CN115158646A - 一种无人机施肥用的自调节喷施装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机施肥用的自调节喷施装置，包括设置在无人机本体上的药液箱和喷施装置；所述喷施装置包括喷头、喷头调节组件和收纳驱动机构；所述喷头调节组件包括顶板、密封板、设置在顶板和密封板之间的连杆机构、直线驱动机构；所述密封板与所述收纳舱的底部配合；所述收纳驱动机构设置在所述收纳舱内，用于带动所述密封板做升降运动；所述直线驱动机构用于驱动所述顶板做竖向运动来驱动所述连杆机构展开或收起；所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆。本发明的自调节喷施装置可以自动调整喷头的喷施角度和喷施范围，从而使得药物能够精准地喷洒在农作物的表面，避免药液发生浪费，以此降低成本的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种农用无人机，具体涉及一种无人机施肥用的自调节喷施装置。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。
而在传统农业生产中，农民施肥、喷洒农药、以及对病虫害灾情的预防全凭经验，在作业过程中，对每片土地和庄稼事必躬亲。这种粗放的作业方式导致作业强度大、作业效率低，而无人机将会是由繁重的体力劳动、高成本、低效益向解放生产力、低成本、高效益转变的重要手段，目前随着无人机技术的深入和使用，目前研发出带有施肥箱的无人机，使现有的农田耕作变得更高效、更节约资源，加快农田耕作的速率。
但现有的喷药无人机的喷头的结构单一，适用性差，一般一种喷头只能适用于一种种植类型的农作物，不能根据需要调节喷药的覆盖范围，并且由于无人机在飞行途中，由于空气中的风阻、气流的吹动等因素，都会致使无人机在喷药过程中药液会随着气流产生漂移，使得喷药范围发生改变，喷药误差增大，同时也会对喷洒的药液造成一定程度上的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无人机施肥用的自调节喷施装置，所述自调节喷施装置可以根据无人机在不同飞行高度下或者不同倾斜角度下调整或改变喷雾的范围，同时也可根据不同种类的种植物选择喷药范围，促使无人机在喷药过程中不易因风阻和气流的影响喷药的范围，使得药物能够精准地喷洒在农作物表面，避免药液的浪费，降低成本的消耗。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种无人机施肥用的自调节喷施装置，包括设置在无人机本体上的药液箱以及用于将药液箱中的药液喷洒出去的喷施装置，其中，
所述喷施装置设置在所述无人机本体的旋翼的下方，所述无人机本体在与所述喷施装置的对应位置处设置有用于收纳所述喷施装置的收纳舱；
所述喷施装置包括喷头、用于调节所述喷头的喷施角度的喷头调节组件以及用于驱动所述喷头调节组件收纳进或伸出于所述收纳舱的收纳驱动机构，其中，所述喷头为多个，所述喷头调节组件包括顶板、密封板、设置在所述顶板和所述密封板之间的连杆机构以及用于调节所述顶板和所述密封板之间的间距来使得所述连杆机构张开或收起的直线驱动机构，其中，
所述密封板与所述收纳舱的底部配合；所述收纳驱动机构设置在所述收纳舱内，用于带动所述直线驱动机构做升降运动；所述直线驱动机构用于驱动所述顶板做竖向运动；所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及第五连杆，其中，所述第一连杆一端铰接在所述密封板上，另一端铰接在所述第二连杆的中下部；所述第二连杆的一端铰接在所述顶板上，另一端与所述第三连杆的其中一端连接，所述第三连杆的另一端则与所述第四连杆的一端铰接，所述第四连杆的另一端安装有所述喷头；所述第五连杆的一端铰接在所述第二连杆的中下部，另一端铰接在所述第四连杆中与所述第三连杆铰接的端部。
