一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺及補給方法
2024-01-22 05:30:15
一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺及補給方法
【專利摘要】本發明公開了一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺及補給方法，所述補給平臺包括可移動的機架以及設在機架上的起降平臺單元、藥物補充單元和能源補充單元，所述起降平臺單元包括著陸板和升降機構，所述升降機構設置在著陸板的底部與機架之間；所述藥物補充單元包括儲藥箱和加藥泵。本發明採用可移動的機架搭載補給平臺，不但可以搭載無人機靈活移動，方便運送，而且當無人機作業時，能夠不斷地改變無人機中途補充能源及噴灑物的起降地點，選取離作業位置鄰近的地點起降，增加了無人機有效作業時間，提高無人機作業效率；本發明的著陸板下部設有升降機構，不僅能使著陸板在凹凸不平的農田地面裡保持水平狀態，而且還能調整到合適的高度。
【專利說明】—種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺及補給方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農業機械裝備領域，具體涉及一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺及補給方法。
【背景技術】
[0002]近年來，無人機作業領域已經延伸到農業領域，包括低空農田遙感、農田噴灑農藥等。由於無人機具有不需要專用機場、機動性強、便於維護，易於低空穩定飛行及能夠在空中懸停、垂直起飛和降落的優點，能讓農民從繁重危險的作業中解脫出來，使得無人機農田作業方式深受廣大用戶的青睞。但是，目前農藥噴灑還是主要依靠人工協助地面機械噴灑，無人機農藥噴灑技術並沒有得到廣泛地實際應用。
[0003]現階段，無人機空中作業時，由於機身的載重有限，機身所負載的噴灑物和能源的重量不能過多，這就導致無人機單次空中作業時間不長，需要多次降落補充能源及噴灑物。因此，無人機農田作業時迫切需要滿足無人機起降要求的場地。我們知道，無人機對起降場地的要求比較高，需要在一定面積的平坦的空地上起降；而農田周圍的地面環境是凹凸不平的，在農田附近往往難以找到符合要求的場地起降。如果強行在不符合直升機起降要求的場地上起降，不僅會損壞田間的農作物，而且容易發生炸機的危險；如果在遠離農田的地方起降，多次起降不僅會增加作業人員的勞動強度，還會造成無人機有效作業時間變短。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，該補給平臺不但可以讓無人機在田間作業時快速起降，而且還能及時補充動力能源和農藥等噴灑物料。
[0005]本發明的另一個目的在於提供一種利用上述補給平臺實現的補給方法。
[0006]本發明的目的通過以下的技術方案實現:
[0007]一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，包括可移動的機架以及設在機架上的起降平臺單元、藥物補充單元和能源補充單元，其中:
[0008]所述起降平臺單元包括著陸板和升降機構，所述升降機構設置在著陸板的底部與機架之間；
[0009]所述藥物補充單元包括儲藥箱和加藥泵。
[0010]本發明的一個優選方案，其中，所述升降機構包括至少三個伸縮缸，其中，伸縮缸的缸筒固定在機架上，伸縮缸的活塞杆通過萬向節與著陸板的底部連接。通過分別控制所述伸縮缸的活塞杆的伸出長度，不但可以調節著陸板的高度，而且還可以調節著陸板的傾斜度，為無人機提供符合要求的著陸地麵條件；即使在崎嶇不平的地面上，也可以將著陸板調節成水平狀態。
[0011]優選地，所述伸縮缸為四個，且對稱式分布，以保障起降平臺單元的平衡性。
