入输送管道中并被输送至集球管道内。

在优选的实施例中，多条输送管道的末端出口分别按照不同高度连接在集球管道的侧面，且环绕着集球管道的侧面布置。

在优选的实施例中，所述集球管道下方侧面开有与释放装置连接的矩形缺口作为释放口；所述释放装置安装于集球管道侧面，包括控制器、第二电机和拨叉，控制器与控制模块连接，受控于控制模块；控制器控制第二电机的转速，第二电机的转动杆与拨叉连接，在第二电机的带动下，拨叉绕第二电机转动杆的轴线不断旋转，通过集球管道下方的矩形缺口进入集球管道内部，不断的将集球管道内的生物质球体按照一定的时间间隔排出。

本发明用于无人机上的生物质球体投放方法，基于上述投放系统，包括以下步骤：

(1)通过螺栓组将投放系统安装于无人机下方，根据生物质球体的有效覆盖半径，对无人机进行路径规划；

(2)根据作业面积将一定量的生物质球体装入储球装置内，将无人机按照规划好的作业航线飞至起始位置点，按照投放高度开始作业；在作业过程中，控制模块向搅拌装置发送转速信号，控制搅拌装置中第一电机的转速，通过第一电机带动搅拌杆对储球装置内的生物质球体进行搅拌；送球装置中的分球器通过转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，在搅拌轴的带动下转动轴带动分球块随之转动，分球块结合分球筒将储球装置内的生物质球体分流至输送器中，通过输送器中的输送管道及集球管道将生物质球体有序排列在释放口；

(3)在作业过程中控制模块向释放装置中的控制器发出转速信号，驱动第二电机不断旋转，带动拨叉对排列于释放口的生物球体进行拨动，从而将生物质球体拨出，完成投放工作。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、不同于人工投放，本发明与无人机相结合，对生物质球体进行投放，能够极大的提高作业效率，提高防治效果，降低劳动强度，节省农时，具有较高的经济效益。且投放系统的结构简单，传动部件简单，便于装配，维护成本低。

2、本发明投放系统利用搅拌装置与送球装置的分球器不断对储球装置内的生物质球体进行搅拌，能够有效避免球体间的架空现象，避免投放过程中的堵塞，提高了投放系统的稳定性与可靠性。

3、通过送球装置中输送管道末端的高度差，能够将生物质球体有序的排列于集球管道中，便于后续的投放工作，此外通过光电传感器对释放球体的数量进行实时统计，获取作业量，指导作业进程。

4、本系统利用释放装置中的控制器控制拨叉的拨动速度，可实现对球体释放的有效控制，可根据实际作业要求改变投放速度，保证了投放的可控性，可实现精准投放。

附图说明

图1为本发明实施例提供的投放系统装在无人机上的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的投放系统结构示意图。

图3为搅拌装置结构示意图。

图4为送球装置结构示意图。

图5为分球器结构示意图。

图6为分球筒结构示意图。

图7为分球块与连接杆的结构示意图。

图8为输送器结构示意图。

图9为释放装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

本实施例中，用于无人机上的生物质球体投放系统，如图1-2所示，投放系统通过螺栓组安装于无人机5下方，通过无人机上的定位系统可对作业区域进行路线规划，并可精确定位无人机实时位置；控制模块6对投放系统的动力原件进行控制并实时记录投放量，如调节投放系统的电机转速，实现对投放速度的有效控制。投放系统包括储球装置(也叫储球箱)1、搅拌装置2、送球装置3及释放装置4。其中生物质球体存放于储球装置1内部，储球装置上部为圆筒，下部呈倒锥形，为了防止球体外漏，储球装置上部设有封盖，搅拌装置2位于储球装置内并与储球装置中的封盖连接，在投放过程中，搅拌装置2在控制模块的控制下对生物质球体不断进行搅拌，使其顺利进入送球装置3内部，送球装置3对生物质球体进行分离与输送，释放装置4在控制模块的控制下对存放于送球装置3底部的生物质球体进行可控释放，从而完成生物质球体的投放过程。在作业过程中，根据实际需求将若干生物质球体存放于储球装置内。

参见图3，搅拌装置2包括第一电机205、轴套201、搅拌轴202、搅拌杆203及搅拌叶204。第一电机205及轴套201与储球装置的封盖连接，第一电机与控制模块连接并受控于控制模块，轴套201套接在搅拌轴上，两根搅拌杆203对称焊接于搅拌轴上，每根搅拌杆203上均焊接有搅拌叶204。搅拌轴202与第一电机205的转动杆连接，在第一电机205的带动下搅拌轴202转动，搅拌杆203与搅拌叶204随之旋转，对生物质球体进行搅拌，防止球体出现架空与堵塞的情况，便于球体下落，进入送球装置。

