RU2779780C1

RU2779780C1 - Unmanned aerial robotic complex for pesticide application

Info

Publication number: RU2779780C1
Application number: RU2022109160A
Authority: RU
Inventors: Леонид Анатольевич Марченко; Артем Юрьевич Спиридонов
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-09-13

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture and concerns unmanned aerial robotic systems for the application of pesticides, fertilizers and other agrochemicals. The complex contains a robotic transport and technological platform, an autonomous power supply system, a control and navigation system, a vision system, a system for placing and supplying working fluids, a system for placing and supplying fuel, a take-off and landing platform, an unmanned aerial vehicle (UAV) with an onboard automatic control system and technology payload module. At the same time, the runway platform is made horizontal, vertically movable, self-leveling. Filling devices are made with vertical rods and automatic release-retract mechanisms with automatic quick coupling. Wherein the autonomous power supply system is made in the form of a spherical solar battery.

EFFECT: increased efficiency and productivity of the technological process for applying pesticides, fertilizers and other agrochemicals to the UAV.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к беспилотным авиационным комплексам для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов беспилотными летательными аппаратами.The invention relates to agriculture, in particular, to unmanned aerial vehicles for the application of pesticides, fertilizers and other agrochemicals by unmanned aerial vehicles.

Известен беспилотный авиационный комплекс безаэродромного базирования, содержащий мобильную платформу со средствами для фиксации и расфиксации, например, колесную, на которой смонтирована энергетическая установка с разъемным механизмом передачи вращающего момента на движитель вертикальной тяги беспилотного летательного аппарата, средство для его фиксации и расфиксации, система управления и беспилотный летательный аппарат (БЛА), включающий корпус, шасси, двигатель, движитель горизонтальной тяги, соединенный кинематически с двигателем, руль направления полета, топливные баки, полезную нагрузку и механизмы управления, при этом БЛА выполнен по типу автожира, который транспортируется и осуществляет взлет с мобильной платформы, на которой дополнительно смонтированы системы диагностики систем автожира и запуска двигателя автожира, механизм передачи вращающего момента непосредственно на вал ротора автожира и с прыжковым взлетом (Патент RU № 134150, МПК B62C 27/ 00 2013).Known unmanned aircraft complex non-aerodrome-based, containing a mobile platform with means for fixing and unlocking, for example, wheeled, on which a power plant is mounted with a detachable mechanism for transmitting torque to the propulsion unit of the vertical thrust of an unmanned aerial vehicle, a means for fixing and unlocking it, a control system and an unmanned aerial vehicle (UAV), including a body, a chassis, an engine, a horizontal thrust propulsor connected kinematically to the engine, a flight rudder, fuel tanks, a payload and control mechanisms, while the UAV is made like a gyroplane, which is transported and takes off from mobile platform, on which systems for diagnosing gyroplane systems and starting the engine of the gyroplane, a mechanism for transmitting torque directly to the rotor shaft of the gyroplane and with jump takeoff are additionally mounted (Patent RU No. 134150, IPC B62C 27/00 2013).

Недостатком известного комплекса является то, что он не обеспечивает внесение пестицидов, удобрений и других агрохимикатов, что сужает его технологические возможности, а также наличие вспомогательных операций по установке БЛА на мобильную платформу и подготовку его к работе, заправка топливом посредством обслуживающего персонала, что снижает производительность технологических операций по мониторингу объектов.The disadvantage of the known complex is that it does not provide for the application of pesticides, fertilizers and other agrochemicals, which narrows its technological capabilities, as well as the presence of auxiliary operations for installing the UAV on a mobile platform and preparing it for work, refueling through maintenance personnel, which reduces productivity. technological operations for monitoring objects.

Известен робототехнический комплекс для автоматизированной авиационной химической обработки растений и способ его применения, содержащий, по крайней мере, хотя бы один дрон-опрыскиватель, выполненный в виде малогабаритного автоматического беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой, например, многовинтового летательного аппарата - мультикоптера, и, по крайней мере, хотя бы один сервисный наземный мобильный робот, при этом дрон-опрыскиватель дополнительно оснащен опрыскивающим оборудованием, сенсорами внутренней и внешней среды, вычислительными средствами, средствами навигации, ориентации и связи, энергоустановкой и средствами для хранения носителя энергии и химических материалов, устройством сопряжения с сервисным роботом, а сервисный робот, выполненный в виде подвижной транспортной платформы, оснащенный теми же средствами, дополнительно снабжен средствами для хранения и передачи носителей энергии, приготовления, хранения и передачи химических материалов, площадками для хранения и транспортировки, взлета и посадки дронов-опрыскивателей (Патент RU 2586142, МПК А01М 7/00, 2015).Known robotic complex for automated aviation chemical treatment of plants and method of its application, containing at least one drone-sprayer, made in the form of a small-sized automatic unmanned aerial vehicle with vertical takeoff and landing, for example, a multi-rotor aircraft - multicopter, and at least one service ground mobile robot, while the drone-sprayer is additionally equipped with spraying equipment, internal and external environment sensors, computing tools, navigation, orientation and communication tools, a power plant and means for storing energy carriers and chemical materials, interface device with the service robot, and the service robot, made in the form of a mobile transport platform, equipped with the same means, is additionally equipped with means for storing and transferring energy carriers, preparing, storing and transferring chemical materials, docks for storage and transportation, takeoff and landing of drone sprayers (Patent RU 2586142, IPC A01M 7/00, 2015).

