CN107097958A - 一种变量施肥的无人机***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变量施肥的无人机***，包括无人机本体和施肥模块，所述施肥模块包括：固定架，与无人机连接；进料箱，安装在所述固定架上，底部设有出料口；转盘，中心转轴水平布置，位于所述进料箱的正下方且与固定架连接，转盘的周壁上设有料槽，所述料槽运动至顶端位置时开口与所述出料口相对并承接来自进料箱的物料；遮挡单元，遮挡承接物料后的所述料槽并在所述料槽运动至开口向下时打开；驱动源，带动转盘转动；本发明的通过改变转盘转速和侧壁槽数可以实现不同的施肥效率，从而提高肥料的利用率，同时避免污染土壤，不会造成油菜的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及无人机试飞技术领域，特别涉及一种变量施肥的无人机***和方法。
背景技术
随着现代农业的发展，人工对于农业植保播种的效率已经不能满足其需求，高效的作业方式已经成为广大农民的期望。而无人机作为现代农业发展中的一朵奇葩，以其不可比拟的优点正逐步占据现代农业的大舞台，无人机的续航时间长、作业高效以及不损伤作物的特点足以成为农业植保领域的翘楚，目前无人机植保喷药已经发展到一定程度，然而固体颗粒肥料对于作物也是非常重要的，无人机在这方面却有所不足。油菜作为国内一种非常重要的经济作物，其机械化程度受到广泛关注，由于其植株很脆弱，田间行距难以控制，人工施肥容易损伤油菜，并且效率太低以及对人的健康有一定的影响。因此，无人机空中施肥对油菜有着不可比拟的作用。
例如公开号为CN105746062A的中国发明专利文献公开了一种无人机撒肥撒种装置，包括转盘外壳、设在所述转盘外壳内的离心转盘和设在所述转盘外壳上且可驱动所述离心转盘转动的转盘驱动部件，所述转盘外壳的顶部设有入料口，所述转盘外壳在离心转盘的径向外侧设有出料口，所述离心转盘具有若干径向设置的叶片。本发明工作时，种子或者颗粒肥从入料口进入转盘外壳内，在离心转盘的带动下在转盘外壳内转动，待转动至出料口处时在离心力作用下向外喷出，从而完成肥料和种子的喷洒。但是上述装置并没有详细说明与无人机结合的状况以及无人机怎样均匀喷撒固体颗粒。
又例如公开号为CN205665503U的中国实用新型专利文献公开了一种用于固体颗粒喷洒的无人机及其飞行遥控***，一种用于固体颗粒喷洒的无人机及其飞行遥控***。所述无人机包括飞行机构和喷洒机构，所述喷洒机构由料箱、转盘和转盘旋转驱动装置构成，其中，所述料箱的内腔底部侧壁开有出料口，所述转盘设置在所述料箱的内腔底部，并轴连接所述转盘旋转驱动装置的输出端，所述转盘旋转驱动装置电连接所述微控制器。但是也并没有说明其实现均匀播种的方式，并且需要人工实时操控遥控，消耗人力劳动。
发明内容
本发明提供一种变量施肥的无人机方法，保证整块田地植物的均匀健康生长，同时在作业过程中，不会对植物造成不利影响，大幅度提高了施肥的效率。
一种变量施肥的无人机***，包括无人机本体和施肥模块，所述施肥模块包括：
固定架，与无人机连接；
进料箱，安装在所述固定架上，底部设有出料口；
转盘，中心转轴水平布置，位于所述进料箱的正下方且与固定架连接，转盘的周壁上设有料槽，所述料槽运动至顶端位置时开口与所述出料口相对并承接来自进料箱的物料；
遮挡单元，遮挡承接物料后的所述料槽并在所述料槽运动至开口向下时打开；
驱动源，连接中心转轴带动转盘转动。
本发明使用时，先获取田间植物的田间油菜的生理信息及地形特点，调整转盘的转速以及转盘上料槽槽数(换不同的转盘)，从而适应地面植物的不同穴距，实现变量施肥。
遮挡单元可以是安装在每个料槽口的盖子，靠近进料箱时打开，承接物料后关闭，待料槽运动至开口向下时打开，但是这样设置的话，整体结构会很负责，优选的，所述遮挡单元为固定在所述转盘一侧覆盖该侧周壁的弧形挡板。弧形挡板贴靠覆盖周壁的一侧，该侧的周壁转动方向自上而下，待料槽承接物料后即被弧形挡板遮挡，避免物料泄露，待料槽运动至下方开口向下时，脱离弧形挡板的范围，进行施肥。
为了提高工作效率，优选的，所述料槽沿着周壁间隔设有多个。
生理信息及地形特点可以人工实地获取，还可以采用无人机配合图像采集模块获取，优选的，所述变量施肥的无人机***还包括用于获取地面图像的图像获取模块。图像获取模块采用的相机并不仅仅限于普通RGB相机和多光谱相机两种。