参见图4-8，送球装置包括分球器301与输送器302，分别实现对储球装置内生物质球体的分离与输送。其中分球器301中的转动轴301(a)与搅拌装置2中的搅拌轴202连接，并随之转动，在第一电机205的带动下对生物质球体进行搅拌分离，使生物质球体逐一进入输送器302。进入输送器302内的生物质球体，在自身重力作用下，成竖直排列在输送器302底端，由释放装置4进行释放。

参见图5-7，分球器301包括转动轴301(a)、连接杆301(b)、分球块301(c)、分球筒301(d)。其中转动轴301(a)与搅拌装置2中的搅拌轴202连接，并随之转动；连接杆301(b)呈“十”字状焊接布置，连接杆的中心与转动轴301(a)连接；4个分球块301(c)分别对称焊接于连接杆301(b)上，相邻两个分球块301(c)之间的间隔大于生物质球体直径；分球筒301(d)与储球装置1底端连接，分球筒的底部为凸型曲面薄壁，薄壁与水平面的夹角为20度到30度之间，呈一定的斜度，便于生物质球体进入输送管道302(a)，凸型曲面薄壁上开有四个适当的通孔，通孔与输送器的输送管道连通，生物质球体从分球块301(c)间的间隔中沿凸型曲面薄壁滑落至通孔中。

参见图8，输送器包括输送管道302(a)、集球管道302(b)、光电传感器302(c)、底座302(d)。输送管道302(a)设有四条，且入口均与水平面呈25度倾斜角度，并分别与分球筒301(d)中凸型曲面薄壁上的四个通孔一一对应进行连接，生物质球体经凸型曲面薄壁通孔落入输送管道302(a)中并被输送至集球管道302(b)内。此外，四条输送管道302(a)末端出口分别按照不同高度连接在集球管道302(b)的侧面，且环绕着集球管道的侧面布置；从而通过输送管道302(a)末端出口的不同高度，将生物质球体依次竖直排列在集球管道302(b)内部，从而将球体按照一定的位置高度排列于释放口，保证了抛球的连续性。集球管道302(b)下方侧面开有与释放装置连接的矩形缺口作为释放口，当有生物质球体释放时，光电传感器302(c)光源被切断，从而产生一个计数信号，对生物质球体的实际释放量进行统计。此外，集球管道302(b)侧面焊有底座302(d)，便于安装释放装置。光电传感器实时将数据回传至控制模块，对投放量进行记录，当生物质球体投放完毕时，光电传感器停止向控制模块回传数据，此时控制模块会对地面控制站发出返航预警，并对此时的投放点的位置信息进行记录，能有效防止漏投与重复投放。

参见图9，释放装置4安装于集球管道302(b)侧面的底座302(d)上，包括控制器401、第二电机402和拨叉403，控制器与控制模块连接，受控于控制模块；释放装置4中的控制器401控制第二电机402的转速，第二电机的转动杆与拨叉403连接，在第二电机402的带动下，拨叉403绕第二电机转动杆的轴线不断旋转，通过集球管道302(b)下方的矩形缺口，进入集球管道302(b)内部，不断的将集球管道302(b)内的生物质球体，按照一定的时间间隔排出，实现生物质球体的精准、稳定释放。

本实施例用于无人机上的生物质球体投放方法，基于前述投放系统来实现，包括以下步骤：

(1)通过螺栓组将投放系统安装于无人机下方，根据生物质球体的有效覆盖半径，对无人机进行路径规划。在无人机进行作业之前，在储球装置内预先装入少量生物质球体，对控制模块进行检测，确保投放系统能够按照需求进行生物质球体的投放工作。

(2)根据作业面积将一定量的生物质球体装入储球装置内，将无人机按照规划好的作业航线飞至起始位置点，按照投放高度开始作业。在作业过程中，控制模块向搅拌装置发送转速信号，控制搅拌装置中第一电机的转速，通过第一电机带动搅拌杆对储球装置内的生物质球体进行搅拌，以防止球体的架空和堵塞。送球装置中的分球器通过转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，在搅拌轴的带动下转动轴带动分球块随之转动，分球块结合分球筒将储球装置内的生物质球体分流至输送器中。通过输送器中的输送管道及集球管道将生物质球体有序排列在释放口。

(3)在作业过程中控制模块向释放装置中的控制器发出转速信号，驱动第二电机不断旋转，带动拨叉对排列于释放口的生物球体进行拨动，从而将生物质球体拨出，完成投放工作。在释放过程中，由于生物质球体的遮挡，安装于底部的光电传感器的光源被切断，此时光电传感器会向控制模块反馈数字信号，从而对投放量进行统计。当球体投放完毕时，光电传感器会停止向控制模块反馈信号，控制模块此时向无人机发出返航信号，从而完成作业。

