一种农林无人机用播撒系统及播撒方法

技术领域

本发明涉及一种农资播撒系统及方法，特别是一种农林无人机用播撒系统及播撒方法及播撒方法。

背景技术

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的农资播撒系统，从而达到解决当前农业生产中存在的不足，提高农业生产效率和经济价值的目的。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种农林无人机用播撒系统及方法，以达到提高农业生产效率和经济价值的目的。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种农林无人机用播撒系统，包括承载底座、电磁定位销、定位电磁铁、储料舱、喷淋泵、喷淋口、伸缩机械臂、导流管、测距装置、监控摄像头及驱动电路，承载底座为横断面呈矩形的框架结构，电磁定位销至少四个，环绕承载底座均布，并与承载底座上端面外侧面连接，且电磁定位销下端面通过转台机构与承载底座铰接，上端面超出承载底座上端面0—50厘米，且电磁定位销轴线与承载底座上端面呈0°—90°夹角，定位电磁铁嵌于承载底座上端面并环绕承载底座轴线均布，储料舱至少一个，嵌于承载底座内并与承载底座内表面滑动连接，储料舱轴线与水平面垂直分布，伸缩机械臂至少两条，对称分布承载底座两侧，并与承载底座侧表面间通过转台机构铰接，伸缩机械臂轴线与承载底座呈0°—180°夹角，喷淋口若干，沿伸缩机械臂轴线方向均布，并通过转台机构与伸缩机械臂下端面铰接，各喷淋口间相互并联，并分别通过导流管与喷淋泵连通，喷淋泵嵌于承载底座内，与承载底座底部连接，并通过导流管与储料舱连通，且每个储料舱均与至少一个喷淋泵连通并构成一个工作组，导流管嵌于伸缩机械臂内，并与伸缩机械臂滑动连接，测距装置、监控摄像头均若干，且一个测距装置和监控摄像头构成一个监控器，且同一监控器中测距装置、监控摄像头轴线平行分布，监控器分别与承载底座下端面及伸缩机械臂前端面通过转台机构铰接，且各监控器轴线与水平面呈0°—180°夹角，驱动电路嵌于承载底座内，并分别与电磁定位销、定位电磁铁、储料舱、喷淋泵、伸缩机械臂、测距装置、监控摄像头电气连接。

进一步的，所述的承载底座下端面设信号指示灯、承载柱、定位板，内部设辅助电源，其中所述指示灯至少三个，环绕承载底座轴线均布，且信号指示灯光轴与承载底座下端面垂直分布，所述承载柱对称分布在承载底座轴线两侧，其上端面通过转台机构与承载底座下端面铰接并与水平面呈0°—135°夹角，所述承载柱下端面通过转台机构与定位板上端面通过转台机构铰接，且所述定位板下端面与水平面平行分布，所述辅助电源、信号指示灯及转台机构均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的承载柱为电动伸缩杆，所述定位板横断面呈“凵”字形及倒置等腰梯形槽状结构，且定位板下端面面积为承载柱下端面面积的至少3倍。

进一步的，所述的储料舱与承载底座内表面通过滑槽滑动连接，包括承载腔、控制阀、连接管头、液位传感器、温度传感器、电加热丝及防护套，所述承载腔为密闭腔体结构，其上端面设加料口，下端面设排料口，其中排料口通过控制阀与导流管连通，加料口通过控制阀与连接管头连通，所述连接管头嵌于承载底座上端面，并与承载底座上端面垂直分布，所述防护套高度为承载腔高度的20%—80%，包覆在承载腔外并与承载腔同轴分布，且承载腔外表面与防护套间构成宽度为5—20毫米的调温腔，所述电加热丝嵌于调温腔内，并环绕承载腔轴线呈螺旋状结构分布，所述液位传感器、温度传感器均嵌于承载腔内，并环绕承载腔轴线均布在承载腔顶部，所述控制阀、液位传感器、温度传感器、电加热丝均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的伸缩机械臂包括承载臂、驱动导轨、定位扣、位移传感器、电加热丝、温度传感器及接线端子，其中所述承载臂为横断面呈“冂”字形槽状框架结构，且其中一条承载臂后端面通过转台机构与承载底座铰接，相邻两条承载臂间，远离承载底座一侧的承载臂嵌于靠近承载底座一侧的承载臂内，且两承载臂间通过至少两条驱动导轨滑动连接，且滑动连接的两承载臂间设不小于5毫米的隔离间隙，所述喷淋口若干，分别通过转台机构与各承载臂下端面铰接，且喷淋口轴线与水平面呈0°—180°夹角，所述喷淋口间相互并联，且与同一承载臂连接的各喷淋口间通过同一条导流管与喷淋泵连通，所述导流管嵌于承载臂侧壁内，并通过定位扣与承载臂连接，所述电加热丝数量与导流管数量一致，每条导流管外表面均与一条电加热丝连接，所述温度传感器数量与承载臂数量一致，每个承载臂上端面均设一个温度传感器，位移传感器数量与承载臂数量一致，且每条承载臂与驱动导轨连接面间设一个位移传感器，所述驱动导轨、位移传感器、电加热丝、温度传感器均与接线端子电气连接，所述接线端子嵌于承载臂与承载底座连接的作业面，并通过导线与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的喷淋泵数量与伸缩机械臂数量一致，且每条承载臂上的各喷淋口均与同一喷淋泵通过导流管连通，且各喷淋泵间通过多通阀相互连接，并与储料舱连通，且所述多通阀与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的转台机构为基于步进电动机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且所述转台机构上均设一个角度传感器，所述角度传感器与驱动电路电气连接。

