CN113465894A - 一种多功能植保试验平台 - Google Patents

Abstract

一种多功能植保试验平台，属于农业机械技术领域，由框架结构主体、两自由度滑轨组件、执行组件、激光粒度仪、摄像机和风洞组成；滑轨组件带动执行组件的水平和上下移动；执行组件为喷头或无人机，并通过连接构件固定在两自由度滑轨组件下端；摄像机用于拍摄记录喷头喷雾状态，雾滴粒径通过激光粒度仪进行测量；风洞用于模拟无人机飞行风速；本发明采用模块化结构设计，部件为标准件，部件之间均通过螺栓螺母连接，便于尺寸和功能的拓展开发；针对试验室内开展多种植保实验而设计，可以实现喷头性能测试、植保喷雾防治效果和无人机室内喷洒防治三个试验；执行组件可以通过设计和装配不同结构满足不同植保试验需求，实现平台的多功能使用。

Description

一种多功能植保试验平台

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，涉及一种植保试验装置，具体的说是涉及一种多功能植保试验平台。

背景技术

农业的稳定、高质量生产需要依靠高效的植保作业来保障，农业生产中田间作业管理有30%左右是进行病虫害防治作业，而化学防治是应对作物病虫害的最主要方式，它见效快、效果好、投入少，目前对于大田病虫害防治，仍以手动喷雾机和担架式喷雾机为主。据统计，我国现有的植保机械数量约为8000万台左右，手动式喷雾机占据了7100万台甚至更多，占比接近90%，这些施药设备大多产品结构简单、技术含量低，导致喷洒农药不均匀、农药利用率低，“跑、冒、滴、漏”现象严重，造成环境污染、农药浪费、农产品残留超标、操作人员中毒等一系列问题。而拖拉机悬挂式、车载式喷雾机等机械化智能化程度较高的喷雾机具仅有50万台左右，每台先进喷雾机具的使用都可以节约单次作业15%-40%的农药使用量，不仅避免了人工施药对操作者造成的伤害，也提高了施药效率。同时，植保无人机技术的发展也为当前改善田间施药效果提供了新的思路，无人机通过搭载小型喷雾系统，可以实现跨地形、高效率的植保作业，一般不受作物生长阶段的影响，其作业效率是普通植保机械的3倍以上，是人工植保作业的30倍以上。

这些先进植保装备的喷雾系统是保障农药雾化性能和喷雾附着效果的核心部件，而农药的喷洒效果优劣直接影响到病虫害防治效果的好坏，因此，实验室内开展植保喷雾防治效果、对靶喷雾、喷头性能测试、无人机室内喷洒防治等相关植保试验，对改进相关植保装备、进一步提高施药防治效果具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于为了提升实验室内农药喷洒效果，提升对靶喷雾、喷头性能，提出一种多功能植保试验平台，通过采用模块化设计，各结构件之间为活动连接并可实现互换，保证平台后续的拓展和改装，同时搭载了一些试验和检测设备，能够满足最基本的室内植保试验。

本发明的技术方案：一种多功能植保试验平台，包括框架结构主体；其特征在于：所述框架结构主体的顶部固定设有滑轨组件，所述滑轨组件由X轴滑轨、Z轴滑轨组成，所述滑轨组件下端设有可拆卸式执行组件，所述X轴滑轨用于确定Z轴滑轨水平直线运动，Z轴滑轨用于驱动执行组件竖直直线运动，所述滑轨组件带动执行组件的水平和上下移动，所述执行组件为喷头或无人机，执行组件通过连接构件固定在滑轨组件的下端；所述框架结构主体的一侧设有支撑架，所述支撑架上设有风洞，所述风洞与框架结构内部相连通，所述框架结构主体的另一侧设有台架，所述台架上设有控制器和计算机，所述框架结构主体前侧设有三角架，三角架上设有摄像机，所述三角架右侧设有激光粒度仪，所述激光粒度仪与框架结构主体内部相连通。

