一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台及补给方法
【专利摘要】本发明公开了一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台及补给方法，所述补给平台包括可移动的机架以及设在机架上的起降平台单元、药物补充单元和能源补充单元，所述起降平台单元包括着陆板和升降机构，所述升降机构设置在着陆板的底部与机架之间；所述药物补充单元包括储药箱和加药泵。本发明采用可移动的机架搭载补给平台，不但可以搭载无人机灵活移动，方便运送，而且当无人机作业时，能够不断地改变无人机中途补充能源及喷洒物的起降地点，选取离作业位置邻近的地点起降，增加了无人机有效作业时间，提高无人机作业效率；本发明的着陆板下部设有升降机构，不仅能使着陆板在凹凸不平的农田地面里保持水平状态，而且还能调整到合适的高度。
【专利说明】—种适于农用无人机田间作业补给的补给平台及补给方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业机械装备领域，具体涉及一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台及补给方法。
【背景技术】
[0002]近年来，无人机作业领域已经延伸到农业领域，包括低空农田遥感、农田喷洒农药等。由于无人机具有不需要专用机场、机动性强、便于维护，易于低空稳定飞行及能够在空中悬停、垂直起飞和降落的优点，能让农民从繁重危险的作业中解脱出来，使得无人机农田作业方式深受广大用户的青睐。但是，目前农药喷洒还是主要依靠人工协助地面机械喷洒，无人机农药喷洒技术并没有得到广泛地实际应用。
[0003]现阶段，无人机空中作业时，由于机身的载重有限，机身所负载的喷洒物和能源的重量不能过多，这就导致无人机单次空中作业时间不长，需要多次降落补充能源及喷洒物。因此，无人机农田作业时迫切需要满足无人机起降要求的场地。我们知道，无人机对起降场地的要求比较高，需要在一定面积的平坦的空地上起降；而农田周围的地面环境是凹凸不平的，在农田附近往往难以找到符合要求的场地起降。如果强行在不符合直升机起降要求的场地上起降，不仅会损坏田间的农作物，而且容易发生炸机的危险；如果在远离农田的地方起降，多次起降不仅会增加作业人员的劳动强度，还会造成无人机有效作业时间变短。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台，该补给平台不但可以让无人机在田间作业时快速起降，而且还能及时补充动力能源和农药等喷洒物料。
[0005]本发明的另一个目的在于提供一种利用上述补给平台实现的补给方法。
[0006]本发明的目的通过以下的技术方案实现:
[0007]一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，包括可移动的机架以及设在机架上的起降平台单元、药物补充单元和能源补充单元，其中:
[0008]所述起降平台单元包括着陆板和升降机构，所述升降机构设置在着陆板的底部与机架之间；
[0009]所述药物补充单元包括储药箱和加药泵。
[0010]本发明的一个优选方案，其中，所述升降机构包括至少三个伸缩缸，其中，伸缩缸的缸筒固定在机架上，伸缩缸的活塞杆通过万向节与着陆板的底部连接。通过分别控制所述伸缩缸的活塞杆的伸出长度，不但可以调节着陆板的高度，而且还可以调节着陆板的倾斜度，为无人机提供符合要求的着陆地面条件；即使在崎岖不平的地面上，也可以将着陆板调节成水平状态。
[0011]优选地，所述伸缩缸为四个，且对称式分布，以保障起降平台单元的平衡性。
[0012]本发明的一个优选方案，其中，所述着陆板为内嵌伸缩式结构，该着陆板包括位于中间的固定板和嵌入在固定板内可向两侧伸缩的两个伸缩板，其中，每个伸缩板与固定板之间均设有伸缩缸和导向结构，所述伸缩缸的缸筒固定在固定板上，活塞杆连接在伸缩板上；所述导向结构包括设在固定板上的导向孔以及设在伸缩板上的导向杆，所述导向杆匹配于导向孔内。采用上述结构的着陆板可以根据需要调节着陆板的面积，提高着陆的可靠性和安全性；调节着陆面积时，可以让一侧的伸缩板伸出，也可以让两侧的伸缩板都伸出。
