CN203849616U - 一种农用无人机机载农药自动平衡系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种农用无人机机载农药自动平衡系统，包括无人机本体及固定在无人机本体上的药箱组、电动泵组和平衡控制系统，药箱固定在无人机本体的升力焦点O的前后两方，平衡控制系统包括PLC控制器、信号采集模块、数据处理模块和执行模块，重量传感器和加速度传感器连接所述信号采集模块，电动泵组连接执行模块，本实用新型实时测量安装在各药箱底部重量传感器的数据，并且输入PLC控制器中，通过数据处理模块运算，通过执行模块控制电动泵组把各个药箱中的液体按照平衡公式进行分配，达到自动平衡，与现有技术相比，本实用新型在有限地机舱空间内加大了农药装载量，减少了无人机往复装药次数，提高了工作效率。

Description

一种农用无人机机载农药自动平衡系统

【技术领域】

本实用新型涉及民用航空技术领域，特别是一种农用无人机机载农药自动平衡系统。 

【背景技术】

利用无人机对大面积的农田实施喷药及施肥工作，减少了劳动里成本，提高了作业效率，目前已经有一些农业大户开始配备此装备，在国外更是普及。但是目前无人机有效载药量小的情况一直存在，随着发动机技术的日益成熟，较长时间的连续作业已经可以实现，然而往往是燃料只消耗了一半，农药已经喷完，必须回机场加注农药，载药量已经成了无人机农业作业的一个瓶颈。 

无人机，因为它结构上存在一定的特殊性，为了满足飞行的基本空气动力要求，所以很多部位必须有必要的结构和支撑，但是这些结构和支撑对重量十分敏感，所以看似硕大的无人机机舱，很难把这些空间合理得利用好，同样，要加大载药量也不是一味地做大飞机地体积。本实用新型就是要解决在有限地机舱空间内通过自动平衡系统把农药尽可能地装多，而且无人机飞行，要满足纵向、横向得升力、重力得平衡，也就是所谓得升力焦点和重力焦点。一般飞机得升力焦点都在机翼的大梁上，也就是说飞机机翼产生的升力集中作用在机翼的大梁上，飞机上所有物件的重力也作用在大梁上，液体在一个较大的空间里会自由晃动，这样会破坏飞机飞行时的平衡问题，所以这就限制了装农药的容器不能太大，而且还必须在升力中心位置上，这就限制了飞机的载药量。 

【实用新型内容】

本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种农用无人机机载 农药自动平衡系统，可以在有限地机舱空间内加大农药装载量，减少往复次数，提高无人机工作效率。 

为实现上述目的，本实用新型提出了一种农用无人机机载农药自动平衡系统，包括无人机本体及固定在无人机本体上的药箱组、电动泵组和平衡控制系统，所述药箱组由前药箱组和后药箱组组成，所述前药箱组固定在无人机本体的升力焦点O的前方，后药箱组固定在无人机本体的升力焦点O的后方；电动泵组驱动所述的药箱组，所述药箱组上固定有重量传感器，所述无人机本体上固定有加速度传感器，所述平衡控制系统与电动泵组连接，所述平衡控制系统包括PL控制器、信号采集模块、数据处理模块和执行模块，重量传感器和加速度传感器连接所述信号采集模块，所述电动泵组连接执行模块。 

作为优选，所述的前药箱组包括第一药箱和第二药箱，后药箱组包括第三药箱和第四药箱，所述第一药箱、第二药箱、第三药箱和第四药箱底部均分布设置有重量传感器，所述第一药箱和第二药箱位于无人机本体的升力焦点O的前方，第三药箱和第四药箱位于无人机本体的升力焦点O的后方。 

作为优选，所述第一药箱和第二药箱分别位于无人机本体的左右两侧，第三药箱和第四药箱分别位于无人机本体的左右两侧。 

作为优选，所述第一药箱、第二药箱、第三药箱和第四药箱之间满足以下公式： 

G₁L₁+G₂L₂＝G₃L₃+G₄L₄

上述公式中：L₁为第一药箱A到升力焦点O的距离；L₂为第二药箱B到升力焦点O的距离；L₃为第三药箱C到升力焦点O的距离；L₄为第四药箱D到升力焦点O的距离；G₁为第一药箱A的重量；G₂为第二药箱B的重量；G₃为第三药箱C的重量；G₄为第四药箱D的重量。 

作为优选，所述电动泵组包括第一电动泵、第二电动泵、第三电动泵和第 四电动泵，第一电动泵驱动第一药箱，第二电动泵驱动第二药箱，第三电动泵驱动第三药箱，第四电动泵驱动第四药箱。 