Недостатком известного устройства является то, что в сервисном наземном роботе средства хранения, приготовления и передачи химических материалов не взаимосвязаны между собой и их системы управления работой не комплексированы с вычислительным средством наземного робота, что снижает эффективность его работы, и как следствие, эффективность выполнения технологического процесса обработки растений пестицидами с помощью БЛА, к тому же имеет место низкая производительность выполнения технологического процесса обработки растений пестицидами вследствие малой полезной нагрузки малогабаритного БЛА и его узкозахватного опрыскивающего оборудования.The disadvantage of the known device is that in the service ground robot, the means of storing, preparing and transferring chemical materials are not interconnected and their work control systems are not integrated with the computing tool of the ground robot, which reduces the efficiency of its work, and as a result, the efficiency of the technological process. treatment of plants with pesticides using UAVs, in addition, there is a low productivity of the technological process of processing plants with pesticides due to the low payload of a small-sized UAV and its narrow-spraying equipment.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и производительности внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов беспилотными летательными аппаратами.The technical objective of the invention is to improve the efficiency and productivity of applying pesticides, fertilizers and other agrochemicals by unmanned aerial vehicles.

Поставленная техническая задача достигается тем, что у беспилотного авиационного робототехнического комплекса для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов, содержащего роботизированную транспортно-технологическую платформу, включающую колесную ходовую часть, корпус в виде платформы, систему автономного электропитания, систему управления и навигации, систему технического зрения, систему размещения и подачи рабочих жидкостей, систему размещения и подачи топлива, взлетно-посадочную платформу, беспилотный летательный аппарат вертолетного типа с бортовой системой автоматического управления и технологическим модулем полезной нагрузки, согласно изобретению, взлетно-посадочная платформа выполнена горизонтальной, подвижной по вертикали, самовыравнивающейся и снабжена предпочтительно четырьмя телескопическими подъемными механизмами с электромеханическим приводом, подсоединенными к платформе по углам снизу, установленными сверху электронными датчиками уровня горизонтального положения платформы, лазерными инфракрасными маяками, размещенными по краям платформы по осям ее симметрии, автоматическими заправочными устройствами рабочей жидкостью и топливом, размещенными на продольной оси симметрии взлетно-посадочной платформы, при этом заправочные устройства снабжены вертикальными штангами с механизмами автоматического выпуска - уборки, соединенными с одной стороны с заправочными конусными топливными головками, а с другой стороны - с гибкими трубопроводами для подачи рабочих жидкостей и топлива, причем соединение конусных головок с конусами баков для рабочей жидкости и топлива автоматическое быстроразъемное, а панель солнечной батареи системы автономного электропитания выполнена в виде сферической поверхности, усеченной на одну четвертую часть и обращенную плоским элементом вниз.The set technical task is achieved by the fact that an unmanned aerial robotic complex for applying pesticides, fertilizers and other agrochemicals, containing a robotic transport and technological platform, including a wheeled undercarriage, a body in the form of a platform, an autonomous power supply system, a control and navigation system, a vision system , a system for placing and supplying working fluids, a system for placing and supplying fuel, a take-off and landing platform, an unmanned aerial vehicle of a helicopter type with an on-board automatic control system and a technological payload module, according to the invention , the take-off and landing platform is made horizontal, vertically movable, self-leveling and is preferably provided with four electromechanically driven telescopic hoists connected to the platform at the bottom corners, top-mounted electronic level sensors platform, laser infrared beacons located along the edges of the platform along its symmetry axes, automatic filling devices with working fluid and fuel placed on the longitudinal axis of symmetry of the runway platform, while the filling devices are equipped with vertical rods with automatic release - cleaning mechanisms connected to on one side with refueling cone fuel heads, and on the other side - with flexible pipelines for supplying working fluids and fuel, moreover, the connection of the cone heads with the cones of the tanks for the working fluid and fuel is automatic quick-release, and the solar panel of the autonomous power supply system is made in the form of a spherical surface , truncated by one fourth and facing down with a flat element.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан вид сбоку беспилотного авиационного комплекса для внесения пестицидов и удобрений; на фиг.2 - то же, вид сверху.Figure 1 shows a side view of an unmanned aerial system for the introduction of pesticides and fertilizers; figure 2 - the same, top view.