[0013]优选地，所述伸缩缸为薄型双作用气缸，既可以控制两个伸缩板作伸缩动作，又可以节省安装空间。
[0014]本发明的一个优选方案，其中，所述能源补充单元包括电能补充单元或/和燃油补充单元，所述电能补充单元包括供能电池和充电设备；所述燃油补充单元包括油箱和加油泵。根据无人机使用的能源的类型，可设置电能补充单元或者燃油补充单元，或者同时设置电能补充单元和燃油补充单元，从而可以为不同类型的无人机提供能源补给。
[0015]优选地,所述能源补充单元同时为机架的移动动力系统的动能供给单元。
[0016]本发明的一个优选方案，其中，所述着陆板上设有称重单元，该称重单元包括称重传感器。通过该称重单元监测无人机的总重量，使其总重量不超过无人机的最大载重。
[0017]本发明的一个优选方案,其中,所述药物补充单元还包括加药流量计；所述能源补充单元包括燃油补充单元，该燃油补充单元包括加油流量计。
[0018]本发明的一个优选方案，其中，还包括控制系统，该控制系统包括控制单元、接收器和控制器，其中，所述接收器的输入端与所述称重传感器、加药流量计以及加油流量计连接，输出端与控制单元连接；所述控制器的输入端与控制单元连接，输出端与加油泵和加药泵连接。
[0019]通过上述控制系统，可以控制药物补充单元和燃油补充单元工作，具体地，接收器将称重单元检测到的无人机的当前重量信号传输给控制单元，控制单元根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量(可避免能源和喷洒物的浪费，提高无人机作业的自动化水平)，进而控制加药泵和加油泵工作，同时根据加药流量计和加油流量计反馈的信号判断当前的加药量和加油量，当加药量和加油量达到设定的量时，控制加药泵和加油泵停止工作，完成补给；与此同时，通过重力传感器实时监测无人机的总重量，以判断无人机的总重量是否超过最大载荷。
[0020]本发明的一个优选方案，其中，还包括用于控制升降机构和内嵌伸缩式着陆板工作的远程控制系统，该远程控制系统包括无线发射器和无线接收器，其中，所述无线接收器与控制系统中的控制单元连接，控制系统中的控制器与升降机构中的伸缩杆以及内嵌伸缩式着陆板中的伸缩缸连接；无线发射器用于通过无线传输方式向无线接收器传送控制升降机构的升降参数和控制内嵌伸缩式着陆板的伸缩参数，所述无线接收器用于接收上述参数并输送给控制单元，控制单元根据上述参数将控制信号输送给控制器，由控制器控制升降机构中的伸缩缸以及内嵌伸缩式着陆板的伸缩缸工作。
[0021]通过上述远程控制系统对升降机构和内嵌伸缩式着陆板进行远程控制，可以减少无人机降落时的人身安全问题。
[0022]本发明的一个优选方案，其中，所述着陆板上还设有无人机脚架固定装置，该无人机脚架固定装置包括多个弧形固定件，该弧形固定件的两端设有与着陆板连接的连接部，该连接部与着陆板之间通过螺钉形成可拆卸连接结构。通过设置无人机脚架固定装置，可以将无人机固定在着陆板上，当本发明的补给平台在颠簸的地面上移动时，可以防止无人机摔坏。
[0023]本发明的一个优选方案，其中，所述的伸缩缸可以是气缸、液压缸或电动伸缩缸。
[0024]一种利用上述补给平台实现的补给方法，包括以下步骤:
[0025]a.将无人机固定于补给平台的着陆板上，补给平台移至农田作业处，连接无人机与加药补充单元和能源补充单元；
[0026]接收器将称重单元检测到的无人机的当前重量信号传输给控制单元，控制单元根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量，进而控制加药泵和加油泵工作，同时根据加药流量计和加油流量计反馈的信号判断当前的加药量和加油量；当加药量和加油量达到设定的量时，控制加药泵和加油泵停止工作，完成补给；
[0027]b.控制器通过控制升降机构将着陆板调整至水平状态以及合适的高度，无人机准备起飞；
[0028]c.无人机起飞，着陆板和升降机构收缩；