[0012]本發明的一個優選方案，其中，所述著陸板為內嵌伸縮式結構，該著陸板包括位於中間的固定板和嵌入在固定板內可向兩側伸縮的兩個伸縮板，其中，每個伸縮板與固定板之間均設有伸縮缸和導向結構，所述伸縮缸的缸筒固定在固定板上，活塞杆連接在伸縮板上；所述導向結構包括設在固定板上的導向孔以及設在伸縮板上的導向杆，所述導向杆匹配於導向孔內。採用上述結構的著陸板可以根據需要調節著陸板的面積，提高著陸的可靠性和安全性；調節著陸面積時，可以讓一側的伸縮板伸出，也可以讓兩側的伸縮板都伸出。
[0013]優選地，所述伸縮缸為薄型雙作用氣缸，既可以控制兩個伸縮板作伸縮動作，又可以節省安裝空間。
[0014]本發明的一個優選方案，其中，所述能源補充單元包括電能補充單元或/和燃油補充單元，所述電能補充單元包括供能電池和充電設備；所述燃油補充單元包括油箱和加油泵。根據無人機使用的能源的類型，可設置電能補充單元或者燃油補充單元，或者同時設置電能補充單元和燃油補充單元，從而可以為不同類型的無人機提供能源補給。
[0015]優選地,所述能源補充單元同時為機架的移動動力系統的動能供給單元。
[0016]本發明的一個優選方案，其中，所述著陸板上設有稱重單元，該稱重單元包括稱重傳感器。通過該稱重單元監測無人機的總重量，使其總重量不超過無人機的最大載重。
[0017]本發明的一個優選方案,其中,所述藥物補充單元還包括加藥流量計；所述能源補充單元包括燃油補充單元，該燃油補充單元包括加油流量計。
[0018]本發明的一個優選方案，其中，還包括控制系統，該控制系統包括控制單元、接收器和控制器，其中，所述接收器的輸入端與所述稱重傳感器、加藥流量計以及加油流量計連接，輸出端與控制單元連接；所述控制器的輸入端與控制單元連接，輸出端與加油泵和加藥泵連接。
[0019]通過上述控制系統，可以控制藥物補充單元和燃油補充單元工作，具體地，接收器將稱重單元檢測到的無人機的當前重量信號傳輸給控制單元，控制單元根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量(可避免能源和噴灑物的浪費，提高無人機作業的自動化水平)，進而控制加藥泵和加油泵工作，同時根據加藥流量計和加油流量計反饋的信號判斷當前的加藥量和加油量，當加藥量和加油量達到設定的量時，控制加藥泵和加油泵停止工作，完成補給；與此同時，通過重力傳感器實時監測無人機的總重量，以判斷無人機的總重量是否超過最大載荷。
[0020]本發明的一個優選方案，其中，還包括用於控制升降機構和內嵌伸縮式著陸板工作的遠程控制系統，該遠程控制系統包括無線發射器和無線接收器，其中，所述無線接收器與控制系統中的控制單元連接，控制系統中的控制器與升降機構中的伸縮杆以及內嵌伸縮式著陸板中的伸縮缸連接；無線發射器用於通過無線傳輸方式向無線接收器傳送控制升降機構的升降參數和控制內嵌伸縮式著陸板的伸縮參數，所述無線接收器用於接收上述參數並輸送給控制單元，控制單元根據上述參數將控制信號輸送給控制器，由控制器控制升降機構中的伸縮缸以及內嵌伸縮式著陸板的伸縮缸工作。
[0021]通過上述遠程控制系統對升降機構和內嵌伸縮式著陸板進行遠程控制，可以減少無人機降落時的人身安全問題。
[0022]本發明的一個優選方案，其中，所述著陸板上還設有無人機腳架固定裝置，該無人機腳架固定裝置包括多個弧形固定件，該弧形固定件的兩端設有與著陸板連接的連接部，該連接部與著陸板之間通過螺釘形成可拆卸連接結構。通過設置無人機腳架固定裝置，可以將無人機固定在著陸板上，當本發明的補給平臺在顛簸的地面上移動時，可以防止無人機摔壞。
[0023]本發明的一個優選方案，其中，所述的伸縮缸可以是氣缸、液壓缸或電動伸縮缸。
[0024]一種利用上述補給平臺實現的補給方法，包括以下步驟:
[0025]a.將無人機固定於補給平臺的著陸板上，補給平臺移至農田作業處，連接無人機與加藥補充單元和能源補充單元；
[0026]接收器將稱重單元檢測到的無人機的當前重量信號傳輸給控制單元，控制單元根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量，進而控制加藥泵和加油泵工作，同時根據加藥流量計和加油流量計反饋的信號判斷當前的加藥量和加油量；當加藥量和加油量達到設定的量時，控制加藥泵和加油泵停止工作，完成補給；
[0027]b.控制器通過控制升降機構將著陸板調整至水平狀態以及合適的高度，無人機準備起飛；
[0028]c.無人機起飛，著陸板和升降機構收縮；
