CN113460304A - 一种无人机水稻飞播装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机水稻飞播装置，包括机体、排种装置、送风装置、角度保持装置。机体包括机架、辅助轮、飞行控制模块、飞播机载控制模块、电源模块、超声波传感器，排种装置主要包括漏种盘、减速电机，漏种盘在减速电机的驱动下取种、下种，通过控制减速电机的转速来调控排种装置的排种速度，以适应飞行速度；角度保持装置使排种装置始终保持与地面垂直；所述送风装置对无人机旋翼下压风场进行利用，加速种子的下行速度，以提高播种的精确性，减小播种位置误差改善水稻飞播效果。

Description

一种无人机水稻飞播装置

技术领域

本发明涉及一种无人机水稻飞播装置，属于农业机械无人机播种技术领域。

背景技术

水稻是最主要的三大粮食作物之一，同时也是我国最主要的栽培作物之一。我国水稻播种面占全国粮食作物的1/4，而产量则占一半以上。随着我国社会经济的发展、农业结构调整，以及农村劳动力转移和人口老龄化，以手工劳作为主的传统水稻栽培技术已不能适应当前我国水稻生产的需要水稻的需要，水稻轻简化和机械化种植成为提高劳动生产率、解决劳动力短缺的关键。近年来，随着社会经济的发展，粮食生产的比较效益日趋降低，大量劳动力向其它行业转移，土地规模化经营成为潮流。水稻直播是将稻种直接播入大田的一种稻作方式，省去了育秧、拔秧和栽秧等作业程序，省工节本优势尤其显著，迎合了当前水稻生产的需要，发展十分迅速。传统的人工撒播存在着出苗不整齐、成苗无序化、扎根浅易倒伏等系列难以解决的技术问题，产量潜力低、稳产性差，因此机械化直播技术取代已成必然趋势。

现有技术中的水稻无人机直播有采用为满天星式的抛洒结构，这种方式导致播种不标准化，水稻植株群体结构不可控，进而影响后续植株群体的通透性和生长率，所以一种播种速度稳定均匀的无人机水稻飞播装置有待研究。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种无人机水稻飞播装置，能够实现按行规律播种，使播种间距可控均匀，有利于水稻植株的生长。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种无人机水稻飞播装置，其特征在于，包括：机体、排种装置、角度保持装置，所述机体包括机架、飞行控制模块、飞播机载控制模块、电源模块、超声波传感器；

所述机架上安装有无人机旋翼，所述飞行控制模块用于控制无人机的飞行状态；所述飞播机载控制模块通过获取无人机飞行状况从而控制排种装置进行排种作业调节；电源模块用于提供电源，所述超声波传感器安装在机架板面下方检测机架与地面的距离，且与飞行控制模块相连；所述飞播机载控制模块调节通过接收根据无人机飞行速度做出判断后所发出的指令进行对减速电机的转速调节；

所述排种装置包括圆柱状机壳、减速电机、联轴器、第一齿轮轴、第二齿轮轴、下盖板、上盖板、漏种盘、种箱、控制器、滚动轴承、出种管，所述种箱通过套环固定在圆柱状机壳内，所述上盖板上具有进种口，下盖板上具有出种口，所述下盖板、上盖板依次层叠固定在圆柱状机壳内部，并位于种箱下方；所述进种口、出种口位于同一圆环区域的不同方位；所述漏种盘容纳于下盖板、上盖板中间，漏种盘上的多个漏种孔在绕轴旋转的过程中能够分别与进种口、出种口重合；进种口与种箱相连通，出种口与出种管相连通，所述出种管安装在圆柱状机壳下端，并伸出排种装置；所述第二齿轮轴通过下盖板、上盖板中心，且上下两端通过滚动轴承安装在圆柱状机壳内，所述漏种盘通过键槽固定在第二齿轮轴上；所述第一齿轮轴与第二齿轮轴通过齿轮传动配合；第一齿轮轴一端通过联轴器与安装在圆柱状机壳上的减速电机相连接，另一端通过滚动轴承装在圆柱状机壳上；所述减速电机与控制器连接，所述控制器与飞播机载控制模块相连；