优选的，所述无人机本体上设置有四组旋翼，四组旋翼分别位于所述无人机本体的四个对角上；对应的，所述喷施装置也为四组；所述喷施装置中的连杆机构为四组，四组连杆机构呈圆周排布，且相邻两组连杆机构的夹角为90度；对应的，所述喷头也为四个。
优选的，所述第二连杆在与所述第一连杆铰接的位置处设置有第一铰接座，所述第一连杆转动连接在所述第一铰接座上；所述第二连杆在与所述第五连杆铰接的位置处设置有第二铰接座，所述第二连杆转动连接在所述第二铰接座上。
优选的，所述收纳驱动机构为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的本体安装在所述收纳腔内，活动杆与所述密封板固定连接；所述顶板与所述电动伸缩杆之间滑动连接，该顶板上设置有接收器，所述接收器与所述直线驱动机构的控制单元电性连接，用于控制所述直线驱动机构的驱动行程；所述直线驱动机构安装在所述电动伸缩杆的活动杆上，用于驱动所述顶板独立于所述电动伸缩杆的活动杆运动。
优选的，所述直线驱动机构为电动滑块，其中，所述电动滑块中的滑轨安装在所述电动伸缩杆的活动杆上，滑块则与所述顶板连接；所述接收器与所述电动滑块的控制单元电性连接，用于控制所述滑块的行程。
优选的，所述旋翼的上端设置有警示灯，所述警示灯包括第一警示灯和第二警示灯，所述第一警示灯和所述第二警示灯分别设置在两组呈对角设置的旋翼上；所述第一警示灯的灯亮状态为持续闪烁形态，且闪烁的间隔时间为1秒/次，所述第二警示灯的灯亮状态为长亮状态。
优选的，所述无人机本体下端固定连接有多个呈圆周排布的支撑架，多个支撑架位于所述药液箱的四周；相邻两个支撑架的内壁之间固定连接有横梁，所述横梁上安装有控制器，所述控制器内设有喷雾范围控制系统。
优选的，每个支撑架下端固定连接有支撑底座，所述支撑底座下端粘结有支撑平垫，所述支撑平垫采用PVC材质制成。
优选的，所述喷雾范围控制系统包括主控单元，所述主控单元外端电性连接有无人机喷洒模块和环境感应模块，该主控单元与所述电动伸缩杆之间电性连接；所述环境感应系统外端电性连接有喷头角度调节模块，所述喷头角度调节模块通过信息传输模块与所述接收器之间实现信号传递；所述无人机喷洒模块外端电性连接有农作物品种调节模块，所述农作物品种调节模块外端电性连接有农作物面积选择模块，所述农作物面积选择模块外端电性连接有数据处理模块，所述数据处理模块外端电性连接有喷洒模块，所述喷洒模块与喷头之间电性连接。
优选的，所述环境感应系统包括风速感应模块和飞行速率检测模块。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、本发明的无人机施肥用的自调节喷施装置可以实现在无人机飞行喷药的过程中，根据无人机在不同飞行高度下或者不同倾斜角度下操控喷头调节组件，以此来改变喷头的喷雾角度和喷雾范围，同时也可根据不同种类的种植物进行选择喷药范围，促使无人机在喷药过程中不易因风阻和气流的影响喷药的范围，使得药物能够精准地喷洒在农作物表面，避免药液的浪费，降低成本的消耗，
2、本发明的无人机施肥用的自调节喷施装置通过直线驱动机构带动顶板竖向运动，从而在第二连杆的推动力的作用下带动着第一连杆发生转动，以致改变第二连杆和第三连杆整体高度；与此同时，在第五连杆的牵引作用下，致使第四连杆同步于第三连杆表面进行转动，从而带动第四连杆末端的喷头发生角度以及喷施范围的变化。
3、本发明中的喷头调节组件的初始形态下收纳于所述收纳舱内，且该喷头调节组件下端的密封板与该收纳舱的底端接触，实现对所述收纳舱进行密封。当无人机在未进行工作时，所述喷头调节组件处于收缩形态，该喷头调节组件整体位于所述收纳舱内，密封板位于所述收纳舱的下端，将整个喷头调节组件密封在所述收纳舱的内部，避免所述喷头调节组件在不工作时受空气氧化和腐蚀。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图。