作为优选，所述第一药箱、第二药箱、第三药箱和第四药箱经通道彼此连通，方便电动泵组调节各个药箱内的农药。 

作为优选，所述药箱组中各药箱均设置有防晃动机构，所述防晃动机构包括漂浮板和若干漂浮座，所述的漂浮座与漂浮板连接固定，漂浮座具有浮力，从而使得漂浮板漂浮于药箱的液面上，防止液面产生剧烈的晃动。 

作为优选，所述药箱组中各药箱的内壁上开设有与漂浮座的数量对应的凹槽，所述漂浮座嵌入固定在凹槽内，使得凹槽对漂浮座具有定位作用，方便漂浮板跟随液面在竖直方向上运动，防止液面产生剧烈的晃动。 

作为优选，所述药箱组中各药箱均设置有定位杆，漂浮板上开设有与定位杆位置对应的定位孔，定位杆贯穿所述的定位孔，使得定位杆对漂浮板具有定位作用，方便漂浮板跟随液面在竖直方向上运动，防止液面产生剧烈的晃动。 

本实用新型的有益效果：本实用新型中定义飞机飞行高度的变化为“z”轴的运动，当加速度传感器检测到z轴加速度为0时，就可以实时测量安装在各药箱底部重量传感器的数据，并且输入PLC控制器中，通过数据处理模块运算，运算出来的结果，通过执行模块控制电动泵组把各个药箱中的液体按照平衡公式进行分配，达到自动平衡，与现有技术相比，本实用新型在有限地机舱空间内加大了农药装载量，减少了无人机往复装药次数，提高了工作效率。 

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 

【附图说明】

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是本实用新型中平衡控制系统框体； 

图3是本实用新型中油箱的结构示意图。 

图中：1-无人机本体、2-前药箱组、3-后药箱组、4-第一电动泵、5-第二电动泵、6-第三电动泵、7-第四电动泵、8-加速度传感器、9-重量传感器、11-漂浮板、12-漂浮座、13-凹槽、14-定位杆、15-定位孔、A-第一药箱、B-第二药箱、C-第三药箱、D-第四药箱。 

【具体实施方式】

参阅图1、图2和图3，本实用新型包括无人机本体1及固定在无人机本体1上的药箱组、电动泵组和平衡控制系统，所述药箱组由前药箱组2和后药箱组3组成，所述前药箱组2固定在无人机本体1的升力焦点O的前方，后药箱组3固定在无人机本体1的升力焦点O的后方；前药箱组2中各个药箱的重量与所述药箱到升力焦点O的距离乘积之和等于后药箱组3中各个药箱的重量与所述药箱到升力焦点O的距离乘积之和；电动泵组驱动所述的药箱组，所述药箱组上固定有重量传感器9，所述无人机本体1上固定有加速度传感器8，所述平衡控制系统与电动泵组连接，所述平衡控制系统包括PLC控制器、信号采集模块、数据处理模块和执行模块，重量传感器9和加速度传感器8连接所述信号采集模块，所述电动泵组连接执行模块，所述的前药箱组2包括第一药箱A和第二药箱B，后药箱组3包括第三药箱C和第四药箱D，所述第一药箱A、第二药箱B、第三药箱C和第四药箱D底部均分布设置有重量传感器9，所述第一药箱A和第二药箱B位于无人机本体1的升力焦点O的前方，第三药箱C和第四药箱D位于无人机本体1的升力焦点O的后方，所述第一药箱A和第二药箱B分别位于无人机本体1的左右两侧，第三药箱C和第四药箱D分别位于无人机本体1的左右两侧，所述第一药箱A、第二药箱B、第三药箱C和第四药箱D之间满足以下公式： 

G₁L₁+G₂L₂＝G₃L₃+G₄L₄

上述公式中：L₁为第一药箱A到升力焦点O的距离；L₂为第二药箱B到升 力焦点O的距离；L₃为第三药箱C到升力焦点O的距离；L₄为第四药箱D到升力焦点O的距离；G₁为第一药箱A的重量；G₂为第二药箱B的重量；G₃为第三药箱C的重量；G₄为第四药箱D的重量。 

所述电动泵组包括第一电动泵4、第二电动泵5、第三电动泵6和第四电动泵7，第一电动泵4驱动第一药箱A，第二电动泵5驱动第二药箱B，第三电动泵6驱动第三药箱B，第四电动泵7驱动第四药箱B，所述第一药箱A、第二药箱B、第三药箱C和第四药箱D经通道彼此连通，所述药箱组中各药箱均设置有防晃动机构，所述防晃动机构包括漂浮板11和若干漂浮座12，所述的漂浮座12与漂浮板11连接固定，所述药箱组中各药箱的内壁上开设有与漂浮座12的数量对应的凹槽13，所述漂浮座12嵌入固定在凹槽13内，所述药箱组中各药箱均设置有定位杆14，漂浮板11上开设有与定位杆14位置对应的定位孔15，定位杆15贯穿所述的定位孔15。 