进一步的，所述驱动控制电路为基于FPGA、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，所述驱动电路另设充放电控制电路、多路稳压电源。

一种农林无人机用播撒系统的播撒方法，包括以下步骤；

S1，设备组装，首先根据待喷淋作业的农资物品类型及喷淋作业量，选择承载底座中储料舱的数量和容积，然后对构成本发明的承载底座、电磁定位销、定位电磁铁、储料舱、喷淋泵、喷淋口、伸缩机械臂、导流管、测距装置、监控摄像头及驱动电路进行组装，完成本发明组装后，将本发明一方面通过定位电磁铁与无人机设备机腹连接定位；另一方面通过电磁定位销与无极人机连接，同时将本发明的驱动电路与无人机的飞控电路电气连接，从而完成本发明装配作业；

S2，设备预制，完成S1步骤后，将待播撒的农资通过连接管头添加到储料舱中，在完成农资添加后，由无人机驱动本发明随无人机同步运行；本发明在随无人机飞行到播撒作业位置上空后，一方面通过测距装置、监控摄像头测量本发明与地表间的间距，并根据喷洒作业的需要调整无人机与地平面间的间距；另一方面根据喷洒作业的需要，调整伸缩机械臂的长度、伸缩机械臂与水平面间的夹角及距离，从而满足播撒作业的需要；

S3，播撒作业，完成S2步骤设定后，由各喷淋泵对储料舱内的农资进行增压，并将增压后的农资通过各喷淋口直接进行喷淋播撒作业，从而完成对农作物进行播撒作业的需要；

S4，农资补给，在进行农资播撒作业时，当储料舱内农资完成播撒后，本发明随无人机降落至农资补给位置，进行农资补给并在完成补给后再次进行播撒作业。

进一步的，所述的S3步骤中，在播撒作业时，一方面通过储料舱和伸缩机械臂的电加热丝对农资进行加热，防止低温结冰造成的设备故障；另一方面在播撒作业时，喷淋泵运行时的动力有本发明的辅助电源提供播撒作业动力。

进一步的，所述的S4步骤中，在进行农资补给作业时以以下两种方式中任意一种进行补给：

第一种，在无人机降落后直接将外部待播撒农资通过储料舱的连接管头加注到储料舱中，同时对本发明的辅助电源进行充电和对无人机进行燃料补给，从而完成农资补给作业；

第二种，在无人机进行农资播撒作业的同时，同步对在地面上为处于待机状态的若干本发明的储料舱加注农资和充电备用，同时另设若干备用无人机待机，当无人机完成当前储料舱中农资播撒后，通过电磁定位销、定位电磁铁快速将完成播撒的本发明播撒系统拆除，然后根据作业需要，同时对无人机和本发明间进行再次组装，从而完成农资补给作业；

本发明一方面集成化、模块化程度高，运行自动化程度、智能化程度高，可有效的满足与多种不同类型流体农资物料播撒作业的需要，并可有效满足与多种结构类型无人机配套运行的需要，极大的提高本发明使用的灵活性和通用性；另一方面本发明在播撒作业中，可有效的提高农资播撒作业的工作效率和精度，提高农资利用率并降低农资损耗量，降低播撒作业农资成本，同时另可有效提高农资播撒过程中农资补给更换作业的工作效率，并降低劳动强度和成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明结构示意图；

