CN112660387B - 一种长续航的全方位喷洒无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长续航的全方位喷洒无人机，包括可伸缩的全方位喷洒装置、电路系统、无人机机体和智能化控制系统；所述全方位喷洒装置连接在无人机机体的下方，所述电路系统设置在无人机机体上，该电路系统上设有高压输入线，该高压输入线的另一端连接电源，所述智能化控制系统设置在无人机机体内部，所述全方位喷洒装置包括伸缩管和喷洒管，所述伸缩管固定在无人机机体的下部，该伸缩管的最底部设有圆环卡扣，所述喷洒管的上端固定在伸缩管的上端，所述喷洒管的底部连接药液箱。本发明能够实现无限续航同时拥有全方位喷洒的智能化植保无人机，提升了植保无人机的续航能力和喷洒能力，降低了控制难度。

Description

一种长续航的全方位喷洒无人机

技术领域

本发明涉及植保无人机技术领域，特别涉及一种长续航的全方位喷洒无人机。

背景技术

在国家政策的鼓励和支持下，无人机在植保领域的不断发展创新，成为农业植保护理的一个重要机械。目前我国植保无人机主要应用在甘蔗、水稻、小麦等平面作物的农药喷洒，其采用航模电池供电和无人机装载农药，存在续航问题。而针对果树等立体作物的植保无人机较少，并且在农药喷洒上依然存在着：续航短、载药少喷洒效率低、体积大、成本高、灵活性低、喷头单一且喷洒效果不好、操作难度大等问题。

现有植保无人机大多采用航模电池供电和无人机装载农药，对于果树农药喷洒防治需要上千斤的农药和几个小时的喷洒工作，导致无人机需要不断进行更换电池和装药，浪费大量的时间成本和购买电池所需的资金成本。为了解决喷洒效率低的问题，如公开号为CN107226211A的中国专利公开了一种果树农药喷洒装置及喷洒方法，包括无人机、控制电路、喷洒装置、喷药开关控制单元、高度传感单元等。工作时，无人机在需要喷洒果林的上方作业，通过合理规划喷洒路线和设置旋停喷洒点，也可以定点从树冠下方进行喷洒作业。该装置解决了从上向下喷药的喷药无人机喷洒出的农药无法达到树冠底部树叶、施药不到位的问题，但该装置需要不断为无人机补充农药，无法解决节省时间、提高喷药效率的问题。

目前国内尚无无限续航喷洒、喷药穿透力强以及智能化控制的植保无人机，为此，设计了果树防治无人机，实现无限续航同时拥有全方位喷洒的智能化植保无人机，提升了植保无人机的续航能力和喷洒能力，降低了控制难度，具有现实意义和良好应用前景。

发明内容

针对现有植保无人机技术存在的不足，本发明的目的是提供一种长续航且能够全方位喷洒的无人机，能够实现全方位高效持续喷洒且长时间持续工作，对果树的防治通过无人机智能化控制。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种长续航的全方位喷洒无人机，包括可伸缩的全方位喷洒装置、电路系统、无人机机体和智能化控制系统；所述全方位喷洒装置连接在无人机机体的下方，所述电路系统设置在无人机机体上，该电路系统上设有高压输入线，该高压输入线的另一端连接电源，所述智能化控制系统设置在无人机机体内部，所述全方位喷洒装置包括伸缩管和喷洒管，所述伸缩管固定在无人机机体的下部，该伸缩管的最底部设有圆环卡扣，所述喷洒管的上端固定在伸缩管的上端，同时伸缩管的上端设有连接线，该连接线的下端固定在喷洒管的下端，且该连接线穿过圆环卡扣，所述喷洒管的底部连通药液箱。

进一步地，所述可伸缩全方位喷洒装置还包括可控活动连接件、固定连接件、第一传感器模块、可控喷洒头、直通管连接件、水平安装板、第二传感器模块，所述无人机机体通过可控活动连接件与伸缩管连接，所述第一传感器模块安装在伸缩管的上部，该第一传感器模块位于可控活动连接件下方，所述伸缩管底部设有水平安装板，所述第二传感器模块置于水平安装板的底面，所述可控喷洒头设置在喷洒管上，所述喷洒管通过固定连接件与伸缩管连接，该喷洒管通过所述直通管连接件与药液箱连通，所述第一传感器模块、第二传感器模块为可获得机体相对果树及地面所处空间位置信息的传感器，通过电路控制单元与智能化控制系统连接通讯。

进一步地，所述固定连接件的一端固定在伸缩管上，固定连接件的另一端与喷洒管相连；连接线的上端连接固定连接件与伸缩管的连接点。

进一步地，所述电路系统包括稳压装置、贮备电池、电路控制单元，所述稳压装置安装于无人机机体中心，所述稳压装置输出端和贮备电池输出端并联接入电路控制单元，所述高压输入线一端与稳压装置相连，固定于喷洒管侧面，另一端与发电机等供电设备相连。