[0029]d.无人机中途需要补充能源及喷洒物时，补给平台移至相应的位置，控制单元控制着陆板展开并调整着陆板的姿态，为无人机降落作准备；
[0030]e.无人机安全降落至着陆板上，为无人机补充能源及喷洒物后继续起飞作业；
[0031]f.如此循环直至无人机作业完成后降落。
[0032]本发明与现有技术相比具有以下的有益效果:
[0033]1.本发明的补给平台可以为田间作业的无人机提供快速起降平台，并可对无人机补充能源和喷洒物，使得无人机得以连续工作，提高作业效率。
[0034]2.本发明采用可移动的机架搭载补给平台，不但可以搭载无人机灵活移动，方便运送，而且当无人机作业时，能够不断地改变无人机中途补充能源及喷洒物的起降地点，选取离作业位置邻近的地点起降，增加无人机有效作业时间，提高无人机作业效率。
[0035]3.本发明的着陆板上设有升降机，不仅能使补给平台的着陆板在凹凸不平的农田地面里保持水平状态，而且还能在无人机起降时使着陆板的水平高度高于农作物的冠层高度，增强了农用无人机田间作业时对起降环境的适应能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明的适于农用无人机田间作业补给的补给平台的一个【具体实施方式】的立体结构示意图。
[0037]图2和图3为图1所示实施方式中着陆板的结构示意图，其中，图2为主视图，图3为图2的A-A剖视图。
[0038]图4为图1所示实施方式中升降机构与着陆板之间的连接结构示意图。
[0039]图5为本发明的控制系统和远程控制系统的电原理框图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0041]参见图1?图4，本发明的适于农用无人机田间作业补给的补给平台包括可移动的机架I以及设在机架I上的起降平台单元、药物补充单元5和能源补充单元4，其中:所述起降平台单元包括着陆板2和升降机构3，所述升降机构3设置在着陆板2的底部与机架I之间；所述药物补充单元5包括储药箱51和加药泵。
[0042]参见图1和图4，所述升降机构3由四个伸缩杆构成，该伸缩杆为气缸，其中，气缸的缸筒31固定在机架I上，气缸的活塞杆32通过万向节33与着陆板2的底部连接。通过分别控制所述气缸的活塞杆32的伸出长度，不但可以调节着陆板2的高度，而且还可以调节着陆板2的倾斜度，为无人机提供符合要求的着陆地面条件；即使在崎岖不平的地面上，也可以将着陆板2调节成水平状态。所述四个气缸对称式分布，以保障起降平台单元的平衡性。
[0043]参见图1?图5,所述着陆板2为内嵌伸缩式结构,该着陆板2包括位于中间的固定板21和嵌入在固定板21内可向两侧伸缩的两个伸缩板22，其中，每个伸缩板22与固定板21之间均设有伸缩缸和导向结构，其中，所述伸缩杆为伸缩气缸23，所述固定板21的横截面呈矩形，所述伸缩板22、伸缩气缸23和导向结构设置在固定板21内；所述伸缩气缸23的缸筒固定在固定板21上，活塞杆24连接在伸缩板22上；所述伸缩气缸23为薄型双作用气缸,，该气缸中位于中部的缸筒固定在固定板21内的底板上,两个活塞杆24从两侧伸出分别与一个伸缩板22固定连接。所述导向结构包括设在固定板21上的导向孔26以及设在伸缩板22上的导向杆，其中，所述固定板21内的底板上设有向上的凸起部25，所述导向孔26设置在该凸起部25内，所述导向杆匹配于导向孔26内。上述着陆板2可以根据需要调节着陆板2的面积，提高着陆的可靠性和安全性；调节着陆面积时，可以让一侧的伸缩板22伸出，也可以让两侧的伸缩板22都伸出。
[0044]所述着陆板2上设有称重单元，该称重单元包括称重传感器。通过该称重单元检测无人机的总重量，用于根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量，并确保其总重量不超过无人机的最大载重。
[0045]参见图1，所述着陆板2上还设有无人机脚架固定装置6，该无人机脚架固定装置6包括多个弧形固定件，该弧形固定件的两端设有与着陆板2连接的连接部，该连接部与着陆板2之间通过螺钉形成可拆卸连接结构。通过设置无人机脚架固定装置6，可以将无人机固定在着陆板2上，当本发明的补给平台在颠簸的地面上移动时，可以防止无人机摔坏。
