一種可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)及其作業(yè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及林業(yè)機(jī)械裝備研宄領(lǐng)域，具體涉及一種可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)及其作業(yè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高直樹干的林木在我國普遍存在，以熱帶地區(qū)常見的大王椰為例，其樹高可達(dá)20米，樹干通直，為世界著名熱帶風(fēng)光樹種，通常用作行道樹或群植用作綠地風(fēng)景樹。由于樹葉冠層過高，防治病蟲害時(shí)無法采用地面機(jī)械或者人工噴藥方式進(jìn)行作業(yè)，如果采用小型無人機(jī)空中噴施作業(yè)會存在林木密度大進(jìn)而限制飛行器飛行作業(yè)空間的問題，同時(shí)由于不宜采用大型飛行器，因此載藥容量小。另外飛機(jī)一般是在樹冠上部飛行，因此會導(dǎo)致葉面下部無法得到有效噴施。
[0003]目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，各種作業(yè)采用的無人機(jī)普遍具有不限制運(yùn)動空間的特點(diǎn)，但其懸停在空中作業(yè)時(shí)旋翼必須轉(zhuǎn)動，才能提供克服重力的升力，進(jìn)而保證無人機(jī)在空中的懸?；蝻w行姿態(tài)，產(chǎn)生了大量能耗，必然會降低有效載重量。另外作業(yè)時(shí)也必須使用昂貴的姿態(tài)控制系統(tǒng)保證機(jī)體平衡，同時(shí)要滿足變量作業(yè)的控制方式，控制方法復(fù)雜且效果不佳。
[0004]為克服上述缺點(diǎn)，并同時(shí)利用高直樹干的特點(diǎn)，尋找一種能飛行至樹干冠層下部，且以不耗能方式停滯在樹干高處并進(jìn)行相關(guān)作業(yè)的無人機(jī)是對目前農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)的一種有益補(bǔ)充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)，該無人機(jī)套在樹干外徑飛行、能在旋翼停止轉(zhuǎn)動時(shí)緊固在樹干上，具有操作簡單、成本低、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)的作業(yè)方法，該方法無需復(fù)雜控制算法，操作簡單，尤其適用于高直樹干的作業(yè)。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)，包括機(jī)架、動力與控制機(jī)構(gòu)、中心緊固裝置，所述機(jī)架包括一固定盤和至少兩個(gè)機(jī)臂，所述固定盤為雙層、可拆卸、中空結(jié)構(gòu)，每個(gè)機(jī)臂起始端固定在固定盤上，沿固定盤上的拆卸線對稱分布；所述動力與控制機(jī)構(gòu)包括上槳旋翼、上槳電機(jī)、上槳電子調(diào)速器和飛控模塊，所述上槳旋翼設(shè)置在機(jī)臂的末端，上槳旋翼由上槳電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)動產(chǎn)生向下的風(fēng)力，飛控模塊通過上槳電子調(diào)速器控制上槳電機(jī)的轉(zhuǎn)動；所述中心緊固裝置設(shè)置在固定盤上，包括一用于在上槳旋翼停止轉(zhuǎn)動時(shí)將無人機(jī)緊固在作業(yè)樹干上的緊固裝置。本發(fā)明中的固定盤可拆卸且中空，從而可以將固定盤套在作業(yè)樹干外徑上作業(yè)，通過上槳旋翼轉(zhuǎn)動產(chǎn)生升力飛行，到達(dá)指定高度后，上槳旋翼停止轉(zhuǎn)動，緊固裝置將無人機(jī)緊固在作業(yè)樹干上，達(dá)到穩(wěn)定無人機(jī)在樹干高處的目的，免去持續(xù)提供給上槳旋翼的動力消耗，具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]優(yōu)選的，所述緊固裝置包括若干個(gè)可充放氣氣囊、充放氣泵和充放氣控制器，可充放氣氣囊均設(shè)置在中空的固定盤內(nèi)側(cè)，每個(gè)可充放氣氣囊分別與充放氣泵相連，充放氣泵、充放氣控制器、飛控模塊三者依次連接；可充放氣氣囊在充滿氣后構(gòu)成的類似圓環(huán)的內(nèi)徑小于作業(yè)樹干的外徑。從而可以在充氣后擠壓樹干，產(chǎn)生足夠摩擦力保證無人機(jī)在失去升力后仍然停滯在樹干高處。