图2为储料舱结构示意图；

图3为伸缩机械臂结构意图；

图4为本发明方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-3所示，一种农林无人机用播撒系统，包括承载底座1、电磁定位销2、定位电磁铁3、储料舱4、喷淋泵12、喷淋口5、伸缩机械臂6、导流管7、测距装置8、监控摄像头9及驱动电路10，承载底座1为横断面呈矩形的框架结构，电磁定位销2至少四个，环绕承载底座1均布，并与承载底座1上端面外侧面连接，且电磁定位销2下端面通过转台机构11与承载底座1铰接，上端面超出承载底座1上端面0—50厘米，且电磁定位销2轴线与承载底座1上端面呈0°—90°夹角，定位电磁铁3嵌于承载底座1上端面并环绕承载底座1轴线均布，储料舱4至少一个，嵌于承载底座1内并与承载底座1内表面滑动连接，储料舱4轴线与水平面垂直分布，伸缩机械臂6至少两条，对称分布承载底座1两侧，并与承载底座1侧表面间通过转台机构11铰接，伸缩机械臂6轴线与承载底座1呈0°—180°夹角，喷淋口5若干，沿伸缩机械臂6轴线方向均布，并通过转台机构11与伸缩机械臂6下端面铰接，各喷淋口5间相互并联，并分别通过导流管7与喷淋泵12连通，喷淋泵12嵌于承载底座1内，与承载底座1底部连接，并通过导流管7与储料舱4连通，且每个储料舱4均与至少一个喷淋泵12连通并构成一个工作组，导流管7嵌于伸缩机械臂6内，并与伸缩机械臂6滑动连接，测距装置8、监控摄像头9均若干，且一个测距装置8和监控摄像头9构成一个监控器，且同一监控器中测距装置8、监控摄像头9轴线平行分布，监控器分别与承载底座1下端面及伸缩机械臂6前端面通过转台机构11铰接，且各监控器轴线与水平面呈0°—180°夹角，驱动电路10嵌于承载底座1内，并分别与电磁定位销2、定位电磁铁3、储料舱4、喷淋泵12、伸缩机械臂6、测距装置8、监控摄像头9电气连接。

本实施例中，所述的承载底座1下端面设信号指示灯13、承载柱14、定位板15，内部设辅助电源16，其中所述指示灯13至少三个，环绕承载底座1轴线均布，且信号指示灯13光轴与承载底座1下端面垂直分布，所述承载柱14对称分布在承载底座1轴线两侧，其上端面通过转台机构12与承载底座1下端面铰接并与水平面呈0°—135°夹角，所述承载柱14下端面通过转台机构11与定位板15上端面通过转台机构11铰接，且所述定位板15下端面与水平面平行分布，所述辅助电源16、信号指示灯13及转台机构12均与驱动电路10电气连接。

进一步优化的，所述的承载柱14为电动伸缩杆，所述定位板15横断面呈“凵”字形及倒置等腰梯形槽状结构，且定位板15下端面面积为承载柱14下端面面积的至少3倍。

重点说明的，所述的储料舱4与承载底座1内表面通过滑槽17滑动连接，包括承载腔41、控制阀42、连接管头43、液位传感器44、温度传感器45、电加热丝46及防护套47，所述承载腔41为密闭腔体结构，其上端面设加料口48，下端面设排料口49，其中排料口49通过控制阀40与导流管7连通，加料口48通过控制阀42与连接管头43连通，所述连接管头43嵌于承载底座1上端面，并与承载底座1上端面垂直分布，所述防护套47高度为承载腔41高度的20%—80%，包覆在承载腔41外并与承载腔41同轴分布，且承载腔41外表面与防护套47间构成宽度为5—20毫米的调温腔401，所述电加热丝46嵌于调温腔401内，并环绕承载腔41轴线呈螺旋状结构分布，所述液位传感器44、温度传感器45均嵌于承载腔41内，并环绕承载腔41轴线均布在承载腔41顶部，所述控制阀40、液位传感器44、温度传感器45、电加热丝46均与驱动电路10电气连接。