所述滑轨组件为可带动执行组件水平和上下移动的两自由度滑轨组件。

所述风洞用于模拟无人机飞行风速。

所述所述摄像机用于拍摄记录喷头喷雾状态，雾滴粒径通过激光粒度仪进行测量。

所述框架结构主体的左侧面、右侧面、顶面、后面和前面均设有防护网，其中后面的防护网内部设有背景布。

所述执行组件为喷头时，连接构件包括第一铝型材连接件、第二铝型材连接件和横向连接件，横向连接件通过铝型材连接件固定在滑轨组件下端，横向连接件上设有多个用于固定喷头的连接孔。

所述执行组件为无人机时，连接构件为四个U型夹，无人机通过四个U型夹固定在第三铝型材连接件和第四铝型材连接件组成的十字连接件上。

所述激光粒度仪由激光发射端、激光接收端、第五铝型材连接件和四个带螺栓地脚组成；四个带螺栓地脚设置在第五铝型材连接件下端，以实现激光发射端和激光接收端进行调平。

所述框架结构主体下端设有四个活动地脚。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种多功能植保试验平台，试验平台结构新颖，工作原理清晰，采用模块化结构设计，部件为标准件，部件之间均通过螺栓螺母连接，便于尺寸和功能的拓展开发；针对试验室内开展多种植保实验而设计，可以实现喷头性能测试、植保喷雾防治效果和无人机室内喷洒防治三个试验；执行组件可以通过设计和装配不同结构满足不同植保试验需求，实现平台的多功能使用。

附图说明

图1 为本发明平台整体结构示意图。

图2 为本发明中框架结构主体结构示意图。

图3 为本发明中滑轨组件结构示意图。

图4 为本发明中多喷头执行组件结构示意图。

图5 为本发明中无人机执行组件结构示意图。

图6 为本发明中激光粒度仪发射端结构示意图。

图7 为本发明中激光粒度仪接收端结构示意图。

图中：框架结构主体1、防护网1.1、铝框架结构1.2、背景布1.3、连接角码1.4、活动地脚1.5、线槽1.6、滑轨组件2、坦克链线槽2.1、Z轴原点光电开关2.2、坦克链与滑轨连接件2.3、Z轴电机笼2.4、Z轴伺服电机2.5、X轴滑轨2.6、滑轨座2.7、主梁与滑轨连接板2.8、X轴原点光电开关2.9、X轴电机笼2.10、X轴伺服电机2.11、Z轴滑轨2.12、十字连接板2.13、Z轴终点光电开关2.14、Z轴双滑块2.15、X轴双滑块2.16、X轴终点光电开关2.17、执行组件3、第一铝型材连接件3.1、第二铝型材连接件3.2、横向连接杆3.3、喷头3.4、第三铝型材连接件3.5、无人机3.6、第四铝型材连接件3.7、U型夹3.8、激光粒度仪4、激光发射端4.1、激光接收端4.2、第五铝型材连接件4.3、带螺栓地脚4.4、控制器5、计算机6、台架7、三脚架8、摄像机9、风洞10、支撑架11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种多功能植保试验平台，由框架结构主体1、两自由度滑轨组件2、执行组件3、激光粒度仪4、控制器5、计算机6、台架7、三脚架8、摄像机9、风洞10、支撑架11组成。框架结构主体1与两自由度滑轨组件2通过滑轨座2.7和尺寸为80×90×6mm的连接板2.8直接相连，其他结构包括激光粒度仪4、控制器5、计算机6、台架7、三脚架8、摄像机9、风洞10及支撑架11均为活动结构，不与框架结构主体1直接连接。

如图2所示，一种多功能植保试验平台，框架结构主体1包括防护网1.1、铝框架结构1.2、背景布1.3、连接角码1.4、活动地脚1.5和线槽1.6；框架结构主体1是通过60×60mm铝合金型材与连接角码1.4拼接而成，平台尺寸可以通过增减型材进行尺寸和结构改变；防护网1.1加装于铝框架结构1.2除底面的五个面上，主要用于保障无人机3.6室内试验的安全性；背景布1.3是用于在使用摄像机9对喷头3.4的喷雾状态进行拍摄记录时，便于观察雾化效果。