所述角度保持装置包括第一壳体、第二壳体、第一转动销轴、第二转动销轴、转动轴，所述第一壳体通过两个第一转动销轴连接第二壳体，所述转动轴通过第二转动销轴连接第二壳体，所述圆柱状机壳装在转动轴的下端。

进一步地，所述漏种盘下表面每个漏种孔周边均设有一圈与下盖板紧密贴合的硬毛刷，所述上盖板上的进种口处设有一圈能够与漏种盘上表面紧密贴合的硬毛刷。

进一步地，所述超声波传感器的数量为四个，分别安装于机架板面下方前后左右四个方位，用于检测机身与地面距离，并将信号传输到飞行控制模块，飞行控制模块根据机身各处与地面距离进行旋翼飞行状态调整。

进一步地，多个排种装置在机架上安装间距可调；所述种箱内安装有压电传感器，所述压力传感器与飞播机载控制模块相连。

进一步地，还包括送风装置，所述送风装置包括与出种管相连接的进风管，所述进风管内安装有转动扇叶，所述转动扇叶由电源模块提供电源。

进一步地，所述进风管形态呈现渐缩形态，转动扇叶安装在进风管大端口处。

进一步地，所述进风管的进风口安置在无人机旋翼下方，其位置为无人机下方旋流强度合适处，能够对旋翼下方的旋流进行持续收集。

进一步地，所述机体还包括辅助轮、压电传感器，所述辅助轮安装在机架下方，每个辅助轮与机架安装处均装有压力传感器，所述压力传感器用于检测辅助轮所受到的地面与机架之间的压力；所述压力传感器与飞行控制模块相连。

进一步地，所述飞行控制模块根据工作环境的土地状况不同能够调节不同的动力提供方案：

当工作环境是旱地时，当飞行控制模块根据压电传感器和超声波传感器的信号检测到辅助轮接触到土地时，降低无人机旋翼动力，辅助轮发挥辅助动力作用在土地上行进；

当工作环境是湿滑粘土地时，当飞行控制模块根据压电传感器和超声波传感器的信号检测到辅助轮接触到土地时，则不降低无人机旋翼动力，使辅助轮脱离地面，采用飞行模式行进。

进一步地，所述辅助轮以及机架均采用轻型复合材料制成，所述辅助轮与机架之间的连接为可拆卸结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明漏种盘与固定在圆柱状机壳上的上下盖板紧密贴合，硬毛刷阻止水稻种进入间隙损伤种体，这样播种能够降低种子的破损率。

2、本发明可以根据无人机飞行速度来通过控制器来调节减速电机转速进而调节驱动漏种盘的转动速度，改变播种速度。

3、本发明的送风装置能够利用无人机下压风场的部分风力，可以将风力引导进出种管内，对出种管内的种子进行加速，缩短稻种下落时间，减小播种位置误差。

4、本发明的排种装置能够在角度保持装置的作用下保持其与地面的角度保持不变或者在很小角度内变化，可以减小稻种落点的位置误差。

5、本发明的无人机进行飞播作业时辅助轮可辅助无人机播种工作延长工作时长同时可以辅助无人机降落。

附图说明

图1为本发明所述无人机水稻飞播装置结构示意图；

图2为本发明实施方式无人机水稻飞播装置正视图；

图3为本发明实施方式无人机水稻飞播装置侧视图；

图4为排种装置传动结构示意图；

图5为送风装置示意图；

图6为排种装置漏种结构示意图；

图7为排种装置的剖面结构示意图；

图8为角度保持装置俯视示意图；

图9为图8所示角度保持装置A-A剖视示意图；

图10为图8所示角度保持装置B-B剖视示意图。

图中：1、机架；2、转动；3、飞行控制模块；4、飞播机载控制模块；5、电源模块；6、排种装置；7、圆柱状机壳；8、减速电机；9、联轴器；10、第一齿轮轴；11、第二齿轮轴；12、下盖板；13、上盖板；14、漏种盘；15、种箱；16、控制器；17、滚动轴承；18、出种管；19、硬毛刷；20、进风管；21、转动扇叶；22、角度保持装置；23、第一壳体；24、第二壳体；25、第一转动销轴；26、第二转动销轴；27、转动轴；28、超声波传感器；29、压电传感器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2、图3所示，本发明所述的无人机水稻飞播装置，包括机体、排种装置6、角度保持装置22。