Беспилотный авиационный робототехнический комплекс для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов содержит роботизированную транспортно-технологическую платформу 1, включающую колесную ходовую часть 2 с направляющими передними 3 и ведущими задними 4 колесами с приводом от электромоторов 5, корпус 6, в виде несущей платформы, системы автономного электропитания, управления и навигации, технического зрения, размещения и подачи рабочих жидкостей, размещения и подачи топлива, взлетно-посадочную платформу 7, беспилотный летательный аппарат вертолетного типа 8 с бортовой системой автоматического управления и технологическим модулем 9 полезной нагрузки.The unmanned aerial robotic complex for applying pesticides, fertilizers and other agrochemicals contains a robotic transport and technological platform 1, including a wheeled undercarriage 2 with guiding front 3 and rear 4 wheels driven by electric motors 5, a body 6, in the form of a carrier platform, an autonomous system power supply, control and navigation, technical vision, placement and supply of working fluids, placement and supply of fuel, take-off and landing platform 7, helicopter-type unmanned aerial vehicle 8 with an on-board automatic control system and a payload technological module 9.

Система автономного электропитания содержит блок бортовых аккумуляторных батарей 10 и солнечную батарею 11 с панелью, выполненной в виде сферической поверхности 12 с множеством объединенных фотоэлементов, усеченную на одну четвертую часть и обращенную плоским элементом 13 вниз. Форма панели в виде поверхности шара имеет больший коэффициент преобразования солнечной энергии в период естественного освещения времени суток и большую выходную мощность.The autonomous power supply system contains a block of on-board batteries 10 and a solar battery 11 with a panel made in the form of a spherical surface 12 with a plurality of combined photocells, truncated by one fourth and facing down with a flat element 13. The shape of the panel in the form of a ball surface has a higher solar energy conversion coefficient during the natural light period of the day and a large output power.

Система управления и навигации содержит бортовой компьютер 14, блок управления электроприводами шасси 15, модуль интегрированной навигационной системы, включающий блок 16 инерциальной навигационной системы в виде инерциальных датчиков (гироскопов и акселерометров), размещенный ближе к центру масс роботизированной платформы 1 и объединенный с блоком спутниковой навигационной системы в виде приемника ГЛОНАС/ GPS 17 c антенной 18, установленной сверху панели солнечной батареи 11 на телескопической подъемной мачте 19 по вертикальной оси n-n с электромеханическим приводом 20. Установка антенны 18 на телескопической подъемной мачте 19 сверху панели солнечной батареи 11 по вертикальной оси n-n обеспечивает максимальный обзор верхней полусферы небосвода.The control and navigation system contains an on-board computer 14, a chassis electric drive control unit 15, an integrated navigation system module, including an inertial navigation system unit 16 in the form of inertial sensors (gyroscopes and accelerometers), located closer to the center of mass of the robotic platform 1 and combined with a satellite navigation unit. system in the form of a GLONAS/GPS receiver 17 with an antenna 18 mounted on top of the solar battery panel 11 on a telescopic lifting mast 19 along the vertical axis n-n with an electromechanical drive 20. Installing the antenna 18 on the telescopic lifting mast 19 on top of the solar battery panel 11 along the vertical axis n-n provides maximum view of the upper hemisphere of the sky.

Система технического зрения для пространственной ориентации роботизированной транспортно-технологической платформы 1 включает трехмерный сканирующий лазерный оптический дальномер 21 в виде лазерного передатчика и электрооптического приемника, комплексированный с модулем интегрированной навигационной системы и подсоединенный посредством интерфейса к бортовому компьютеру 14.The vision system for the spatial orientation of the robotic transport and technological platform 1 includes a three-dimensional scanning laser optical rangefinder 21 in the form of a laser transmitter and an electro-optical receiver, integrated with an integrated navigation system module and connected via an interface to the on-board computer 14.