进一步地，所述稳压装置为一种可将200-410V电压转换为48V稳压输出的无人机系留高压机载模块。

进一步地，所述伸缩管由多节刚性轻质圆管构成，且自上到下每节圆管半径逐渐递减。

进一步地，所述喷洒管为一种高韧性软管，所述连接线为一种高韧性软绳。

进一步地，所述高压输入线为耐高低温、防腐蚀、防水、可传输电压大、电流大的无人机系留缆

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用系留无人机的供电做法由地面380V发电机通过电路系统进行供电，增加无人机载重能力的同时可以让无人机无限续航不间断连续工作。

2、采用果农现有打药机及配套药管连接可容纳上千公斤药水的药箱为无人机供药的方式，以达到果树防治无人机不用机载农药，在实现小型化设计的同时实现无人机持续喷洒。与果农现有打药机合理结合更容易被果农接纳。

3、竖直方向多连喷头的设计可以直接从果树顶部向下完全喷洒，以此达到全面、高效喷洒农药的效果。

4、无人机外观实现小型化设计，内部控制系统实现智能化；小型化设计不仅可以降低成本而且在排列复杂的果树之间可以灵活的飞行。智能化的控制可以让任何一个没有学过飞行技术的果农都可以轻松使用无人机进行喷洒，解决了市面上无人机控制难度高的问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明可控喷洒头的结构示意图。

图3为本发明智能控制系统的结构示意图。

图4为本发明中电路系统的连接示意图。

图中：1、无人机机体，2、智能控制系统，3、电机及旋翼，4、可控活动连接件，5、第一传感器模块，6、固定连接件，7、圆环卡扣，8、水平安装板，9、第二传感器模块，10、第二传感器模块，11、可控喷洒头，12、喷洒管，13、控制装置，14、直通管连接件，15、固定支架，16、连接线，17、伸缩管，19、稳压装置，20、高压输入线，21、贮备电池，22、电路控制单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，一种长续航的全方位喷洒无人机，包括可伸缩的全方位喷洒装置、电路系统、无人机机体1和智能化控制系统；所述全方位喷洒装置连接在无人机机体1的下方，所述电路系统设置在无人机机体上，该电路系统上设有高压输入线20，该高压输入线20的另一端连接电源，所述智能化控制系统2设置在无人机机体1内部，所述全方位喷洒装置包括伸缩管17和喷洒管12，所述伸缩管17固定在无人机机体1的下部，该伸缩管17伸长时的最底部设有圆环卡扣7，所述喷洒管12的上端固定在伸缩管17的上端，同时伸缩管17的上端设有连接线16，该连接线16的下端固定在喷洒管12的下端，且该连接线穿过圆环卡扣7，所述喷洒管12的底部连接药液箱(图中未示出)，该药液箱中装有配制好的农药溶液。

可伸缩全方位喷洒装置还包括可控活动连接件4、固定连接件6、第一传感器模块5、可控喷洒头11、直通管连接件14、水平安装板8、第二传感器模块9、第二传感器模块10，所述无人机机体1通过可控活动连接件4与伸缩管17连接，所述第一传感器模块5安装在伸缩管17的上部，该第一传感器模块5位于可控活动连接件4下方，所述伸缩管17底部设有水平安装板8，所述第二传感器模块9、第二传感器模块10置于水平安装板8的底面，所述可控喷洒头设置在喷洒管上，所述喷洒管12通过固定连接件与伸缩管17连接，所述直通管连接件14设置在喷洒管的下端与药液箱连接，所述第一传感器模块5、第二传感器模块9、第二传感器模块10为可获得机体相对果树及地面所处空间位置信息的传感器，通过电路控制单元22与智能化控制系统2连接通讯。

固定连接件6的一端固定在伸缩管17上，固定连接件6的另一端与喷洒管相连；连接线的上端连接固定连接件6与伸缩管17的连接点。

电路系统包括稳压装置19、贮备电池21、电路控制单元22，所述稳压装置19安装于无人机机体1中心内部，所述稳压装置19输出端和贮备电池输出端并联接入电路控制单元，所述高压输入线20一端与稳压装19置相连，固定于喷洒管12侧面，另一端与发电机等供电设备相连。所述电路控制单元22为一种输入输出可选择、可控制，对电平信号及直流信号同时处理，保障果树防治无人机整个电路系统稳定、安全的电路控制板。

稳压装置19为一种可将200-410V电压转换为48V稳压输出的无人机系留高压机载模块。

伸缩管17由多节刚性轻质圆管构成，且自上到下每节圆管半径逐渐递减；喷洒管为一种高韧性软管，所述连接线16为一种高韧性软绳。直通管连接件14为一种可与果农使用的喷洒打药机药管相连接的直通连接管；