为了减轻无人机的负重，施肥模块和图像获取模块可以分别和无人机本体固定连接，优选的，所述无人机本体的底部安装有可拆卸的连接件，所述连接件用于安装施肥模块或图像获取模块。
为了方便制造和安装，优选的，所述驱动源为电机。
优选的，所述无人机本体上设有GPS。所述GPS导航可以实现定点施肥，保证整块田地油菜的生长状况一致。
优选的，所述变量施肥的无人机***还包括计算控制模块，所述计算控制模块根据图像获取模块获取的田间植物的生理信息和穴距，计算田间作物的施肥量以及间隔施肥的时间，控制进料箱的出料量和转盘转速以实现变量施肥。
本发明还提供了一种变量施肥的方法，使用上述的变量施肥的无人机***，包括以下步骤：
(1)获取待施肥田间植物的生理信息及穴距；
(2)根据穴距数据，设定无人机飞行速度与转盘速度以及料槽槽数，
其中：
V1为无人机飞行速度；
S为穴距；
Z为转盘上的槽数；
V2为转盘线速度；
转盘每转一周需要60/n，n为转盘每分钟转的周数；
D为转盘直径；
转盘转一周，无人机飞行距离为L1＝ZS+V2*60/n；
无人机飞行距离L2＝V1*60/n；
转盘线速度V2＝πDn/60；
(3)根据田间植物的生理信息确定无人机在不同区域的施肥时间。
本发明将将无人机与转盘结合起来，通过控制其转速与料槽的数量，实现与地面油菜的穴距相对应的变量施肥。并且此发明的无人机带有GPS导航***，通过多光谱相机收集到的作物生理信息可以反馈到施肥过程中，由GPS导航实现不同地点给予不同的肥料量，从而保证整块田地植物的均匀健康生长。同时，在作业过程中，不会对植物造成不利影响，大幅度提高了施肥的效率。
本发明的有有益效果：
(1)本发明的变量施肥的无人机***将转盘侧壁开槽，通过改变转盘转速和侧壁槽数可以实现不同的施肥效率，从而提高肥料的利用率，同时避免污染土壤；(2)无人机施肥不会造成油菜的损伤；(3)无人机施肥的高效率远远超过地面机器的工作效率。
附图说明
图1是本发明的变量施肥的无人机***(装有施肥单元)的立体结构示意图。
图2是本发明的变量施肥的无人机***(装有图像获取单元)的立体结构示意图。
图3是施肥单元的立体结构示意图。
图4是施肥单元另一个角度的立体结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步地详细说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于实施。
本实施例以对油菜施肥为例，本实施例的变量施肥的无人机***是为了实现无人机空间精量施肥，全面实现油菜均匀生长，减少施肥过程中对油菜造成的损伤，同时也可以实现田间定点施肥，实现油菜施肥的智能化及高效化。
如图1～4所示，本实施例的变量施肥的无人机***包括：无人机本体、图像获取单元和施肥单元8，其中无人机本体包括叶片1、GPS2、电机3、控制模块4、管腿5、站脚管6、机体7和机臂连接件9，图像获取单元包括相机10。变量施肥装置8包括固定架801、进料箱802、电机驱动轴803、转盘804、料槽805以及弧形挡板806。
本实施例对具体工作方式进行阐述:
首先将无人机本体与图像获取单元连接，在施肥前，为了更好地保障其效果和分量，需要得到田间油菜的生理信息，相机10获取的信息经过分析实验后就可以得出油菜的各种养分信息。其中图像获取单元的相机10并不仅仅限于普通RGB相机和多光谱相机两种。
无人机本体的叶片1不仅仅局限于四旋翼，在此仅作为一个示范，其他的多旋翼仍试用此***，在得到田间油菜养分信息的分布后，将变量施肥装置8替换掉先前的相机10，此处通过安装在无人机本体上的可拆卸的连接件实现，通过GPS2的导航实现田间不同地点不同的施肥量，过程如下：
先将肥料放于进料箱802中，然后通过固定架801与无人机本体的连接件固定，在空中正常飞行后，通过电机3控制电机驱动轴803带动转盘804转动，电机3的速度可调，初始状态下，肥料进入转盘804的侧壁上的料槽805，转动后，在弧形挡板806的作用下保证其不外泄，顺利地在料槽805开口向下时完成施肥。
当作业对象的穴距发生变化后，可以通过改变转盘转速，更换转盘以改变其料槽槽数，最终得到不同的施肥效率，主要计算如下：