[0046]参见图1,所述能源补充单元4包括燃油补充单元,该燃油补充单元包括油箱41和加油泵。所述可移动的机架I为小车，所述燃油补充单元同时为该小车的动力系统的动能供给单元。
[0047]参见图1,所述药物补充单元5还包括加药流量计52,所述燃油补充单元还包括加油流量计42，用于检测补给时的加药量和加油量。
[0048]参见图1和图5，本发明的适于农用无人机田间作业补给的补给平台还包括控制系统，该控制系统包括控制单元、接收器和控制器，其中，所述接收器的输入端与所述称重传感器、加药流量计52以及加油流量计42连接，输出端与控制单元连接；所述控制器的输入端与控制单元连接，输出端与加油泵和加药泵连接。通过上述控制系统，可以控制药物补充单元5和燃油补充单元工作，具体地，接收器将称重单元检测到的无人机的当前重量信号传输给控制单元，控制单元根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量(可避免能源和喷洒物的浪费，提高无人机作业的自动化水平)，进而控制加药泵和加油泵工作，同时根据加药流量计52和加油流量计42反馈的信号判断当前的加药量和加油量，当加药量和加油量达到设定的量时，控制加药泵和加油泵停止工作，完成补给；与此同时，通过重力传感器实时检测无人机的总重量，以判断无人机的总重量是否超过最大载荷。
[0049]参见图1和图5，本发明的适于农用无人机田间作业补给的补给平台还包括用于控制升降机构3和内嵌伸缩式着陆板2工作的远程控制系统，该远程控制系统包括无线发射器和无线接收器，其中，所述无线接收器与控制系统中的控制单元连接，控制系统中的控制器与升降机构3中的气缸以及内嵌伸缩式着陆板2中的伸缩气缸23连接；无线发射器用于通过无线传输方式向无线接收器传送控制升降机构3的升降参数和控制内嵌伸缩式着陆板2的伸缩参数，所述无线接收器用于接收上述参数并输送给控制单元，控制单元根据上述参数将控制信号输送给控制器，由控制器控制升降机构3中的气缸以及内嵌伸缩式着陆板2的伸缩气缸23工作。通过上述远程控制系统对升降机构3和内嵌伸缩式着陆板2进行远程控制，可以减少无人机降落时的人身安全问题。
[0050]参见图1?图5，本发明的利用上述补给平台实现的补给方法包括以下步骤:
[0051]a.将无人机固定于补给平台的着陆板2上，补给平台移至农田作业处，连接无人机与加药补充单元和能源补充单元4 ；
[0052]接收器将称重单元检测到的无人机的当前重量信号传输给控制单元，控制单元根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量，进而控制加药泵和加油泵工作，同时根据加药流量计52和加油流量计42反馈的信号判断当前的加药量和加油量；当加药量和加油量达到设定的量时，控制加药泵和加油泵停止工作，完成补给；
[0053]b.控制器通过控制升降机构3将着陆板2调整至水平状态以及合适的高度，解除着陆板2上的无人机脚架固定装置6，无人机准备起飞；
[0054]c.无人机起飞，着陆板2和升降机构3收缩；
[0055]d.无人机中途需要补充能源及喷洒物时，补给平台移至相应的位置，控制单元控制着陆板2展开并调整着陆板2的姿态，为无人机降落作准备；
[0056]e.无人机安全降落至着陆板2上，为无人机补充能源及喷洒物后继续起飞作业；
[0057]f.如此循环直至无人机作业完成后降落。
[0058]上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，包括可移动的机架以及设在机架上的起降平台单元、药物补充单元和能源补充单元，其中: 所述起降平台单元包括着陆板和升降机构，所述升降机构设置在着陆板的底部与机架之间； 所述药物补充单元包括储药箱和加药泵。
2.根据权利要求1所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述升降机构包括至少三个伸缩缸，其中，伸缩缸的缸筒固定在机架上，伸缩缸的活塞杆通过万向节与着陆板的底部连接。