如图3所示，一种多功能植保试验平台，滑轨组件2包括坦克链线槽2.1、Z轴原点光电开关2.2、坦克链与滑轨连接件2.3、Z轴电机笼2.4、Z轴伺服电机2.5、X轴滑轨2.6、滑轨座2.7、主梁与滑轨连接板2.8、X轴原点光电开关2.9、X轴电机笼2.10、X轴伺服电机2.11、Z轴滑轨2.12、十字连接板2.13、Z轴终点光电开关2.14、Z轴双滑块2.15、X轴双滑块2.16和X轴终点光电开关2.17；

X轴滑轨2.6通过滑轨座2.7和连接板2.8与框架结构主体1连接； X轴滑轨2.6和Z轴滑轨2.12采用双滑块侧立装配结构，分别通过X轴双滑块2.16、Z轴双滑块2.15和十字连接板2.13固定在一起； X轴伺服电机2.11和Z轴伺服电机2.5通过X轴电机笼2.10、Z轴电机笼2.4和联轴器分别与X轴滑轨2.6、Z轴滑轨2.12直连； X轴原点光电开关2.9和Z轴原点光电开关2.2分别为X轴滑轨2.6、Z轴滑轨2.12运动起点，对应的X轴终点光电开关2.17和Z轴终点光电开关2.14分别为X轴滑轨2.6、Z轴滑轨2.12运动终点，起点和终点视为中间的形成为滑轨实际有效行程；坦克链线槽2.1与框架结构主体1上线槽1.6共同构成平台所需气液电回路走线的通道。控制器5编程指令控制X轴滑轨2.6和Z轴滑轨2.12实现滑轨自由运动，并利用X轴原点光电开关2.9、X轴终点光电开关2.17、Z轴原点光电开关2.2和Z轴终点光电开关2.14完成对滑轨的限位；在滑轨运动的同时，坦克链线槽2.1由连接件2.3与Z轴滑轨2.12直接相连，保证在滑轨运动同时线槽跟随滑轨一起活动。

如图4-5所示，一种多功能植保试验平台，执行组件3通过两个尺寸为90×60×20mm第一铝型材连接件3.1与Z轴滑轨2.12相连，第一铝型材连接件3.1端面上打有连接用螺纹孔；执行组件3进行单个喷头或多个喷头试验时结构包括90×60×20mm第一铝型材连接件3.1、100×60×20mm第二铝型材连接件3.2、1400×60×20mm横向连接件3.3和喷头3.4； 1400×60×20mm横向连接件3.3横向设置，其上开有连接孔，用于喷头3.4的固定和气液电走线；执行组件3进行无人机室内试验时结构包括95×60×20mm第三铝型材连接件3.5、无人机3.6、250×60×20mm第四铝型材连接件3.7和U型夹3.8，无人机3.6通过四个U型夹3.8被固定在两个95×60×20mm和250×60×20mm铝型材组成的十字连接件上；执行组件3可以进行包括但不限于上述两个试验及相应结构改装。不同规格的铝型材和连接板之间均通过螺栓螺母进行连接。

如图6-7所示，一种多功能植保试验平台，激光粒度仪4包括激光发射端4.1、激光接收端4.2、600×120×60mm第五铝型材连接件4.3和四个带螺栓地脚4.4；激光粒度仪4通过调节四个方向上的四个带螺栓地脚4.4高度实现激光发射端4.1和激光接收端4.2之间的调平。