[0029]d.無人機中途需要補充能源及噴灑物時，補給平臺移至相應的位置，控制單元控制著陸板展開並調整著陸板的姿態，為無人機降落作準備；
[0030]e.無人機安全降落至著陸板上，為無人機補充能源及噴灑物後繼續起飛作業；
[0031]f.如此循環直至無人機作業完成後降落。
[0032]本發明與現有技術相比具有以下的有益效果:
[0033]1.本發明的補給平臺可以為田間作業的無人機提供快速起降平臺，並可對無人機補充能源和噴灑物，使得無人機得以連續工作，提高作業效率。
[0034]2.本發明採用可移動的機架搭載補給平臺，不但可以搭載無人機靈活移動，方便運送，而且當無人機作業時，能夠不斷地改變無人機中途補充能源及噴灑物的起降地點，選取離作業位置鄰近的地點起降，增加無人機有效作業時間，提高無人機作業效率。
[0035]3.本發明的著陸板上設有升降機，不僅能使補給平臺的著陸板在凹凸不平的農田地面裡保持水平狀態，而且還能在無人機起降時使著陸板的水平高度高於農作物的冠層高度，增強了農用無人機田間作業時對起降環境的適應能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺的一個【具體實施方式】的立體結構示意圖。
[0037]圖2和圖3為圖1所示實施方式中著陸板的結構示意圖，其中，圖2為主視圖，圖3為圖2的A-A剖視圖。
[0038]圖4為圖1所示實施方式中升降機構與著陸板之間的連接結構示意圖。
[0039]圖5為本發明的控制系統和遠程控制系統的電原理框圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0041]參見圖1?圖4，本發明的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺包括可移動的機架I以及設在機架I上的起降平臺單元、藥物補充單元5和能源補充單元4，其中:所述起降平臺單元包括著陸板2和升降機構3，所述升降機構3設置在著陸板2的底部與機架I之間；所述藥物補充單元5包括儲藥箱51和加藥泵。
[0042]參見圖1和圖4，所述升降機構3由四個伸縮杆構成，該伸縮杆為氣缸，其中，氣缸的缸筒31固定在機架I上，氣缸的活塞杆32通過萬向節33與著陸板2的底部連接。通過分別控制所述氣缸的活塞杆32的伸出長度，不但可以調節著陸板2的高度，而且還可以調節著陸板2的傾斜度，為無人機提供符合要求的著陸地麵條件；即使在崎嶇不平的地面上，也可以將著陸板2調節成水平狀態。所述四個氣缸對稱式分布，以保障起降平臺單元的平衡性。
[0043]參見圖1?圖5,所述著陸板2為內嵌伸縮式結構,該著陸板2包括位於中間的固定板21和嵌入在固定板21內可向兩側伸縮的兩個伸縮板22，其中，每個伸縮板22與固定板21之間均設有伸縮缸和導向結構，其中，所述伸縮杆為伸縮氣缸23，所述固定板21的橫截面呈矩形，所述伸縮板22、伸縮氣缸23和導向結構設置在固定板21內；所述伸縮氣缸23的缸筒固定在固定板21上，活塞杆24連接在伸縮板22上；所述伸縮氣缸23為薄型雙作用氣缸,，該氣缸中位於中部的缸筒固定在固定板21內的底板上,兩個活塞杆24從兩側伸出分別與一個伸縮板22固定連接。所述導向結構包括設在固定板21上的導向孔26以及設在伸縮板22上的導向杆，其中，所述固定板21內的底板上設有向上的凸起部25，所述導向孔26設置在該凸起部25內，所述導向杆匹配於導向孔26內。上述著陸板2可以根據需要調節著陸板2的面積，提高著陸的可靠性和安全性；調節著陸面積時，可以讓一側的伸縮板22伸出，也可以讓兩側的伸縮板22都伸出。
[0044]所述著陸板2上設有稱重單元，該稱重單元包括稱重傳感器。通過該稱重單元檢測無人機的總重量，用於根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量，並確保其總重量不超過無人機的最大載重。
[0045]參見圖1，所述著陸板2上還設有無人機腳架固定裝置6，該無人機腳架固定裝置6包括多個弧形固定件，該弧形固定件的兩端設有與著陸板2連接的連接部，該連接部與著陸板2之間通過螺釘形成可拆卸連接結構。通過設置無人機腳架固定裝置6，可以將無人機固定在著陸板2上，當本發明的補給平臺在顛簸的地面上移動時，可以防止無人機摔壞。