无人机机体包括机架1、飞行控制模块3、飞播机载控制模块4、电源模块5、超声波传感器28、压电传感器29。所述机架1上安装有无人机旋翼能够实现无人机的功能，所述飞行控制模块3负责控制无人机的起落、前进后退、转向等功能。所述超声波传感器28安装在机架1板面下方检测机架1与地面的距离，且与飞行控制模块3相连；具体的，所述超声波传感器28的数量为四个，分别安装于机架1板面下方前后左右四个方位，用于检测机身与地面距离，并将信号传输到飞行控制模块3，飞行控制模块3根据机身各处与地面距离进行旋翼飞行状态调整。所述飞播机载控制模块4通过获取无人机飞行状况从而控制排种装置6进行排种作业调节，所述电源模块5负责对所述无人机水稻飞播装置动力的提供。

机架1下方安装辅助轮2，每个辅助轮2与机架1连接处安装压电传感器29用于检测辅助轮2所受到的地面与机架之间的压力；所述压力传感器29与飞行控制模块3相连。所述飞行控制模块3根据工作环境的土地状况不同能够调节不同的动力提供方案：

当工作环境是旱地时，当飞行控制模块3根据压电传感器29和超声波传感器28的信号检测到辅助轮2接触到土地时，降低无人机旋翼动力，辅助轮2发挥辅助动力作用在土地上行进；

当工作环境是湿滑粘土地时，当飞行控制模块3根据压电传感器29和超声波传感器28的信号检测到辅助轮2接触到土地时，则不降低无人机旋翼动力，使辅助轮2脱离地面，采用飞行模式行进。

所述辅助轮2以及机架1均采用轻型复合材料制成，所述辅助轮2与机架之间的连接为可拆卸结构。

如图4、图6、图7所示，所述排种装置6包括圆柱状机壳7、减速电机8、联轴器9第一齿轮轴10、第二齿轮轴11、下盖板12、上盖板13、漏种盘14、种箱15、控制器16、滚动轴承17、出种管18、硬毛刷19。所述种箱15通过套环固定在圆柱状机壳7内，所述上盖板13上具有进种口，下盖板12上具有出种口，所述下盖板12、上盖板13依次层叠固定在圆柱状机壳7内部，并位于种箱15下方；种箱15下端的V型出种口与上盖板13的进种口相连通。所述进种口、出种口位于同一圆环区域的不同方位；所述漏种盘14容纳于下盖板12、上盖板13中间，漏种盘14上的多个漏种孔在绕轴旋转的过程中能够分别与进种口、出种口重合；进种口与种箱15相连通，出种口与出种管18上端相连通，所述出种管18呈锥状其大端安装在下盖板12出种口处，下端伸出排种装置6；所述第二齿轮轴11通过下盖板12、上盖板13中心，且上下两端通过滚动轴承17安装在圆柱状机壳7内，所述漏种盘14通过键槽固定在第二齿轮轴11上；所述第一齿轮轴10与第二齿轮轴11通过齿轮传动配合；第一齿轮轴10一端通过联轴器9与安装在圆柱状机壳7上的减速电机8相连接，另一端通过滚动轴承17装在圆柱状机壳7上。所述减速电机8通过电机连接件固定在圆柱状机壳7内部下方，与控制器16连接，所述控制器16与飞播机载控制模块4相连，通过控制器控制减速电机8的转速。