同时值得特别说明的，所述的伸缩机械臂6包括承载臂61、驱动导轨62、定位扣63、位移传感器64、电加热丝65、温度传感器45及接线端子66，其中所述承载臂61为横断面呈“冂”字形槽状框架结构，且其中一条承载臂61后端面通过转台机构11与承载底座1铰接，相邻两条承载臂61间，远离承载底座1一侧的承载臂61嵌于靠近承载底座1一侧的承载臂61内，且两承载臂61间通过至少两条驱动导轨62滑动连接，且滑动连接的两承载臂61间设不小于5毫米的隔离间隙，所述喷淋口5若干，分别通过转台机构11与各承载臂61下端面铰接，且喷淋口5轴线与水平面呈0°—180°夹角，所述喷淋口5间相互并联，且与同一承载臂61连接的各喷淋口5间通过同一条导流管7与喷淋泵12连通，所述导流管7嵌于承载臂61侧壁内，并通过定位扣63与承载臂61连接，所述电加热丝65数量与导流管7数量一致，每条导流管7外表面均与一条电加热丝65连接，所述温度传感器45数量与承载臂61数量一致，每个承载臂61上端面均设一个温度传感器45，位移传感器64数量与承载臂61数量一致，且每条承载臂61与驱动导轨62连接面间设一个位移传感器64，所述驱动导轨62、位移传感器64、电加热丝65、温度传感器45均与接线端子66电气连接，所述接线端子66嵌于承载臂61与承载底座1连接的作业面，并通过导线与驱动电路10电气连接。

此外，所述的喷淋泵12数量与伸缩机械臂6数量一致，且每条承载臂61上的各喷淋口5均与同一喷淋泵12通过导流管7连通，且各喷淋泵12间通过多通阀18相互连接，并与储料舱4连通，且所述多通阀18与驱动电路10电气连接。

进一步优化的，所述的转台机构11为基于步进电动机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且所述转台机构11上均设一个角度传感器12，所述角度传感器12与驱动电路10电气连接。

本实施例中，所述驱动控制电路10为基于FPGA、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，所述驱动电路另设充放电控制电路、多路稳压电源。

如图4所示，一种农林无人机用播撒系统的播撒方法，包括以下步骤；

S1，设备组装，首先根据待喷淋作业的农资物品类型及喷淋作业量，选择承载底座中储料舱的数量和容积，然后对构成本发明的承载底座、电磁定位销、定位电磁铁、储料舱、喷淋泵、喷淋口、伸缩机械臂、导流管、测距装置、监控摄像头及驱动电路进行组装，完成本发明组装后，将本发明一方面通过定位电磁铁与无人机设备机腹连接定位；另一方面通过电磁定位销与无极人机连接，同时将本发明的驱动电路与无人机的飞控电路电气连接，从而完成本发明装配作业；

S2，设备预制，完成S1步骤后，将待播撒的农资通过连接管头添加到储料舱中，在完成农资添加后，由无人机驱动本发明随无人机同步运行；本发明在随无人机飞行到播撒作业位置上空后，一方面通过测距装置、监控摄像头测量本发明与地表间的间距，并根据喷洒作业的需要调整无人机与地平面间的间距；另一方面根据喷洒作业的需要，调整伸缩机械臂的长度、伸缩机械臂与水平面间的夹角及距离，从而满足播撒作业的需要；

S3，播撒作业，完成S2步骤设定后，由各喷淋泵对储料舱内的农资进行增压，并将增压后的农资通过各喷淋口直接进行喷淋播撒作业，从而完成对农作物进行播撒作业的需要；

S4，农资补给，在进行农资播撒作业时，当储料舱内农资完成播撒后，本发明随无人机降落至农资补给位置，进行农资补给并在完成补给后再次进行播撒作业。

其中，所述的S3步骤中，在播撒作业时，一方面通过储料舱和伸缩机械臂的电加热丝对农资进行加热，防止低温结冰造成的设备故障；另一方面在播撒作业时，喷淋泵运行时的动力有本发明的辅助电源提供播撒作业动力。

本实施例中，所述的S4步骤中，在进行农资补给作业时以以下两种方式中任意一种进行补给：

第一种，在无人机降落后直接将外部待播撒农资通过储料舱的连接管头加注到储料舱中，同时对本发明的辅助电源进行充电和对无人机进行燃料补给，从而完成农资补给作业；

第二种，在无人机进行农资播撒作业的同时，同步对在地面上为处于待机状态的若干本发明的储料舱加注农资和充电备用，同时另设若干备用无人机待机，当无人机完成当前储料舱中农资播撒后，通过电磁定位销、定位电磁铁快速将完成播撒的本发明播撒系统拆除，然后根据作业需要，同时对无人机和本发明间进行再次组装，从而完成农资补给作业。

本发明一方面集成化、模块化程度高，运行自动化程度、智能化程度高，可有效的满足与多种不同类型流体农资物料播撒作业的需要，并可有效满足与多种结构类型无人机配套运行的需要，极大的提高本发明使用的灵活性和通用性；另一方面本发明在播撒作业中，可有效的提高农资播撒作业的工作效率和境地，同时另可有效提高农资播撒过程中农资补给更换作业的工作效率，并降低劳动强度和成本。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。