Система размещения и подачи рабочих жидкостей содержит блок 22 автоматического управления приготовлением, дозированием и подачей рабочей жидкости к технологическому модулю полезной нагрузки БЛА, бак 23 для технической воды, миксер 24 для приготовления рабочей жидкости пестицидов, рабочих растворов жидких минеральных удобрений и других агрохимикатов, кассетные емкости 25 для пестицидов, жидких минеральных удобрений и агрохимикатов, бак 26 для рабочих жидкостей, насос 27 с электроприводом, блок 28 запорных, регулирующих, дозирующих цифровых электрогидравлических клапанов, гидролинию 29.The system for placing and supplying working fluids contains a block 22 for automatic control of the preparation, dosing and supply of the working fluid to the technological module of the UAV payload, a tank 23 for technical water, a mixer 24 for preparing the working fluid of pesticides, working solutions of liquid mineral fertilizers and other agrochemicals, cassette containers 25 for pesticides, liquid mineral fertilizers and agrochemicals, a tank 26 for working fluids, a pump 27 with an electric drive, a block of 28 shut-off, control, dosing digital electro-hydraulic valves, a hydraulic line 29.

Система размещения и подачи топлива содержит топливозаправочный модуль с блоком 30 дистанционного управления подачей топлива, топливным баком 31, насосом 32 с электроприводом и топливопроводом 33.The system for placing and supplying fuel contains a fueling module with a remote control unit 30 for fuel supply, a fuel tank 31, a pump 32 with an electric drive and a fuel line 33.

Взлетно-посадочная платформа 7 размещена на транспортно-технологической платформе 1 и выполнена в виде горизонтальной плоскости, подвижной по вертикали, автоматически самовыравнивающейся. Она снабжена, предпочтительно, четырьмя телескопическими подъемными механизмами 34 с электромеханическим приводом 35, подсоединенными к ней по углам снизу, электронными датчиками уровня 36 горизонтального положения взлетно-посадочной платформы 7, установленными сверху лазерными инфракрасными маяками 37, размещенными по краям платформы 7 по осям ее симметрии a-a и b-b и соединенными линиями связи с бортовым компьютером 14 роботизированной платформы 7, автоматическими заправочными устройствами 38 и 39, размещенными на продольной оси симметрии b-b платформы 7. Такая конструкция взлетно-посадочной платформы 7 обеспечивает ее горизонтальное позиционирование, независимо от положения транспортно-технологической платформы 1.The runway platform 7 is placed on the transport and technological platform 1 and is made in the form of a horizontal plane, movable vertically, automatically self-levelling. It is preferably equipped with four telescopic lifting mechanisms 34 with an electromechanical drive 35 connected to it at the corners from below, electronic level sensors 36 of the horizontal position of the runway platform 7, mounted on top with infrared laser beacons 37, placed along the edges of the platform 7 along its symmetry axes a-a and b-b and connected by communication lines with the on-board computer 14 of the robotic platform 7, automatic filling devices 38 and 39, located on the longitudinal axis of symmetry b-b of the platform 7. This design of the runway platform 7 ensures its horizontal positioning, regardless of the position of the transport and technological platform one.

Система заправки БЛА 8 рабочей жидкостью пестицидов и топливом содержит автоматические заправочные устройства 38 и 39, включающие вертикальные штанги 40 и 41 с механизмами автоматического выпуска - уборки 42 и 43 и соединенными с одной стороны с заправочными конусными головками 44 и 45, а с другой стороны с гидролинией подачи рабочей жидкости 29 и топливопроводом 33, соответственно. Соединение конусных топливных головок 44 и 45 с конусами 46 и 47 баков 48 и 49 с датчиками уровня для рабочей жидкости и топлива БЛА 8 автоматическое быстроразъемное.The filling system of the UAV 8 with the working liquid of pesticides and fuel contains automatic filling devices 38 and 39, including vertical bars 40 and 41 with mechanisms for automatic release - harvesting 42 and 43 and connected on one side with filling cone heads 44 and 45, and on the other side with hydraulic fluid supply line 29 and fuel line 33, respectively. The connection of conical fuel heads 44 and 45 with cones 46 and 47 of tanks 48 and 49 with level sensors for the working fluid and fuel of UAV 8 is automatic quick disconnect.

Беспилотный летательный аппарат 8 выполнен по соосной схеме и содержит два несущих винта 50, смонтированных на валах главного редуктора, силовую установку с двигателем 51, фюзеляж 52, хвостовую балку 53, оперение 54 и шасси 55.The unmanned aerial vehicle 8 is made according to a coaxial scheme and contains two rotors 50 mounted on the shafts of the main gearbox, a power plant with an engine 51, a fuselage 52, a tail boom 53, an empennage 54 and a chassis 55.