V1——无人机飞行速度，m/s；S——穴距，m；Z——转盘上的槽数；V2——转盘线速度，m/s；转盘每转一周需要60/n，s；n——转盘每分钟转的周数；D——转盘直径，m。
转盘转一周，无人机飞行距离为L1＝ZS+V2*60/n，m；
无人机飞行距离L2＝V1*60/n,m；
转盘线速度V2＝πDn/60，m/s；
则无人机飞行速度与转盘速度、槽数关系如下，
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变量施肥的无人机***，包括无人机本体和施肥模块，其特征在于，所述施肥模块包括：
固定架，与无人机连接；
进料箱，安装在所述固定架上，底部设有出料口；
转盘，中心转轴水平布置，位于所述进料箱的正下方且与固定架连接，转盘的周壁上设有料槽，所述料槽运动至顶端位置时开口与所述出料口相对并承接来自进料箱的物料；
遮挡单元，遮挡承接物料后的所述料槽并在所述料槽运动至开口向下时打开；
驱动源，连接中心转轴带动转盘转动。
2.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述遮挡单元为固定在所述转盘一侧覆盖该侧周壁的弧形挡板。
3.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述料槽沿着周壁间隔设有多个。
4.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述变量施肥的无人机***还包括用于获取地面图像的图像获取模块。
5.如权利要求4所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述无人机本体的底部安装有可拆卸的连接件，所述连接件用于安装施肥模块或图像获取模块。
6.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述驱动源为电机。
7.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述无人机本体上设有GPS。
8.如权利要求1所述的变量施肥的无人机***，其特征在于，所述变量施肥的无人机***还包括计算控制模块，所述计算控制模块根据图像获取模块获取的田间植物的生理信息和穴距，计算田间作物的施肥量以及间隔施肥的时间，控制进料箱的出料量和转盘转速以实现变量施肥。
9.一种变量施肥的方法，其特征在于，使用如权利要求1～8任一权利要求所述的变量施肥的无人机***，包括以下步骤：
(1)获取待施肥田间植物的生理信息及穴距；
(2)根据穴距数据，设定无人机飞行速度与转盘速度以及料槽槽数，
<mrow>
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<mi>V</mi>
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<mo>=</mo>
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<mo>(</mo>
<mfrac>
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<mi>S</mi>
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<mrow>
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<mi>D</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msub>
<mi>V</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中：
V1为无人机飞行速度；
S为穴距；
Z为转盘上的槽数；
V2为转盘线速度；
转盘每转一周需要60/n，n为转盘每分钟转的周数；
D为转盘直径；
转盘转一周，无人机飞行距离为L1＝ZS+V2*60/n；
无人机飞行距离L2＝V1*60/n；
转盘线速度V2＝πDn/60；
(3)根据田间植物的生理信息确定无人机在不同区域的施肥时间。
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