高压输入线20为耐高低温、防腐蚀、防水、可传输电压大、电流大的无人机系留缆。

本发明的无人机各部分具体的工作原理如下：

一、为了实现全方位高效持续喷洒，本发明采用可伸缩全方位喷洒装置；该装置安装在无人机机体下方。

1、采用一种高韧性软管耐拉扯软管作为喷洒管12，保证无人机在拉动药管时喷洒管12有足够的抗拉扯力，采用可随无人机高度进行随意伸缩的伸缩管17，使用多节刚性轻质圆管构成，且自上到下每节圆管半径逐渐递减；这样可以使无人机在上升过程中，圆管受到重力作用而随之下降，伸缩管17变长，当无人机下降时，伸缩管17打到地面，由于圆管半径是每节逐渐递减，圆管会一节内嵌一节，最终伸缩管17会被缩短，

2、使用连接线16可实现伸缩管17对喷洒管12进行控制，连接线16一端通过B点连接固定连接件6，一端通过C点连接喷洒管12；伸缩管17下部设有圆环卡扣7，圆环卡扣7穿过连接线16；在在伸缩管17伸长时，伸缩管17的圆环卡扣7在连接线内向下滑动，喷洒管16会随着连接线被拉到伸缩管17旁边，当圆环卡扣7通过连接线移动到喷洒管12的C点时，喷洒管12就会被固定在伸缩管17旁边；而伸缩管17收缩时，圆环卡扣7上移，失去对伸缩管17失去对喷洒管12的控制。以此来实现无人机在空中飞行工作时，伸缩管17处于伸长状态，并固定喷洒管12，保证能一直垂直于无人机，保证精准喷洒的同时，避免了喷洒管12摆动带来的无人机重心偏移导致炸鸡的后果。而无人机在降落时伸缩管17收缩，喷洒管12脱离控制，由于喷洒管12采用软管所以不会对无人机降落有任何阻碍保证无人机正常降落。

3、采用一种由平衡衔铁式换能器作为阀门流量调节动力来源，加上交变电流时可控制喷头间歇式喷洒的可控喷洒头11和一种控制舵机从而改变可控喷洒头11的喷洒方向的控制装置13实现对喷洒方向及喷洒药量及药水穿透力，雾化程度的有效控制，以此达到对不同果树进行精准，高效喷洒的效果；

4、通过一种可以稳定连接两种软管的直通管连接件14；将喷洒管12与果农使用的打药机配套的耐拉扯药管进行稳定连接；保证无人机在工作时药管与喷洒管12依然能进行稳定连接。使用果农现有打药机连接可容纳上千公斤药水的药箱，通过打药机抽取药水通过药管输送到喷洒管12，以达到果树防治无人机不用机载农药，实现无人机持续喷洒。

二、为了实现果树防治无人机长时间持续工作；本发明采用可实现无限供电的电路系统如图4所示；

1、采用地面380V发电机作为续航主要电源，采用耐高低温、防腐蚀、防水、可传输高压的高压输入线20；传输电能；高压传输可以降低传输电流，可以保证电能在传输过程中减小损耗，同时保证高压输入线20更小化，减轻重量。无人机机体承载一种可将200-410V电压转换为48V稳压输出的无人机系留高压机载模块作为稳压装置19；实现将发电机所传输过来的电能转换为无人机可以使用的电能；同时采用一种高倍率航模电池作为机载贮备电池21防止发电机故障带来的炸机。以此实现无人机稳定的供电方式，实现无限续航。

2、采用一种含有控制芯片和微型降压模块的分电控制装置的电路控制单元22实现在发电机正常时选择稳压装置19输出作为供电方式，发电机异常时自动切换贮备电池21作为供电方式。同时实现电路控制单元22输出可控制，可实现对第一传感器模块5、第二传感器模块9、第二传感器模块10、智能控制系统2的5V供电和动力装置的48V供电；同时对第一传感器模块5、第二传感器模块9、第二传感器模块10的电平信号进行降噪处理后与智能控制系统2连接，保障无人机整个电路系统的稳定、安全。

三、为了实现果树防治无人机智能化的控制，本发明加入智能化控制系统；

1、智能控制系统主要将传统的遥控器打杆量实现无人机油门量及欧拉角的角度控制改变为垂直高度和欧拉角的速度控制，同时对打杆量进行限幅线性处理保证无人机稳定控制；无人机高度信息由一种可测出无人机高度位置的激光雷达第二传感器模块9测出的数据通过姿态解算的出；无人机对地位置以及相对地面的移动速度由一种可测得无人机对地位置的光流模块第二传感器模块10和GPS模块测出的数据通过姿态解算得出。控制模式分为自稳模式和喷洒模式。