本实用新型的工作原理：飞机的重心是机翼、机身、尾翼等各部分重心的“合重心”，当模型飞机被设计出来并且制造出来以后，重心的位置便确定了。飞机是重于空气的飞行器，要在空中飞行必须要有升力。升力主要是由机翼和水平尾翼产生的，这两部分升力的合力便是模型飞机的总升力，其作用点便是升力焦点，它的位置是否恰当是决定飞机性能的重要因素之一。由于喷撒作业的特殊性，无人机在起飞时与降落时的重量会有很大变化，因为药量在不断减少，所以飞行中飞机的载荷不断在减小。我们定义飞机飞行高度的变化为“z”轴的运动。在PLC控制器中输入计算公式：4个药箱A/B/C/D,药箱到升力焦点O的距离为L，并且药箱A和B在升力焦点O的前方，药箱C和D在升力焦点O的后方，即得到公式G₁L₁+G₂L₂＝G₃L₃+G₄L₄，当加速度传感器检测到z轴加速度为0时，就可以时时测量安装在各药箱底部重量传感器的数据。并且输入PLC控制器中，通过数据处理模块运算。运算出来的结果，通过执行模块控制电动泵组把各个 药箱中的液体按照平衡公式进行分配，达到自动平衡，与现有技术相比，本实用新型在有限地机舱空间内加大了农药装载量，减少了无人机往复装药次数，提高了工作效率。 

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。 

Claims (9)

1.一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：包括无人机本体(1)及固定在无人机本体(1)上的药箱组、电动泵组和平衡控制系统，所述药箱组由前药箱组(2)和后药箱组(3)组成，所述前药箱组(2)固定在无人机本体(1)的升力焦点(O)的前方，后药箱组(3)固定在无人机本体(1)的升力焦点(O)的后方；电动泵组驱动所述的药箱组，所述药箱组上固定有重量传感器(9)，所述无人机本体(1)上固定有加速度传感器(8)，所述平衡控制系统与电动泵组连接，所述平衡控制系统包括PLC控制器、信号采集模块、数据处理模块和执行模块，重量传感器(9)和加速度传感器(8)连接所述信号采集模块，所述电动泵组连接执行模块。 

2.如权利要求1所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述的前药箱组(2)包括第一药箱(A)和第二药箱(B)，后药箱组(3)包括第三药箱(C)和第四药箱(D)，所述第一药箱(A)、第二药箱(B)、第三药箱(C)和第四药箱(D)底部均分布设置有重量传感器(9)，所述第一药箱(A)和第二药箱(B)位于无人机本体(1)的升力焦点(O)的前方，第三药箱(C)和第四药箱(D)位于无人机本体(1)的升力焦点(O)的后方。 

3.如权利要求2所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述第一药箱(A)和第二药箱(B)分别位于无人机本体(1)的左右两侧，第三药箱(C)和第四药箱(D)分别位于无人机本体(1)的左右两侧。 

4.如权利要求2或3所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述第一药箱(A)、第二药箱(B)、第三药箱(C)和第四药箱(D)之间满足以下公式： 

G₁L₁+G₂L₂＝G₃L₃+G₄L₄

上述公式中：L₁为第一药箱(A)到升力焦点(O)的距离；L₂为第二药箱(B)到升力焦点(O)的距离；L₃为第三药箱(C)到升力焦点(O)的距离； L₄为第四药箱(D)到升力焦点(O)的距离；G₁为第一药箱(A)的重量；G₂为第二药箱(B)的重量；G₃为第三药箱(C)的重量；G₄为第四药箱(D)的重量。 

5.如权利要求1所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述电动泵组包括第一电动泵(4)、第二电动泵(5)、第三电动泵(6)和第四电动泵(7)，第一电动泵(4)驱动第一药箱(A)，第二电动泵(5)驱动第二药箱(B)，第三电动泵(6)驱动第三药箱(B)，第四电动泵(7)驱动第四药箱(B)。 

6.如权利要求2所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述第一药箱(A)、第二药箱(B)、第三药箱(C)和第四药箱(D)经通道彼此连通。 

7.如权利要求1所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述药箱组中各药箱均设置有防晃动机构，所述防晃动机构包括漂浮板(11)和若干漂浮座(12)，所述的漂浮座(12)与漂浮板(11)连接固定。 

8.如权利要求7所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述药箱组中各药箱的内壁上开设有与漂浮座(12)的数量对应的凹槽(13)，所述漂浮座(12)嵌入固定在凹槽(13)内。 

9.如权利要求7所述的一种农用无人机机载农药自动平衡系统，其特征在于：所述药箱组中各药箱均设置有定位杆(14)，漂浮板(11)上开设有与定位杆(14)位置对应的定位孔(15)，定位杆(15)贯穿所述的定位孔(15)。