3.根据权利要求2所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述着陆板为内嵌伸缩式结构，该着陆板包括位于中间的固定板和嵌入在固定板内可向两侧伸缩的两个伸缩板，其中，每个伸缩板与固定板之间均设有伸缩缸和导向结构，所述伸缩缸的缸筒固定在固定板上，活塞杆连接在伸缩板上；所述导向结构包括设在固定板上的导向孔以及设在伸缩板上的导向杆，所述导向杆匹配于导向孔内。
4.根据权利要求3所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述能源补充单元包括电能补充单元或/和燃油补充单元，所述电能补充单元包括供能电池和充电设备；所述燃油补充单元包括油箱和加油泵。
5.根据权利要求4所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述着陆板上设有称重单元，该称重单元包括称重传感器。
6.根据权利要求5所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述药物补充单元还包括加药流量计；所述能源补充单元包括燃油补充单元，该燃油补充单元包括加油流量计。
7.根据权利要求6所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，还包括控制系统，该控制系统包括控制单元、接收器和控制器，其中，所述接收器的输入端与所述称重传感器、加药流量计以及加油流量计连接，输出端与控制单元连接；所述控制器的输入端与控制单元连接，输出端与加油泵和加药泵连接。
8.根据权利要求7所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，还包括用于控制升降机构和内嵌伸缩式着陆板工作的远程控制系统，该远程控制系统包括无线发射器和无线接收器，其中，所述无线接收器与控制系统中的控制单元连接，控制系统中的控制器与升降机构中的伸缩缸以及内嵌伸缩式着陆板中的伸缩缸连接；无线发射器用于通过无线传输方式向无线接收器传送控制升降机构的升降参数和控制内嵌伸缩式着陆板的伸缩参数，所述无线接收器用于接收上述参数并输送给控制单元，控制单元根据上述参数将控制信号输送给控制器，由控制器控制升降机构中的伸缩缸以及内嵌伸缩式着陆板的伸缩缸工作。
9.根据权利要求3所述的适于农用无人机田间作业补给的补给平台，其特征在于，所述着陆板上还设有无人机脚架固定装置，该无人机脚架固定装置包括多个弧形固定件，该弧形固定件的两端设有与着陆板连接的连接部，该连接部与着陆板之间通过螺钉形成可拆卸连接结构；所述的伸缩缸为气缸或液压缸或电动伸缩缸。
10.一种应用权利要求8所述的补给平台实现的适于农用无人机田间作业补给的补给方法，包括以下步骤: a.将无人机固定于补给平台的着陆板上，补给平台移至农田作业处，连接无人机与加药补充单元和能源补充单元； 接收器将称重单元检测到的无人机的当前重量信号传输给控制单元，控制单元根据单次作业时间和单位时间内的耗药量和耗油量的最优比来计算补充的药量和油量，进而控制加药泵和加油泵工作，同时根据加药流量计和加油流量计反馈的信号判断当前的加药量和加油量；当加药量和加油量达到设定的量时，控制加药泵和加油泵停止工作，完成补给； b.控制器通过控制升降机构将着陆板调整至水平状态以及合适的高度，解除着陆板上的无人机脚架固定装置，无人机准备起飞； c.无人机起飞，着陆板和升降机构收缩； d.无人机中途需要补充能源及喷洒物时，补给平台移至相应的位置，控制单元控制着陆板展开并调整着陆板的姿态，为无人机降落作准备； e.无人机安全降落至着陆板上，为无人机补充能源及喷洒物后继续起飞作业； f.如此循环直至无人机作业完成后降落。
【文档编号】B64F1/00GK104386258SQ201410412002
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】周志艳, 陈盛德, 兰玉彬, 罗锡文, 臧英, 李继宇, 徐赛, 闫梦露 申请人:华南农业大学