由上可知，在本发明中，储存于储球装置内的生物质球体受到搅拌装置的不断拨动，通过送球装置输送至释放装置后，由释放装置按照作业需求逐一抛出。投放系统可通过螺栓组连接于无人机下方，并可通过控制模块对投放系统内的动力原件及传感器进行控制，实现投放量的控制与统计。本发明能够清除生物质球体的堵塞和架空现象，并将球体按照一定的位置高度排列于释放口，从而保证抛球的连续性；能够自主控制生物质球体的释放，实现定时、定量释放，提升了释放可靠性与稳定性，自动化程度高。

以上所述的实施例仅仅是示意性的，需要说明的是本发明的说明书中，说明了大量具体细节；然而应当理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实现。此外，在实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

需说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于无人机上的生物质球体投放系统，其特征在于，包括控制模块、储球装置、搅拌装置、送球装置及释放装置，生物质球体存放于储球装置内，搅拌装置位于储球装置内并与储球装置连接，送球装置分别与搅拌装置、释放装置连接，控制模块分别与搅拌装置、释放装置电连接；

在生物质球体的投放过程中，搅拌装置在控制模块的控制下对生物质球体不断进行搅拌，使其顺利进入送球装置内部，送球装置对生物质球体进行分离与输送，释放装置在控制模块的控制下对存放于送球装置内的生物质球体进行可控释放；

所述搅拌装置包括第一电机、搅拌轴、搅拌杆及搅拌叶，第一电机分别与储球装置、控制模块连接并受控于控制模块，搅拌杆设于搅拌轴上，搅拌叶设置在搅拌杆上；搅拌轴与第一电机的转动杆连接，在第一电机的带动下搅拌轴转动，搅拌杆与搅拌叶随之旋转，对生物质球体进行搅拌；

所述送球装置包括分球器与输送器；分球器中的转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，并随之转动，在第一电机的带动下对生物质球体进行搅拌分离，使生物质球体逐一进入输送器；

所述分球器包括转动轴、连接杆、分球块、分球筒，其中转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，并随之转动；连接杆呈“十”字状布置，连接杆的中心与转动轴连接；分球块设有多个，并分别对称设于连接杆上，相邻两个分球块之间的间隔大于生物质球体直径；分球筒与储球装置底端连接，分球筒的底部为凸型曲面薄壁，凸型曲面薄壁上开有多个与输送器连通的通孔，生物质球体从分球块间的间隔中沿凸型曲面薄壁滑落至通孔中。

2.根据权利要求1所述的用于无人机上的生物质球体投放系统，其特征在于，所述输送器包括输送管道、集球管道和光电传感器；输送管道设有多条，且入口均与水平面倾斜，并分别与分球筒中凸型曲面薄壁上的多个通孔一一对应进行连接，生物质球体经凸型曲面薄壁通孔落入输送管道中并被输送至集球管道内。

3.根据权利要求2所述的用于无人机上的生物质球体投放系统，其特征在于，多条输送管道的末端出口分别按照不同高度连接在集球管道的侧面，且环绕着集球管道的侧面布置。

4.根据权利要求2所述的用于无人机上的生物质球体投放系统，其特征在于，所述集球管道下方侧面开有与释放装置连接的矩形缺口作为释放口；

所述释放装置安装于集球管道侧面，包括控制器、第二电机和拨叉，控制器与控制模块连接，受控于控制模块；控制器控制第二电机的转速，第二电机的转动杆与拨叉连接，在第二电机的带动下，拨叉绕第二电机转动杆的轴线不断旋转，通过集球管道下方的矩形缺口进入集球管道内部，不断的将集球管道内的生物质球体按照一定的时间间隔排出。

5.一种用于无人机上的生物质球体投放方法，其特征在于，所述投放方法基于权利要求4所述的投放系统，包括以下步骤：

(1)通过螺栓组将投放系统安装于无人机下方，根据生物质球体的有效覆盖半径，对无人机进行路径规划；

(2)根据作业面积将一定量的生物质球体装入储球装置内，将无人机按照规划好的作业航线飞至起始位置点，按照投放高度开始作业；在作业过程中，控制模块向搅拌装置发送转速信号，控制搅拌装置中第一电机的转速，通过第一电机带动搅拌杆对储球装置内的生物质球体进行搅拌；送球装置中的分球器通过转动轴与搅拌装置中的搅拌轴连接，在搅拌轴的带动下转动轴带动分球块随之转动，分球块结合分球筒将储球装置内的生物质球体分流至输送器中，通过输送器中的输送管道及集球管道将生物质球体有序排列在释放口；

(3)在作业过程中控制模块向释放装置中的控制器发出转速信号，驱动第二电机不断旋转，带动拨叉对排列于释放口的生物球体进行拨动，从而将生物质球体拨出，完成投放工作。

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