所选用减速电机8型号为775的12V直流减速电机，转速10～600/分钟，扭力10～60公斤。所述漏种盘14通过减速电机8输出动力经过一级齿轮传动装置驱动，漏种盘14上的若干个可盛放单次水稻播种所需稻种的漏种孔，依次通过上盖板13上的进种口与种箱15相连通，来获取种子；通过下盖板12上的出种口与出种管18相连通，将种子输出播种。在漏种盘14旋转的过程中，为了防止种子进入漏种盘14与上盖板13、下盖板12之间的缝隙内，在漏种盘14下表面每个漏种孔周边均设有一圈与下盖板12紧密贴合的硬毛刷19，能够阻止稻种从漏种盘14漏种孔与下漏种盘8间隙漏出。所述上盖板13上的进种口处设有一圈能够与漏种盘14上表面紧密贴合的硬毛刷19，能够阻止漏种孔内稻种过多由漏种盘14与上盖板13间隙溢出。所述种箱15内安装有压电传感器，所述压力传感器与飞播机载控制模块4相连，通过压力传感器反映种箱15内种子存留状况，保证稻种在其内能够自然持续滑落。

所述排种装置6通过角度保持装置22与机架1相连，并处于风场以下保持稳定。具体的，如图8、图9、图10所示，所述角度保持装置22包括第一壳体23、第二壳体24、第一转动销轴25、第二转动销轴26、转动轴27，所述第一壳体23通过两个第一转动销轴25连接第二壳体24，所述转动轴27通过第二转动销轴26连接第二壳体24，所述圆柱状机壳7装在转动轴27的下端。角度保持装置通过螺纹连接与无人机机体相连接，转动轴与排种装置相连，在无人机进行转向等操作时，能够通过转动轴27转动以及第二壳体24转动联合转动进而保持排种装置上的出种管口与地面垂直。排种装置在角度保持装置作用下能够在无人机下方能够保持与地面的角度保持不变或很小角度内变化。所述多个排种装置6在机架1上安装间距可调，方便根据需要调整。

本发明所述的无人机水稻飞播装置，还包括送风装置，如图1、图2、图3、图5所示，所述送风装置包括与出种管18相连接的进风管20，所述进风管20形态呈现渐缩形态，所述进风管20大端口处安装有转动扇叶21，所述转动扇叶21由电源模块5提供电源。扇叶单向转动可将进风管外气流向管内吸入，外界气流经过大端流入从小端吹出，采用渐缩形状呈一端大一端小能够对从大端进入气流加速，经过加速的气流从小端吹进出种管对其内种子进行加速，缩短稻种下落时间，减小播种位置误差。

优选地，所述进风管20的进风口安置在无人机旋翼下方，其位置为无人机下方旋流强度合适处，能够对旋翼下方的旋流进行持续收集。

本发明无人机水稻飞播装置的工作过程：

工作时减速电机启动，动力通过联轴器传递到第一齿轮轴之后，动力经一级齿轮传到第二齿轮轴，动力驱动安装在第二齿轮轴上的漏种盘转动，种箱内的稻种随着漏种盘不断转动稻种填充漏种盘上的漏种孔，漏种盘转动其漏种孔内稻种经过下盖板上的圆孔进入出种管，同时送风装置在无人机起飞开始工作时同时启动，送风管内转动扇叶单向转动将部分外界气流引入进风管，气流经过渐缩状进风管加速吹入出种管对出种管内的种子进行加速，缩短稻种下落时间，减小播种位置误差。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机水稻飞播装置，其特征在于，包括：机体、排种装置(6)、角度保持装置(22)，所述机体包括机架(1)、飞行控制模块(3)、飞播机载控制模块(4)、电源模块(5)、超声波传感器(28)；所述机架(1)上安装有无人机旋翼，所述飞行控制模块(3)用于控制无人机的飞行状态；所述飞播机载控制模块(4)通过获取无人机飞行状况从而控制排种装置(6)进行排种作业调节；电源模块(5)用于提供电源，所述超声波传感器(28)安装在机架(1)板面下方检测机架(1)与地面的距离，且与飞行控制模块(3)相连；所述飞播机载控制模块(4)调节通过接收根据无人机飞行速度做出判断后所发出的指令进行对减速电机的转速调节；