图2为本发明的喷头调节组件处于半展开时的结构示意图。
图3为本发明的喷头调节组件收缩时的结构示意图。
图4为本发明的喷头调节组件的结构示意图。
图5为本发明的喷雾范围控制系统的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1-图5，本发明的无人机施肥用的自调节喷施装置包括设置在无人机本体1上的药液箱2以及用于将药液箱2中的药液喷洒出去的喷施装置，其中，所述药液箱2上端螺纹连接有密封塞3。
参见图1-图5，所述喷施装置设置在所述无人机本体1的旋翼5的下方，所述无人机本体1在与所述喷施装置的对应位置处设置有用于收纳所述喷施装置的收纳舱7；所述喷头调节组件6的初始形态下位于所述收纳舱7内，且该喷头调节组件6下端的密封板64与该收纳舱7的底端接触，实现对所述收纳舱7进行密封。当无人机在未进行工作时，所述喷头调节组件6处于收缩形态，该喷头调节组件6整体位于所述收纳舱7内，密封板64位于所述收纳舱7的下端，将整个喷头调节组件6密封在所述收纳舱7的内部，避免所述喷头调节组件6在不工作时受空气氧化和腐蚀。
参见图1-图5，所述喷施装置包括喷头11、用于调节所述喷头11的喷施角度的喷头调节组件6以及用于驱动所述喷头调节组件6收纳进或伸出于所述收纳舱7的收纳驱动机构，其中，所述喷头11为多个，所述喷头调节组件6包括顶板63、密封板64、设置在所述顶板63和所述密封板64之间的连杆机构以及用于调节所述顶板63和所述密封板64之间的间距来使得所述连杆机构张开或收起的直线驱动机构，其中，所述密封板64与所述收纳舱7的底部配合；所述收纳驱动机构设置在所述收纳舱7内，用于带动所述直线驱动机构做升降运动；所述直线驱动机构用于驱动所述顶板63做竖向运动；所述收纳驱动机构为电动伸缩杆61，所述电动伸缩杆61的本体安装在所述收纳腔内，活动杆与所述密封板64固定连接；所述顶板63与所述电动伸缩杆61之间滑动连接，该顶板63上设置有接收器62，所述接收器62与所述电动伸缩杆61的控制单元电性连接；所述直线驱动机构安装在所述电动伸缩杆61的活动杆上，用于驱动所述顶板63独立于所述电动伸缩杆61的活动杆运动。在本实施例中，所述直线驱动机构为电动滑块(未在说明书附图显示)，其中，所述电动滑块中的滑轨安装在所述电动伸缩杆61的活动杆上，滑块则与所述顶板63连接；所述接收器62与所述电动滑块的控制单元电性连接，用于控制所述滑块的行程。
通过上述设置，当无人机需要喷洒药液时，所述电动伸缩杆61带动所述喷头调节组件6向下运动，使得所述喷头调节组件6从所述收纳舱7中伸出，接着所述直线驱动机构驱动所述顶板63竖向运动，从而带动所述连杆机构展开或收纳，以此来调节设置在连杆机构末端的喷头11的角度以及喷施范围。
参见图1-图5，所述连杆机构包括第一连杆66、第二连杆67、第三连杆68、第四连杆69以及第五连杆610，其中，所述第一连杆66一端铰接在所述密封板64上，另一端铰接在所述第二连杆67的中下部；所述第二连杆67的一端铰接在所述顶板63上，另一端与所述第三连杆68的其中一端连接，所述第三连杆68的另一端则与所述第四连杆69的一端铰接，所述第四连杆69的另一端安装所述喷头11；所述第五连杆610的一端铰接在所述第二连杆67的中下部，另一端铰接在所述第四连杆69中与所述第三连杆68铰接的端部；所述顶板63和所述密封板64分别在与所述第二连杆67和所述第一连杆66接触的位置设置有安装槽65，其中，设置在所述顶板63上的安装槽65为第一安装槽，设置在所述密封板64上的安装槽65为第二安装槽；所述第二连杆67在与所述第一连杆66铰接的位置处设置有第一铰接座611，所述第一连杆66的其中一端转动连接在所述第一铰接座611上；所述第二连杆67在与所述第五连杆610铰接的位置处设置有第二铰接座612，所述第二连杆67的其中一端转动连接在所述第二铰接座612上。