[0046]參見圖1,所述能源補充單元4包括燃油補充單元,該燃油補充單元包括油箱41和加油泵。所述可移動的機架I為小車，所述燃油補充單元同時為該小車的動力系統的動能供給單元。
[0047]參見圖1,所述藥物補充單元5還包括加藥流量計52,所述燃油補充單元還包括加油流量計42，用於檢測補給時的加藥量和加油量。
[0048]參見圖1和圖5，本發明的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺還包括控制系統，該控制系統包括控制單元、接收器和控制器，其中，所述接收器的輸入端與所述稱重傳感器、加藥流量計52以及加油流量計42連接，輸出端與控制單元連接；所述控制器的輸入端與控制單元連接，輸出端與加油泵和加藥泵連接。通過上述控制系統，可以控制藥物補充單元5和燃油補充單元工作，具體地，接收器將稱重單元檢測到的無人機的當前重量信號傳輸給控制單元，控制單元根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量(可避免能源和噴灑物的浪費，提高無人機作業的自動化水平)，進而控制加藥泵和加油泵工作，同時根據加藥流量計52和加油流量計42反饋的信號判斷當前的加藥量和加油量，當加藥量和加油量達到設定的量時，控制加藥泵和加油泵停止工作，完成補給；與此同時，通過重力傳感器實時檢測無人機的總重量，以判斷無人機的總重量是否超過最大載荷。
[0049]參見圖1和圖5，本發明的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺還包括用於控制升降機構3和內嵌伸縮式著陸板2工作的遠程控制系統，該遠程控制系統包括無線發射器和無線接收器，其中，所述無線接收器與控制系統中的控制單元連接，控制系統中的控制器與升降機構3中的氣缸以及內嵌伸縮式著陸板2中的伸縮氣缸23連接；無線發射器用於通過無線傳輸方式向無線接收器傳送控制升降機構3的升降參數和控制內嵌伸縮式著陸板2的伸縮參數，所述無線接收器用於接收上述參數並輸送給控制單元，控制單元根據上述參數將控制信號輸送給控制器，由控制器控制升降機構3中的氣缸以及內嵌伸縮式著陸板2的伸縮氣缸23工作。通過上述遠程控制系統對升降機構3和內嵌伸縮式著陸板2進行遠程控制，可以減少無人機降落時的人身安全問題。
[0050]參見圖1?圖5，本發明的利用上述補給平臺實現的補給方法包括以下步驟:
[0051]a.將無人機固定於補給平臺的著陸板2上，補給平臺移至農田作業處，連接無人機與加藥補充單元和能源補充單元4 ；
[0052]接收器將稱重單元檢測到的無人機的當前重量信號傳輸給控制單元，控制單元根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量，進而控制加藥泵和加油泵工作，同時根據加藥流量計52和加油流量計42反饋的信號判斷當前的加藥量和加油量；當加藥量和加油量達到設定的量時，控制加藥泵和加油泵停止工作，完成補給；
[0053]b.控制器通過控制升降機構3將著陸板2調整至水平狀態以及合適的高度，解除著陸板2上的無人機腳架固定裝置6，無人機準備起飛；
[0054]c.無人機起飛，著陸板2和升降機構3收縮；
[0055]d.無人機中途需要補充能源及噴灑物時，補給平臺移至相應的位置，控制單元控制著陸板2展開並調整著陸板2的姿態，為無人機降落作準備；
[0056]e.無人機安全降落至著陸板2上，為無人機補充能源及噴灑物後繼續起飛作業；
[0057]f.如此循環直至無人機作業完成後降落。
[0058]上述為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述內容的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，包括可移動的機架以及設在機架上的起降平臺單元、藥物補充單元和能源補充單元，其中: 所述起降平臺單元包括著陸板和升降機構，所述升降機構設置在著陸板的底部與機架之間； 所述藥物補充單元包括儲藥箱和加藥泵。
2.根據權利要求1所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述升降機構包括至少三個伸縮缸，其中，伸縮缸的缸筒固定在機架上，伸縮缸的活塞杆通過萬向節與著陸板的底部連接。