所述排种装置(6)包括圆柱状机壳(7)、减速电机(8)、联轴器(9)、第一齿轮轴(10)、第二齿轮轴(11)、下盖板(12)、上盖板(13)、漏种盘(14)、种箱(15)、控制器(16)、滚动轴承(17)、出种管(18)，所述种箱(15)通过套环固定在圆柱状机壳(7)内，所述上盖板(13)上具有进种口，下盖板(12)上具有出种口，所述下盖板(12)、上盖板(13)依次层叠固定在圆柱状机壳(7)内部，并位于种箱(15)下方；所述进种口、出种口位于同一圆环区域的不同方位；所述漏种盘(14)容纳于下盖板(12)、上盖板(13)中间，漏种盘(14)上的多个漏种孔在绕轴旋转的过程中能够分别与进种口、出种口重合；进种口与种箱(15)相连通，出种口与出种管(18)上端相连通，下端伸出排种装置(6)；所述第二齿轮轴(11)通过下盖板(12)、上盖板(13)中心，且上下两端通过滚动轴承(17)安装在圆柱状机壳(7)内，所述漏种盘(14)通过键槽固定在第二齿轮轴(11)上；所述第一齿轮轴(10)与第二齿轮轴(11)通过齿轮传动配合；第一齿轮轴(10)一端通过联轴器(9)与安装在圆柱状机壳(7)上的减速电机(8)相连接，另一端通过滚动轴承(17)装在圆柱状机壳(7)上；所述减速电机(8)与控制器(16)连接，所述控制器(16)与飞播机载控制模块(4)相连；

所述角度保持装置(22)包括第一壳体(23)、第二壳体(24)、第一转动销轴(25)、第二转动销轴(26)、转动轴(27)，所述第一壳体(23)通过两个第一转动销轴(25)连接第二壳体(24)，所述转动轴(27)通过第二转动销轴(26)连接第二壳体(24)，所述圆柱状机壳(7)装在转动轴(27)的下端。

2.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述漏种盘(14)下表面每个漏种孔周边均设有一圈与下盖板(12)紧密贴合的硬毛刷(19)，所述上盖板(13)上的进种口处设有一圈能够与漏种盘(14)上表面紧密贴合的硬毛刷(19)。

3.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述超声波传感器(28)的数量为四个，分别安装于机架(1)板面下方前后左右四个方位，用于检测机身与地面距离，并将信号传输到飞行控制模块(3)，飞行控制模块(3)根据机身各处与地面距离进行旋翼飞行状态调整。

4.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，多个排种装置(6)在机架(1)上安装间距可调；所述种箱(15)内安装有压电传感器，所述压力传感器与飞播机载控制模块(4)相连。

5.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，还包括送风装置，所述送风装置包括与出种管(18)相连接的进风管(20)，所述进风管(20)内安装有转动扇叶(21)，所述转动扇叶(21)由电源模块(5)提供电源。

6.根据权利要求5所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述进风管(20)形态呈现渐缩形态，转动扇叶(21)安装在进风管(20)大端口处。

7.根据权利要求6所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述进风管(20)的进风口安置在无人机旋翼下方，其位置为无人机下方旋流强度合适处，能够对旋翼下方的旋流进行持续收集。

8.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述机体还包括辅助轮(2)、压电传感器(29)，所述辅助轮(2)安装在机架(1)下方，每个辅助轮(2)与机架(1)安装处均装有压力传感器(29)，所述压力传感器(29)用于检测辅助轮(2)所受到的地面与机架之间的压力；所述压力传感器(29)与飞行控制模块(3)相连。

9.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述飞行控制模块(3)根据工作环境的土地状况不同能够调节不同的动力提供方案：

当工作环境是旱地时，当飞行控制模块(3)根据压电传感器(29)和超声波传感器(28)的信号检测到辅助轮(2)接触到土地时，降低无人机旋翼动力，辅助轮(2)发挥辅助动力作用在土地上行进；

当工作环境是湿滑粘土地时，当飞行控制模块(3)根据压电传感器(29)和超声波传感器(28)的信号检测到辅助轮(2)接触到土地时，则不降低无人机旋翼动力，使辅助轮(2)脱离地面，采用飞行模式行进。

10.根据权利要求1所述的无人机水稻飞播装置，其特征在于，所述辅助轮(2)以及机架(1)均采用轻型复合材料制成，所述辅助轮(2)与机架之间的连接为可拆卸结构。

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