Бортовая система автоматического управления БЛА 8 содержит бортовой компьютер с модулями программного обеспечения управления бортовыми системами и программного обеспечения управления работой полезной нагрузки, интегрированную навигационную систему, блоки управления бортовым оборудованием, исполнительными механизмами, работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, модули датчиков состояния органов управления, датчиков внешней среды, измерения высоты полета.The onboard automatic control system of the UAV 8 contains an onboard computer with software modules for managing onboard systems and software for managing the payload operation, an integrated navigation system, control units for onboard equipment, actuators, the operation of the payload technological module 9, modules for sensors of the state of controls, sensors external environment, measurement of flight altitude.

Технологический модуль 9 полезной нагрузки БЛА 8 содержит бортовую видеокамеру 56 на гиростабилизированной платформе, опрыскивающую штангу 57 с распылителями 58, бак для рабочей жидкости 48 с заправочным конусом 46 и датчиком уровня рабочей жидкости, блок регулирования и подачи рабочей жидкости из бака 48 к распылителям 58 штанги 57.Technological module 9 of the payload of the UAV 8 contains an onboard video camera 56 on a gyro-stabilized platform, a spraying boom 57 with nozzles 58, a working fluid tank 48 with a filling cone 46 and a working fluid level sensor, a unit for regulating and supplying the working fluid from the tank 48 to the nozzles 58 of the boom 57.

Беспилотный авиационный робототехнический комплекс для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов работает следующим образом.Unmanned aircraft robotic complex for the application of pesticides, fertilizers and other agrochemicals operates as follows.

Перед началом работы в бортовой компьютер 14 вводят электронную карту - задание на проведение технологического процесса, в которой указывают маршруты движения робототехнического комплекса к сельскохозяйственному полю, от одного поля к другому, координаты реперных точек установки роботизированной платформы на краю каждого сельскохозяйственного поля, подлежащего обработке пестицидами, удобрениями и другими агрохимикатами.Before starting work, an electronic map is entered into the on-board computer 14 - a task for carrying out the technological process, which indicates the routes of movement of the robotic complex to the agricultural field, from one field to another, the coordinates of the fixed points of the installation of the robotic platform at the edge of each agricultural field to be treated with pesticides, fertilizers and other agrochemicals.

В центральный процессор бортового компьютера БЛА 8 загружают полетное задание, отображающее в электронном виде координаты центра взлетно-посадочной платформы 7 робототехнического комплекса, координаты начала обработки сельскохозяйственного поля, траекторию полета, координаты точек разворота для захода на другой гон, координаты начала и конца обработки каждого элементарного участка сельскохозяйственного поля, рабочую высоту полета, норму внесения рабочей жидкости пестицидов, растворов жидких минеральных удобрений и других агрохимикатов.A flight task is loaded into the central processor of the UAV 8 onboard computer, which displays in electronic form the coordinates of the center of the runway platform 7 of the robotic complex, the coordinates of the start of processing the agricultural field, the flight path, the coordinates of the turning points for entering another rut, the coordinates of the beginning and end of processing each elementary plot of an agricultural field, working flight altitude, the application rate of the working fluid of pesticides, solutions of liquid mineral fertilizers and other agrochemicals.

В соответствии с электронной картой - заданием на внесение пестицидов компьютер 14 роботизированной транспортно-технологической платформы 1 рассчитывает общую площадь элементарных участков агроценозов, требующих обработки гербицидами, инсектицидами, фунгицидами и, например, некорневой подкормки азотными удобрениями, с учетом норм внесения пестицидов и доз азотных удобрений, определяет необходимое количество вносимых пестицидов, удобрений или других агрохимикатов. В бортовой компьютер 14 вводят программу и режимы приготовления рабочих растворов пестицидов, агрохимикатов или раствора азотного удобрения с заданной концентрацией действующего вещества каждого вида пестицида, агрохимиката или азотного удобрения.In accordance with the electronic map - task for the application of pesticides, the computer 14 of the robotic transport and technological platform 1 calculates the total area of elementary plots of agrocenoses that require treatment with herbicides, insecticides, fungicides and, for example, foliar fertilization with nitrogen fertilizers, taking into account the application rates of pesticides and doses of nitrogen fertilizers , determines the required amount of pesticides, fertilizers or other agrochemicals to be applied. The program and modes of preparation of working solutions of pesticides, agrochemicals or nitrogen fertilizer solution with a given concentration of the active substance of each type of pesticide, agrochemical or nitrogen fertilizer are entered into the on-board computer 14.

В бак 23 заливают техническую воду, в соответствии с картой-заданием на обработку сельскохозяйственных полей, кассетные емкости 25 заполняют необходимым количеством гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, жидких минеральных удобрений или других агрохимикатов. В топливные баки 31 и 49 заливают топливо.Technical water is poured into the tank 23, in accordance with the task card for processing agricultural fields, the cassette containers 25 are filled with the required amount of herbicides, insecticides, fungicides, liquid mineral fertilizers or other agrochemicals. Fuel tanks 31 and 49 are filled with fuel.