3.根據權利要求2所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述著陸板為內嵌伸縮式結構，該著陸板包括位於中間的固定板和嵌入在固定板內可向兩側伸縮的兩個伸縮板，其中，每個伸縮板與固定板之間均設有伸縮缸和導向結構，所述伸縮缸的缸筒固定在固定板上，活塞杆連接在伸縮板上；所述導向結構包括設在固定板上的導向孔以及設在伸縮板上的導向杆，所述導向杆匹配於導向孔內。
4.根據權利要求3所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述能源補充單元包括電能補充單元或/和燃油補充單元，所述電能補充單元包括供能電池和充電設備；所述燃油補充單元包括油箱和加油泵。
5.根據權利要求4所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述著陸板上設有稱重單元，該稱重單元包括稱重傳感器。
6.根據權利要求5所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述藥物補充單元還包括加藥流量計；所述能源補充單元包括燃油補充單元，該燃油補充單元包括加油流量計。
7.根據權利要求6所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，還包括控制系統，該控制系統包括控制單元、接收器和控制器，其中，所述接收器的輸入端與所述稱重傳感器、加藥流量計以及加油流量計連接，輸出端與控制單元連接；所述控制器的輸入端與控制單元連接，輸出端與加油泵和加藥泵連接。
8.根據權利要求7所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，還包括用於控制升降機構和內嵌伸縮式著陸板工作的遠程控制系統，該遠程控制系統包括無線發射器和無線接收器，其中，所述無線接收器與控制系統中的控制單元連接，控制系統中的控制器與升降機構中的伸縮缸以及內嵌伸縮式著陸板中的伸縮缸連接；無線發射器用於通過無線傳輸方式向無線接收器傳送控制升降機構的升降參數和控制內嵌伸縮式著陸板的伸縮參數，所述無線接收器用於接收上述參數並輸送給控制單元，控制單元根據上述參數將控制信號輸送給控制器，由控制器控制升降機構中的伸縮缸以及內嵌伸縮式著陸板的伸縮缸工作。
9.根據權利要求3所述的適於農用無人機田間作業補給的補給平臺，其特徵在於，所述著陸板上還設有無人機腳架固定裝置，該無人機腳架固定裝置包括多個弧形固定件，該弧形固定件的兩端設有與著陸板連接的連接部，該連接部與著陸板之間通過螺釘形成可拆卸連接結構；所述的伸縮缸為氣缸或液壓缸或電動伸縮缸。
10.一種應用權利要求8所述的補給平臺實現的適於農用無人機田間作業補給的補給方法，包括以下步驟: a.將無人機固定於補給平臺的著陸板上，補給平臺移至農田作業處，連接無人機與加藥補充單元和能源補充單元； 接收器將稱重單元檢測到的無人機的當前重量信號傳輸給控制單元，控制單元根據單次作業時間和單位時間內的耗藥量和耗油量的最優比來計算補充的藥量和油量，進而控制加藥泵和加油泵工作，同時根據加藥流量計和加油流量計反饋的信號判斷當前的加藥量和加油量；當加藥量和加油量達到設定的量時，控制加藥泵和加油泵停止工作，完成補給； b.控制器通過控制升降機構將著陸板調整至水平狀態以及合適的高度，解除著陸板上的無人機腳架固定裝置，無人機準備起飛； c.無人機起飛，著陸板和升降機構收縮； d.無人機中途需要補充能源及噴灑物時，補給平臺移至相應的位置，控制單元控制著陸板展開並調整著陸板的姿態，為無人機降落作準備； e.無人機安全降落至著陸板上，為無人機補充能源及噴灑物後繼續起飛作業； f.如此循環直至無人機作業完成後降落。
【文檔編號】B64F1/00GK104386258SQ201410412002
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】周志豔, 陳盛德, 蘭玉彬, 羅錫文, 臧英, 李繼宇, 徐賽, 閆夢露 申請人:華南農業大學