2、在自稳模式下，无人机可通过一键起飞到自己设定的高度，智能控制系统油门打杆量控制与传统控制方式一样，欧拉角控制采用打杆量改变欧拉角的速度控制；实现无人机前后左右的稳定飞行及高度方向上任意控制；

3、在喷洒模式下，无人机通过一键起飞到自己设定的高度；通过拨动三段开关可实现无人机悬停及自动按照一定速度持续向前飞，自动按照一定速度持续向后飞；遥控器横滚打杆量转变为无人机偏航角度的控制，遥控器打杆量转变为无人机高度方向的高度控制。实现单手操控遥控器就可以实现无人机全部姿态以稳定速度飞行。实现智能化的半自动控制。

如图3所示，智能控制系统从第二传感器模块10获取无人机相对地面高度，从GPS模块获取无人机所在位置，经过姿态解算得到无人机姿态及所处空间位置再加入从第一传感器模块5获取的无人机相对果树距离及位置和第二传感器模块9获取的无人机相对地面移动速度解算出无人机当前与果树的相对位置状态和运动速度，从而调整电机及旋翼3的转动，以达到控制无人机能够自动匀速并时刻处于最佳喷洒位置环绕果树喷洒的效果。当由于果树的形状异常导致检测数据不准确时，通过加入人为遥控器控制进行调整，保证无人机能始终环绕在果树周围最佳喷洒位置进行喷洒。

当无人机飞行高度过高或果树过矮时，第一传感器模块5检测到数据异常，智能控制系统调整转速让无人机高度下降至果树高度时第一传感器模块5检测到数据正常这时无人机处于最佳果树喷洒高度。当无人机距离果树较远时，智能控制系统从第一传感器模块5获取数据得出无人机距离果树较远，这时智能控制系统调整旋翼转动，使无人机靠近果树，同样的，当距离太近时，智能控制系统也会及时调整旋翼转动使之远离果树。

通过对第一传感器模块5、第二传感器模块9、第二传感器模块10、GPS模块的实时信息采集再送去智能控制系统处理，就可以让智能控制系统实时感知无人机相对果树所在位置及状态从而实时输出控制信号去控制电机及旋翼3对无人机飞行高度和相对果树的距离实时调整以保证喷洒装置时刻位于果树最佳喷洒位置从而实现喷洒装置能对果树进行高效精准喷洒。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，包括可伸缩的全方位喷洒装置、电路系统、无人机机体和智能化控制系统；所述全方位喷洒装置连接在无人机机体的下方，所述电路系统设置在无人机机体上，该电路系统上设有高压输入线，该高压输入线的另一端连接电源，所述智能化控制系统设置在无人机机体内部，所述全方位喷洒装置包括伸缩管和喷洒管，所述伸缩管固定在无人机机体的下部，该伸缩管的最底部设有圆环卡扣，所述喷洒管的上端固定在伸缩管的上端，同时伸缩管的上端设有连接线，该连接线的下端固定在喷洒管的下端，且该连接线穿过圆环卡扣，所述喷洒管的底部连通药液箱。

2.根据权利要求1所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述可伸缩全方位喷洒装置还包括可控活动连接件、固定连接件、第一传感器模块、可控喷洒头、直通管连接件、水平安装板、第二传感器模块，所述无人机机体通过可控活动连接件与伸缩管连接，所述第一传感器模块安装在伸缩管的上部，该第一传感器模块位于可控活动连接件下方，所述伸缩管底部设有水平安装板，所述第二传感器模块置于水平安装板的底面，所述可控喷洒头设置在喷洒管上，所述喷洒管通过固定连接件与伸缩管连接，该喷洒管的底部通过所述直通管连接件与药液箱连通，所述第一传感器模块、第二传感器模块为可获得机体相对果树及地面所处空间位置信息的传感器，通过电路控制单元与智能化控制系统连接通讯。

3.根据权利要求2所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述固定连接件的一端固定在伸缩管上，固定连接件的另一端与喷洒管相连；连接线的上端连接固定连接件与伸缩管的连接点。

4.根据权利要求1所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述电路系统包括稳压装置、贮备电池、电路控制单元，所述稳压装置安装于无人机机体中心，所述稳压装置输出端和贮备电池输出端并联接入电路控制单元，所述高压输入线一端与稳压装置相连，固定于喷洒管侧面，另一端与发电机等供电设备相连。

5.根据权利要求4所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述稳压装置为一种可将200-410V电压转换为48V稳压输出的无人机系留高压机载模块。

6.根据权利要求1所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述伸缩管由多节刚性轻质圆管构成，且自上到下每节圆管半径逐渐递减。

7.根据权利要求1所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述喷洒管为一种高韧性软管，所述连接线为一种高韧性软绳。

8.根据权利要求1所述的一种长续航的全方位喷洒无人机，其特征在于，所述高压输入线为耐高低温、防腐蚀、防水、可传输电压大、电流大的无人机系留缆。