По сигналам от компьютера 14 включается система автономного электропитания и от солнечной батареи 11 и происходит подзарядка блока аккумуляторных батарей 10. От аккумуляторных батарей 10 электропитание подается к системам управления и навигации, технического зрения, блоку 22 автоматического управления приготовлением, дозированием и подачей рабочей жидкости, блоку 30 дистанционного управления подачей топлива, электромеханическим приводам 20, 35, 42, 43, датчикам 36 и лазерным инфракрасным маякам 37 взлетно-посадочной площадки 7. Включается механизм привода 20, телескопическая подъемная мачта 19 выдвигается и антенна ГЛОНАС/GPS 18 устанавливается на заданную высоту.By signals from the computer 14, the autonomous power supply system is switched on and from the solar battery 11 and the battery pack 10 is recharged. 30 remote control of fuel supply, electromechanical drives 20, 35, 42, 43, sensors 36 and laser infrared beacons 37 of the runway 7. The drive mechanism 20 is turned on, the telescopic lifting mast 19 is extended and the GLONAS/GPS antenna 18 is set to a predetermined height.

В соответствии с электронной картой - заданием, введенной в бортовой компьютер 14 и по сигналу от компьютера 14 через блок управления электроприводами шасси 15 включаются электроприводные электромоторы 5. Роботизированная платформа 1 начинает движение по запрограммированному маршруту к сельскохозяйственному полю.In accordance with the electronic map - the task entered into the on-board computer 14 and at the signal from the computer 14 through the chassis 15 electric drive control unit, the electric drive motors 5 are switched on. The robotic platform 1 starts moving along the programmed route to the agricultural field.

Интегрированная навигационная система посредством приемника GPS/ГЛОНАСС 17 принимает сигналы от глобальной спутниковой навигационной системы, вычисляет координаты местоположения платформы 1 в каждый момент времени и с помощью блока инерциальной навигационной системы 16 регистрирует, обрабатывает текущие значения линейных и угловых ускорений, передает комплексную информацию в компьютер 14 о позиционировании и динамике движения транспортно-технологической платформе 1. The integrated navigation system, by means of the GPS/GLONASS receiver 17, receives signals from the global satellite navigation system, calculates the location coordinates of the platform 1 at each moment of time and, using the inertial navigation system unit 16, registers and processes the current values of linear and angular accelerations, transmits complex information to the computer 14 on the positioning and dynamics of the movement of the transport and technological platform 1.

Функцию управления автономным движением платформы 1 по заданному маршруту выполняет бортовой компьютер 14. Лазерный оптический дальномер 21 осуществляет наблюдение за пространством по пути движения платформы 1, определяет незапрограммированные препятствия и передает информацию в компьютер 14 для изменения траектории движения или остановки платформы 1. По данным координат, получаемых от приемника GPS/ГЛОНАСС 17, транспортно-технологическая платформа 1 устанавливается на исходную точку, отображающую координаты взлета и посадки БЛА 8. По сигналу от компьютера 14 включаются электромеханические приводы 35 подъемных механизмов 34, посредством которых происходит подъем платформы 7 взлетно-посадочной площадки на заданную высоту. Датчики 36 передают информацию в компьютер о горизонтальном позиционировании платформы 7. В случае отклонения платформы 7 от горизонтального положения по сигналу от компьютера 14 посредством подъемных механизмов 34 производится выравнивание ее. Компьютер 14 дает сигнал на механизмы автоматического выпуска - уборки 42 и 43 штанг 40 и 41, которые поднимаются и заправочными конусными топливными головками 44, 45 входят в сопряжение с заправочными конусами 46, 47 баков 48, 49, соответственно. Включаются насосы 27 и 32. В соответствии с картой - заданием на обработку сельскохозяйственного поля из одной из кассетных емкостей 25 пестицид (гербицид, инсектицид или фунгицид) или жидкое минеральное удобрение (азотное) или другой агрохимикат насосом 27 закачивается в миксер 24 через блок 28 в заданном количестве. Насос 27 переключается на подачу технической воды из бака 23 в миксер 24, заполняя его до нужного объема, одновременно перемешивая рабочую жидкость. Далее насос 27 посредством блока 28 переключается на подачу рабочей жидкости в бак 26. Из бака 26 рабочая жидкость подается по гидролинии 29 к заправочной конусной топливной головке 45, заполняя при этом бак 49 рабочей жидкостью.The function of controlling the autonomous movement of the platform 1 along a given route is performed by the on-board computer 14. The laser optical rangefinder 21 monitors the space along the path of the platform 1, determines unprogrammed obstacles and transmits information to the computer 14 to change the trajectory of the movement or stop the platform 1. According to the coordinates, received from the GPS/GLONASS receiver 17, the transport and technological platform 1 is set to the starting point, displaying the takeoff and landing coordinates of the UAV 8. On a signal from the computer 14, the electromechanical drives 35 of the lifting mechanisms 34 are switched on, through which the platform 7 of the runway is raised to the specified height. The sensors 36 transmit information to the computer about the horizontal positioning of the platform 7. If the platform 7 deviates from the horizontal position on a signal from the computer 14, it is leveled by means of the lifting mechanisms 34. The computer 14 gives a signal to the mechanisms of automatic release - cleaning 42 and 43 of the rods 40 and 41, which rise and the filling cone fuel heads 44, 45 are mated with the filling cones 46, 47 of the tanks 48, 49, respectively. Pumps 27 and 32 are turned on. In accordance with the map - the task for processing the agricultural field from one of the cassette containers 25, the pesticide (herbicide, insecticide or fungicide) or liquid mineral fertilizer (nitrogen) or other agrochemical pump 27 is pumped into the mixer 24 through the block 28 in given quantity. The pump 27 switches to the supply of process water from the tank 23 to the mixer 24, filling it to the desired volume, while mixing the working fluid. Next, the pump 27 through the block 28 switches to supply the working fluid to the tank 26. From the tank 26, the working fluid is supplied through the hydraulic line 29 to the filling cone fuel head 45, while filling the tank 49 with the working fluid.