在本实施例中，所述“转动连接”或“铰接”均可以采用转动轴与所述转动孔配合的转动方式，即所述转动轴固定，使得设置有转动孔的连杆可以绕着所述转动轴转动。另外，也可以通过设置限位结构来限制连杆的转动角度，例如设置限位槽或者限位块来限制所述连杆的转动角度。
参见图1-图5，所述无人机本体1上设置有四组旋翼5，四组旋翼5分别位于所述无人机本体1的四个对角上；对应的，所述喷施装置也为四组；所述喷施装置中的连杆机构为四组，四组连杆机构呈圆周排布，且相邻两组连杆机构的夹角为90度；对应的，所述喷头11也为四个。
参见图1-图5，所述旋翼5的上端均设置有警示灯，所述警示灯包括第一警示灯51和第二警示灯52，所述第一警示灯51和所述第二警示灯52分别设置在两组呈对角设置的旋翼5上；所述第一警示灯51的灯亮状态为持续闪烁形态，且闪烁的间隔时间为1秒/次，所述第二警示灯52的灯亮状态为长亮状态。工作人员在夜晚进行农作物的喷药工作时，通过启动第一警示灯51、第二警示灯52，促使第一警示灯51进行间断性的闪烁工作，以致使对周围空中的其他飞行物进行警示工作，避免发生碰撞，同时第二警示灯52始终保持长亮状态，便于工作人员对无人机位置进行观察，便于快速进行定位，且两组第一警示灯51、第二警示灯52位于一前一后位置分布，便于工作人员在夜晚知晓无人机机头的正面方位，使得无人机在夜晚进行工作时也能保证飞行的安全性。
参见图1-图5，所述无人机本体1下端固定连接有多个呈圆周排布的支撑架8，多个支撑架8位于所述药液箱2的四周；相邻两个支撑架8的内壁之间固定连接有横梁9，所述横梁9上安装有控制器10，所述控制器10内设有喷雾范围控制系统；每个支撑架8下端固定连接有支撑底座81，所述支撑底座81下端粘结有支撑平垫82，所述支撑平垫82采用PVC材质制成。在无人机飞行后需要降落时，由支撑平垫82首先接触地面，再其PVC材质的作用下，对于无人机降落时提供适当的缓冲作用，同时可以降低器材对地面的磨损，以及降低无人机撞击地面的力量，对其进行吸音、减震，降低噪音的产生及器材运作时的震动，同时保证与地面的贴地性，使其在落地时能够更加的平稳，而且有助于无人机表面静电的分散，避免无人机表面产生静电造成电力设备出现故障的现象。
参见图1-图5，所述喷雾范围控制系统包括主控单元，所述主控单元外端电性连接有无人机喷洒模块和环境感应模块，该主控单元与所述电动伸缩杆61之间电性连接；所述环境感应系统外端电性连接有喷头11角度调节模块，所述喷头11角度调节模块通过信息传输模块与所述接收器62之间实现信号传递；所述无人机喷洒模块外端电性连接有农作物品种调节模块(用于选择农作物的品种)，所述农作物品种调节模块外端电性连接有农作物面积选择模块(用于选择农作物的面积)，所述农作物面积选择模块外端电性连接有数据处理模块，所述数据处理模块外端电性连接有喷洒模块(用于控制喷头打开以及控制喷头的喷洒速度)，所述喷洒模块与喷头11之间电性连接。当无人机在喷洒药液的过程中，首先通过主控单元向电动伸缩杆61发出控制信息，促使电动伸缩杆61的活动杆伸出，以带动所述喷头调节组件6移动至所述收纳舱7的下方，以便后续的喷头11的喷洒工作，而后无人机通过农作物品种调节模块和农作物面积选择模块来设定农作物的品种以及需要喷洒农作物的面积，促使无人机按照规定程序进行飞行并喷洒药液，而在飞行过程中，在环境感应系统的作用下，对风速和飞行速率进行检测，将其对应的数据传出至接收器62，使得喷头调节组件6可以进行自调节工作，从而促使喷头11的位置发生改变，达到喷洒范围的最佳位置后，其喷洒模块向喷头11发出控制信号，使得喷头11进行喷洒药液以及控制喷洒药液的喷洒速度，从而完成无人机喷洒药液时的喷洒范围达到最佳位置。
