一种可组合式多功能喷杆结构

技术领域

本发明涉及一种农田边角区域工作时，可以控制旋翼使其偏航运动的多旋翼喷杆结构，属于农业机械自动化和飞控技术领域。

背景技术

在对农作物进行农药喷洒的过程中，传统的地面农机面临着机器笨重、需要特殊道路等困难，这使得近几年来植保无人机越来越受到种植户的欢迎。然而，植保无人机在作业过程中也遇到了一些困难，例如续航较短、不规则作业区域的药液浪费或者重复喷洒等。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明公开了一种方便、灵活且可以控制旋翼使其偏航运动的可组合式多功能喷杆结构。

本发明的技术方案包括：一种可组合式多功能喷杆结构，包括两个对称设置的基本单元及其中间的柔性连接部件；所述基本单元包括支撑杆7，及其支撑杆7上依次设置的辅助旋翼组件、调整旋翼组件、脚架12和主升旋翼组件；

所述辅助旋翼组件设置在喷杆结构两端，主升旋翼组件设置在中间的柔性连接部件的两侧，调整旋翼组件设置在辅助旋翼组件和脚架12之间；

辅助旋翼包括两个旋翼电机2及与之匹配的支架3、桨叶1，桨叶1同旋翼电机2相连，两个旋翼电机2通过支架3呈一定夹角连接在支撑杆7下方，在两个旋翼电机2之间有一个药液管道，一端连通支撑杆7，另一端连接竖直向下的喷头5，用于喷洒作业；两个旋翼电机2在给结构提供侧向力的同时，还提供向上的升力；

调整旋翼组件包括固定法兰10、第二旋翼电机9、第二桨叶8、药液管道11、第二喷头；第二桨叶8下端连接第二旋翼电机9，第二旋翼电机9下端连接固定法兰10，固定法兰10下端依次设置有和支撑杆7相连通的药液管道11、第二喷头，第二旋翼电机9、药液管道11通过固定法兰10固定在支撑杆7上；

主升旋翼组件包括第二固定法兰15、第三旋翼电机13、第三桨叶14、药液管道、第三喷头16；第三桨叶14下端连接第三旋翼电机13，第三旋翼电机13下端连接第二固定法兰15，第二固定法兰15下端依次设置有和支撑杆7相连通的药液管道、第三喷头16，第三旋翼电机13、药液管道通过第二固定法兰15固定在支撑杆7上。