Одновременно насосом 32 с электроприводом подается топливо из топливного бака 31 по топливопроводу 33 к конусной топливной головке 44 и заполняет топливный бак 48 БЛА 8. После заправки баков 48, 49 от датчиков уровня топлива в баках 48 и 49 подается сигнал на компьютер 14, который дает сигнал на механизмы автоматического выпуска - уборки 42 и 43, штанги 40 и 41 опускаются, и заправочные конусные топливные головки 44, 45 выходят из сопряжения с заправочными конусами 46, 47 баков 48, 49 соответственно.At the same time, the pump 32 with an electric drive supplies fuel from the fuel tank 31 through the fuel line 33 to the conical fuel head 44 and fills the fuel tank 48 of the UAV 8. After filling the tanks 48, 49 from the fuel level sensors in the tanks 48 and 49, a signal is sent to the computer 14, which gives a signal to the mechanisms of automatic release - cleaning 42 and 43, the rods 40 and 41 are lowered, and the filling cone fuel heads 44, 45 are disengaged from the filling cones 46, 47 of the tanks 48, 49, respectively.

По сигналу от бортового компьютера системы автоматического управления полетом БЛА 8 запускается двигатель 51 силовой установки, производится раскрутка несущих винтов 50, двигатель 51 переводится во взлетный режим, бортовой компьютер передает управляющие сигналы в блоки системы управления бортовым оборудованием и автоматического управления исполнительными механизмами. Производится вертикальный взлет БЛА 8 и его подлет к точке стартовых координат начала обработки. Координаты, определяемые интегрированной навигационной системой, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета. Модуль датчиков внешней среды передает информацию в бортовой компьютер о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха). Модуль измерения высоты полета компьютера передает текущее значение высоты полета БЛА 8. При достижении штангой 57 БЛА 8 координат начала обработки сельскохозяйственного поля пестицидами или внесения раствора жидкого азотного удобрения при внекорневой подкормке сельскохозяйственных культур или внесении других агрохимикатов бортовой компьютер БЛА 8 передает управляющие сигналы на включение в работу технологического модуля 9 полезной нагрузки. Распылители 58 штаги 57 автоматически открываются на заданную норму внесения, рабочая жидкость диспергируется на обрабатываемые растения сельскохозяйственного поля.Upon a signal from the on-board computer of the automatic flight control system of the UAV 8, the engine 51 of the power plant is started, the rotors 50 are spinning up, the engine 51 is put into take-off mode, the on-board computer transmits control signals to the blocks of the on-board equipment control system and automatic control of actuators. Produced vertical takeoff UAV 8 and its approach to the point of starting coordinates of the beginning of processing. The coordinates determined by the integrated navigation system are compared with the given coordinates entered into the trajectory flight program. The environmental sensor module transmits information to the on-board computer about the parameters of the external environment (wind speed and direction, atmospheric pressure, air temperature and humidity). The module for measuring the flight altitude of the computer transmits the current value of the flight altitude of the UAV 8. When the bar 57 of the UAV 8 reaches the coordinates of the beginning of the processing of the agricultural field with pesticides or the application of a solution of liquid nitrogen fertilizer during foliar feeding of crops or the introduction of other agrochemicals, the onboard computer of the UAV 8 transmits control signals to turn on the operation of the technological module 9 of the payload. Sprayers 58 stays 57 automatically open at a given application rate, the working fluid is dispersed on the cultivated plants of the agricultural field.