参见图1-图5，所述环境感应系统包括风速感应模块和飞行速率检测模块，通过所述环境感应系统可以对无人机飞行时的风速和飞行速率数据进行收集，从而根据内部设定好的喷雾漂移量数据进行对比后，来改变喷头11的位置以及喷洒速度。
参见图1-图5，本发明的无人机施肥用的自调节喷施装置的工作原理是：
所述喷雾范围控制系统计算无人机在飞行过程中喷雾的漂移量喷洒范围数据(计算方式可以参照专利申请号201911052191.5的“一种植保无人机喷雾漂移量测试装置及方法”)，当无人机在飞行过程中需要进行喷洒药物时，其喷雾范围控制系统控制电动伸缩杆61带动喷头调节组件6向下运动，致使所述喷头调节组件6位于所述收纳舱7的下侧，且能够展开；而接收器62根据喷雾范围控制系统传输的控制指令，控制直线驱动机构带动顶板63竖向运动，从而在第二连杆67的推动力的作用下带动着第一连杆66于第一安装槽内发生转动，以致使第二连杆67和第三连杆68整体高度降低；与此同时，在第五连杆610的牵引作用下，致使第四连杆69同步于第三连杆68表面进行转动，从而带动第四连杆69末端的喷头11发生角度以及喷施范围的变化，而顶板63上下滑动之间的距离，则事先通过专利申请号201911052191.5的“一种植保无人机喷雾漂移量测试装置及方法”中得知的喷雾漂移数据来知晓喷头11处于某个位置时的喷雾范围大小，从而控制接收器62进行精准数据的上下调节，达到控制喷头11的位置角度作用，以此来控制喷雾的范围，当接收器62和顶板63向上移动时，则带动着第二连杆67促使第三连杆68、第四连杆69进行回缩工作，使得喷头11逐渐靠近密封板64一侧，从而减小喷雾范围。而需要加大喷雾范围时，则控制接收器62向下移动，在连杆机构的作用下促使喷头11逐渐远离密封板64一端，从而扩大药液的喷洒范围，达到药液能够精准地喷洒在农作物表面，避免药液的浪费，降低成本的消耗。
其中，本发明中的喷雾漂移量的数据计算为：
设定时间t，时间t内喷头11喷射的水流流量为V，风速感应模块的风力等级用N表示，相同时间t内风力等级设定为N时的模拟风力场内的喷雾回收量Vn，计算出喷头11在N级风速下喷洒漂移量为ΔV＝V-Vn，由此药液漂移量的数据对喷头11位置进行改变，使得喷洒的药液能够精准地喷洒至指定区域，避免药液受风流的影响，飘散过多，农作物表面的药液依附较少的现象发生。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，包括设置在无人机本体上的药液箱以及用于将药液箱中的药液喷洒出去的喷施装置，其中，
所述喷施装置设置在所述无人机本体的旋翼的下方，所述无人机本体在与所述喷施装置的对应位置处设置有用于收纳所述喷施装置的收纳舱；
所述喷施装置包括喷头、用于调节所述喷头的喷施角度的喷头调节组件以及用于驱动所述喷头调节组件收纳进或伸出于所述收纳舱的收纳驱动机构，其中，所述喷头为多个，所述喷头调节组件包括顶板、密封板、设置在所述顶板和所述密封板之间的连杆机构以及用于调节所述顶板和所述密封板之间的间距来使得所述连杆机构张开或收起的直线驱动机构，其中，
所述密封板与所述收纳舱的底部配合；所述收纳驱动机构设置在所述收纳舱内，用于带动所述直线驱动机构做升降运动；所述直线驱动机构用于驱动所述顶板做竖向运动；所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及第五连杆，其中，所述第一连杆一端铰接在所述密封板上，另一端铰接在所述第二连杆的中下部；所述第二连杆的一端铰接在所述顶板上，另一端与所述第三连杆的其中一端连接，所述第三连杆的另一端则与所述第四连杆的一端铰接，所述第四连杆的另一端安装有所述喷头；所述第五连杆的一端铰接在所述第二连杆的中下部，另一端铰接在所述第四连杆中与所述第三连杆铰接的端部。