如图1-7所示，一种多功能植保试验平台，进行单个喷头或多个喷头试验时，两个90×60×20mm第一铝型材连接件3.1、100×60×20mm第二铝型材连接件3.2和1400×60×20mm横向连接件3.3共同组成搭载喷头的结构，喷头3.4悬挂于横向连接件3.3的圆孔之下，由计算机6和气液泵过来线路通过线槽1.6与坦克链线槽2.1与喷头直接相连，喷头喷雾状态可通过使用摄像机9进行拍摄记录，雾滴粒径可通过激光粒度仪4进行测量；激光粒度仪4由激光发射端4.1、激光接收端4.2、600×120×60mm第五铝型材连接件4.3和四个带螺栓地脚4.4组成，使用前需通过调节四个方向上的四个带螺栓地脚4.4高度保证激光发射端4.1和激光接收端4.2之间的调平；进行无人机低空低量施药喷雾试验时，无人机3.6通过四个U型夹3.8被固定在两个95×60×20mm和250×60×20mm铝型材组成的十字连接件上，X轴滑轨2.6带动无人机3.6前后运动，Z轴滑轨2.12固定无人机3.6飞行高度，风洞10模拟无人机3.6飞行风速，试验采集不同飞行高度和速度下的雾滴附着与分布情况，包括有效喷幅和雾滴覆盖率。

Claims (9)

1.一种多功能植保试验平台，包括框架结构主体(1)；其特征在于：所述框架结构主体的顶部固定设有滑轨组件(2)，所述滑轨组件(2)由X轴滑轨(2.6)、Z轴滑轨(2.12)组成，所述滑轨组件(2)下端设有可拆卸式执行组件(3)，所述X轴滑轨(2.6)用于确定Z轴滑轨(2.6)水平直线运动，Z轴滑轨(2.6)用于驱动执行组件(3)竖直直线运动，所述滑轨组件(2)带动执行组件(3)的水平和上下移动，所述执行组件(3)为喷头或无人机，执行组件(3)通过连接构件固定在滑轨组件(2)的下端；所述框架结构主体(1)的一侧设有支撑架(11)，所述支撑架(11)上设有风洞(10)，所述风洞(10)与框架结构(1)内部相连通，所述框架结构主体(1)的另一侧设有台架(7)，所述台架(7)上设有控制器(5)和计算机(6)，所述框架结构主体(1)前侧设有三角架(8)，三角架(8)上设有摄像机(9)，所述三角架(8)右侧设有激光粒度仪(4)，所述激光粒度仪(4)与框架结构主体(1)内部相连通。

2.根据权利要求1所述的一种多功能植保试验平台，其特征在于：所述滑轨组件(2)为可带动执行组件(3)水平和上下移动的两自由度滑轨组件(2)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能植保试验平台，其特征在于：所述风洞(10)用于模拟无人机飞行风速。

4.根据权利要求1所述的一种多功能植保试验平台，其特征在于：所述所述摄像机(9)用于拍摄记录喷头喷雾状态，雾滴粒径通过激光粒度仪(4)进行测量。

5.根据权利要求1所述的多功能植保试验平台，其特征在于：所述框架结构主体(1)的左侧面、右侧面、顶面、后面和前面均设有防护网(1.1)，其中后面的防护网内部设有背景布(1.3)。

6.根据权利要求1所述的多功能植保试验平台，其特征在于：所述执行组件(3)为喷头(3.4)时，连接构件包括第一铝型材连接件(3.1)、第二铝型材连接件(3.2)和横向连接件(3.3)，横向连接件(3.3)通过铝型材连接件固定在滑轨组件(2)下端，横向连接件(3.3)上设有多个用于固定喷头(3.4)的连接孔。

7.根据权利要求1所述的多功能植保试验平台，其特征在于：所述执行组件(3)为无人机(3.6)时，连接构件为四个U型夹(3.8)，无人机(3.8)通过四个U型夹(3.8)固定在第三铝型材连接件(3.5)和第四铝型材连接件(3.7)组成的十字连接件上。

8.根据权利要求1所述的多功能植保试验平台，其特征在于：所述激光粒度仪(4)由激光发射端(4.1)、激光接收端(4.2)、第五铝型材连接件(4.3)和四个带螺栓地脚(4.4)组成；四个带螺栓地脚(4.4)设置在第五铝型材连接件(4.3)下端，以实现激光发射端(4.1)和激光接收端(4.2)进行调平。

9.根据权利要求1所述的多功能植保试验平台，其特征在于：所述框架结构主体(1)下端设有四个活动地脚(1.5)。

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