При израсходовании запаса рабочей жидкости датчик уровня жидкости в баке 48 передает сигнал в бортовой компьютер, который посредством инерциальной навигационной системы фиксирует координаты прекращения внесения рабочей жидкости и передает сигнал в бортовую систему автоматического управления БЛА 8 для изменения траектории полета и направляет БЛА 8 к транспортно-технологической платформе 1 для заправки бака 49 рабочей жидкостью и при необходимости пополнения бака 48 топливом. При заходе БЛА 8 на автоматическую посадку на взлетно-посадочную платформу 7 бортовой компьютер при помощи алгоритмов технического зрения обрабатывает последовательность информационных параметров, получаемых с видеокамеры 56, содержащих данные оптических инфракрасных маяков 37 платформы 7. Бортовой компьютер обрабатывает полученные данные и в результате получает данные об углах крена, тангажа и высоте БЛА 8 и отправляет управляющие сигналы в бортовую систему автоматического управления для обеспечения заданной точности посадки БЛА 8 на платформу 7. После посадки БЛА 8 на взлетно-посадочную платформу 7 происходит заправка баков 49 и 48 рабочей жидкостью и топливом, после чего БЛА 8 взлетает и направляется к координатам, отображающим прерывание процесса внесения рабочей жидкости и с которых БЛА 8 продолжает обработку полей пестицидами или внесение жидких минеральных удобрений и других агрохимикатов.When the supply of working fluid is used up, the liquid level sensor in the tank 48 transmits a signal to the on-board computer, which, by means of an inertial navigation system, fixes the coordinates of the termination of the working fluid application and transmits a signal to the on-board automatic control system of the UAV 8 to change the flight path and directs the UAV 8 to the transport and technological platform 1 for filling the tank 49 with working fluid and, if necessary, replenishing the tank 48 with fuel. When the UAV 8 enters the automatic landing on the take-off and landing platform 7, the on-board computer processes the sequence of information parameters received from the video camera 56 containing data from the optical infrared beacons 37 of the platform 7 using technical vision algorithms. The on-board computer processes the received data and, as a result, receives data about angles of roll, pitch and height of UAV 8 and sends control signals to the onboard automatic control system to ensure the specified accuracy of UAV 8 landing on platform 7. After landing UAV 8 on runway platform 7, tanks 49 and 48 are filled with working fluid and fuel, after after which the UAV 8 takes off and goes to the coordinates showing the interruption of the process of applying the working fluid and from which the UAV 8 continues to treat the fields with pesticides or apply liquid mineral fertilizers and other agrochemicals.

Применение беспилотного авиационного робототехнического комплекса для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов обеспечит повышение эффективности и увеличение производительности выполнения технологического процесса, ликвидирует потери пестицидов, уменьшает риски загрязнения окружающей среды до предельно допустимых концентраций.The use of an unmanned aerial robotic complex for the application of pesticides, fertilizers and other agrochemicals will increase the efficiency and increase the productivity of the technological process, eliminate the loss of pesticides, and reduce the risks of environmental pollution to maximum permissible concentrations.

Claims

Unmanned aerial robotic complex for applying pesticides, fertilizers and other agrochemicals, containing a robotic transport and technological platform, including a wheeled undercarriage, a body in the form of a platform, an autonomous power supply system, a control and navigation system, a vision system, a system for placing and supplying working fluids, a fuel placement and supply system, a takeoff and landing platform, an unmanned aerial vehicle with an onboard automatic control system and a technological payload module, characterized in that the takeoff and landing platform is horizontal, vertically movable, self-leveling and equipped with four telescopic lifting mechanisms with an electromechanical drive , connected to the bottom of the platform and mounted on top of the electronic sensors of the level of the horizontal position of the platform and laser infrared beacons, placed along the edges of the platform along the axes of its symmetry rii, automatic filling devices with working fluid and fuel, located on the longitudinal axis of symmetry of the take-off and landing platform, filling devices are made with vertical rods and automatic release-retraction mechanisms connected on one side to the filling cone fuel heads, and on the other - with flexible pipelines for the supply of working fluids and fuel, the connection of the cone heads with the cones of the tanks for the working fluid and fuel is automatic quick disconnect, the autonomous power supply system is made in the form of a spherical solar battery, truncated by one fourth and facing down with a flat element.