进一步，所述支撑杆7由一个空心管与两个脚架连接而成，给整个喷杆结构提供了支撑和承重作用，支撑杆7的空心结构还作为药液和电线的通行管道。

进一步，所述支撑杆7为碳纤维管。

进一步，主力旋翼、调节旋翼的安装角度调整为轴向垂直设置。

进一步，柔性连接部件包括支撑杆接头17、软管20、软管接头19，撑杆接头17和软管20的两端软管接头19之间通过螺纹连接。

本发明具有以下技术效果：

本设计在兼顾无人机灵活、快速、成本低等特点下，还具备常规植保无人机不具备的特点：

1、多对喷头呈线状排布，单位时间内可以喷洒更大的面积，有效提升作业效率。

2、可通过控制多对旋翼使其处于不同的姿态，当它在农田边角区域工作时，可以控制旋翼使其偏航运动，同时变量控制其多个喷头，实现精准喷雾、减少药液的流失和浪费。

3、采用碳纤材质，结构简洁、自重小。在相同重量下，可以把更多升力用来配给更多的药液或者更大容量的电池。

4、本设计可作为一个基本单元，在需要时，可将多个基本单元通过快速接头连接，实现更大面积的作业。

5、主升旋翼与喷杆的连接部件可采用带阻尼的连接器，使得当多旋翼喷杆在工作时，即便偶尔受到阵风影响，姿态变化也可由带阻尼的连接器减弱，增加设备的稳定性。

附图说明

图1为可组合式多功能喷杆整体结构图；

图2为辅助旋翼细节图；

图3为柔性连接部件；

在图中，1-辅助旋翼；2-旋翼电机；3-支架；5-喷头；7-支撑杆；8-支撑杆；9-第二旋翼电机；10-固定法兰；11-药液管道；12-脚架；13-第三旋翼电机；14-第三桨叶；15-第二固定法兰；16-第三喷头；17-支撑杆接头；19-软管接头；20-软管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种可组合式多功能喷杆结构，包括两个对称设置的基本单元及其中间的柔性连接部件；所述基本单元包括支撑杆7，及其支撑杆7上依次设置的辅助旋翼组件、调整旋翼组件、脚架12和主升旋翼组件；所述辅助旋翼组件设置在喷杆结构两端，主升旋翼组件设置在中间的柔性连接部件的两侧，调整旋翼组件设置在辅助旋翼组件和脚架12之间。调整旋翼组件包括固定法兰10、第二旋翼电机9、第二桨叶8、药液管道11、第二喷头；第二桨叶8下端连接第二旋翼电机9，第二旋翼电机9下端连接固定法兰10，固定法兰10下端依次设置有和支撑杆7相连通的药液管道11、第二喷头，第二旋翼电机9、药液管道11通过固定法兰10固定在支撑杆7上；主升旋翼组件包括第二固定法兰15、第三旋翼电机13、第三桨叶14、药液管道、第三喷头16；第三桨叶14下端连接第三旋翼电机13，第三旋翼电机13下端连接第二固定法兰15，第二固定法兰15下端依次设置有和支撑杆7相连通的药液管道、第三喷头16，第三旋翼电机13、药液管道通过第二固定法兰15固定在支撑杆7上。上述主力旋翼、调节旋翼的安装角度调整为轴向垂直设置。

如图2所示，辅助旋翼包括两个旋翼电机2及与之匹配的支架3、桨叶1，桨叶1同旋翼电机2相连，两个旋翼电机2通过支架3呈一定夹角连接在支撑杆7下方，在两个旋翼电机2之间有一个药液管道，一端连通支撑杆7，另一端连接竖直向下的喷头5，用于喷洒作业；两个旋翼电机2在给结构提供侧向力的同时，还提供向上的升力。

作为本发明的一个具体实施例，上述支撑杆7由一个空心管与两个脚架连接而成，给整个喷杆结构提供了支撑和承重作用，支撑杆7的空心结构还作为药液和电线的通行管道。支撑杆7可以采用碳纤维管材料。

如图3所示，上述柔性连接部件包括支撑杆接头17、软管20、软管接头19，支撑杆接头17和软管接头19之间通过螺纹连接。

工作过程：

在对多功能喷杆进行拓展时，可根据实际需求将两个或多个基本单元通过柔性连接部件进行连接。当只对两个基本单元进行连接时(图1)，只需要在两个基本单元与柔性连接部件相连的另外一端配置辅助旋翼；在对多个基本单元进行连接时，需要考虑姿态调整的大小在柔性连接部件两侧增加辅助旋翼，以确保在飞行过程中可以及时调整姿态。

多功能喷杆上可安装当下四旋翼无人机上广泛使用的传感器，采用普通飞行控制器进行控制。其中可将各个基本单元作为总线上的设备，对各个基本单元的控制可以采用两种不同的方式：一、多个基本单元采用一个总的控制器，对各个基本单元进行集中控制；二、每个基本单元独立控制，通过有线或者无线通讯进行数据交换和姿态协调。

在飞行状态时，由调节旋翼和主升旋翼给多功能喷杆提供主要升力，由辅助旋翼对姿态进行调整，同时由于辅助旋翼工作时会提供向上的力，此时调节旋翼和主升旋翼需要针对升力变化进行前馈控制或者自适应控制。

本设计采用柔性部件对两个基本单元进行连接(图3)，其优势如下：

1、单根较长的碳纤维管制造成本高、难度大，采用柔性连接部件有利于降低成本。

2、采用柔性部件进行连接可使得基本单元便于运输、储存，也有利于零部件损坏后进行维修。

3、柔性连接有利于基本单元在飞行过程中有局部的姿态差异，可在凹凸地面进行较好的仿地作业。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。