2.根据权利要求1所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述无人机本体上设置有四组旋翼，四组旋翼分别位于所述无人机本体的四个对角上；对应的，所述喷施装置也为四组；所述喷施装置中的连杆机构为四组，四组连杆机构呈圆周排布，且相邻两组连杆机构的夹角为90度；对应的，所述喷头也为四个。
3.根据权利要求1所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述第二连杆在与所述第一连杆铰接的位置处设置有第一铰接座，所述第一连杆转动连接在所述第一铰接座上；所述第二连杆在与所述第五连杆铰接的位置处设置有第二铰接座，所述第二连杆转动连接在所述第二铰接座上。
4.根据权利要求1所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述收纳驱动机构为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的本体安装在所述收纳腔内，活动杆与所述密封板固定连接；所述顶板与所述电动伸缩杆之间滑动连接，该顶板上设置有接收器，所述接收器与所述直线驱动机构的控制单元电性连接，用于控制所述直线驱动机构的驱动行程；所述直线驱动机构安装在所述电动伸缩杆的活动杆上，用于驱动所述顶板独立于所述电动伸缩杆的活动杆运动。
5.根据权利要求4所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述直线驱动机构为电动滑块，其中，所述电动滑块中的滑轨安装在所述电动伸缩杆的活动杆上，滑块则与所述顶板连接；所述接收器与所述电动滑块的控制单元电性连接，用于控制所述滑块的行程。
6.根据权利要求1所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述旋翼的上端设置有警示灯，所述警示灯包括第一警示灯和第二警示灯，所述第一警示灯和所述第二警示灯分别设置在两组呈对角设置的旋翼上；所述第一警示灯的灯亮状态为持续闪烁形态，且闪烁的间隔时间为1秒/次，所述第二警示灯的灯亮状态为长亮状态。
7.根据权利要求1所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述无人机本体下端固定连接有多个呈圆周排布的支撑架，多个支撑架位于所述药液箱的四周；相邻两个支撑架的内壁之间固定连接有横梁，所述横梁上安装有控制器，所述控制器内设有喷雾范围控制系统。
8.根据权利要求7所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，每个支撑架下端固定连接有支撑底座，所述支撑底座下端粘结有支撑平垫，所述支撑平垫采用PVC材质制成。
9.根据权利要求5所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述喷雾范围控制系统包括主控单元，所述主控单元外端电性连接有无人机喷洒模块和环境感应模块，该主控单元与所述电动伸缩杆之间电性连接；所述环境感应系统外端电性连接有喷头角度调节模块，所述喷头角度调节模块通过信息传输模块与所述接收器之间实现信号传递；所述无人机喷洒模块外端电性连接有农作物品种调节模块，所述农作物品种调节模块外端电性连接有农作物面积选择模块，所述农作物面积选择模块外端电性连接有数据处理模块，所述数据处理模块外端电性连接有喷洒模块，所述喷洒模块与喷头之间电性连接。
10.根据权利要求9所述的无人机施肥用的自调节喷施装置，其特征在于，所述环境感应系统包括风速感应模块和飞行速率检测模块。
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