[0009]作為一種優(yōu)選方式，所述無人機(jī)還包括若干個(gè)噴霧作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)噴霧作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括噴管、噴頭、水泵、連接軟管、噴霧作業(yè)控制器和藥箱，噴管頂部安裝有噴頭，底部與固定盤的上層盤連接，且上層盤上設(shè)有通孔，噴管通過該通孔與水泵連接；所述連接軟管一端連接水泵，另一端連接藥箱；飛控模塊通過噴霧作業(yè)控制器控制水泵運(yùn)行。所述藥箱可以為放置在地面上的藥箱也可以是普通無人機(jī)機(jī)載藥箱，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)所需噴藥量以及便攜程度進(jìn)行自由選擇。通過此方式，可以利用本發(fā)明的無人機(jī)進(jìn)行噴藥作業(yè)，由于無人機(jī)是套在樹干上，因此藥液是由下到上進(jìn)行噴射，因此可以對葉面下部進(jìn)行有效噴施，克服了原來的噴藥設(shè)備只能從上到下進(jìn)行噴射的問題。
[0010]更進(jìn)一步的，所述無人機(jī)還包括若干個(gè)噴霧驅(qū)動裝置，每個(gè)噴霧驅(qū)動裝置包括下槳旋翼、下槳電機(jī)、下槳電子調(diào)速器，所述下槳旋翼設(shè)置在機(jī)臂上；下槳旋翼由下槳電機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)動產(chǎn)生向上的風(fēng)力；飛控模塊通過下槳電子調(diào)速器控制下槳電機(jī)的轉(zhuǎn)動；所述噴管管體為直線型，并與固定盤保持一定傾角使得所述噴頭處于下槳旋翼的上方。藥液從噴頭噴出后，位于噴頭下方的下槳旋翼轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生向上的使霧滴擴(kuò)散的風(fēng)力，從而可以提高霧滴的穿透性和擴(kuò)散能力，提高樹葉背面噴施作業(yè)的效果。
[0011]作為另一種優(yōu)選方式，所述無人機(jī)還包括一機(jī)械手作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括若干個(gè)機(jī)械手、機(jī)械手控制裝置，所述機(jī)械手分布于固定盤上部或者下部，分別與機(jī)械手控制裝置連接，機(jī)械手控制裝置與飛控模塊連接。通過此方式，可以利用本發(fā)明的無人機(jī)進(jìn)行摘取作業(yè)，從下方摘取樹木果實(shí)，更方便操作。
[0012]作為另一種優(yōu)選方式，所述無人機(jī)還包括一拍攝作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括相機(jī)和相機(jī)控制器，所述相機(jī)設(shè)置于固定盤上方，相機(jī)控制器與飛控模塊相連。通過此方式，可以利用本發(fā)明的無人機(jī)進(jìn)行拍攝作業(yè)，便于觀察樹木的生長情況、判斷是否病變等。
[0013]優(yōu)選的，所述固定盤內(nèi)徑與外徑均為圓形，內(nèi)徑比作業(yè)樹干最大直徑稍大；固定盤分為上層盤和下層盤，上層盤和下層盤的拆卸線處分別設(shè)有連接孔，緊固螺絲通過所述連接孔將固定盤組裝成一個(gè)整體；所述上層盤和下層盤之間設(shè)有支撐鋁柱，一部分支撐鋁柱沿所述可充放氣氣囊外徑分布，一部分支撐鋁柱設(shè)置在固定盤內(nèi)徑對應(yīng)拆卸線位置。將支撐鋁柱沿所述可充放氣氣囊外徑分布設(shè)置，是為了限制充放氣氣囊擠壓空間，將支撐鋁柱設(shè)置在固定盤內(nèi)徑對應(yīng)拆卸線位置，是為了牢固固定盤雙層架構(gòu)。
[0014]更進(jìn)一步的，所述放置在固定盤內(nèi)部的物體沿圓心均勻分布，整個(gè)無人機(jī)的重心處于固定盤的圓心。從而使無人機(jī)飛行時(shí)更穩(wěn)定，盡量避免發(fā)生側(cè)向的摩擦。
[0015]優(yōu)選的，所述固定盤下方還設(shè)有腳支撐柱。從而可支撐飛行器，，方便機(jī)體拆裝操作，同時(shí)也方便拿取。
[0016]一種上述可拆分環(huán)柱式中空無人機(jī)的作業(yè)方法，包括以下步驟:
[0017](I)將固定盤拆分，然后將其套在待作業(yè)樹干外徑上，然后將固定盤組裝成一個(gè)整體；
[0018](2)啟動上槳旋翼，無人機(jī)上升至需要作業(yè)的高度保持懸停；
[0019](3)緊固裝置將無人機(jī)緊固在作業(yè)樹干上；
[0020](4)上槳旋翼停止轉(zhuǎn)動；無人機(jī)失去旋翼升力，依靠緊固裝置與樹干產(chǎn)生的摩擦力或者剪切力等穩(wěn)定保持在作業(yè)高度，不消耗動力電池能量。
[0021](5)安裝在無人機(jī)上的作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)；
[0022](6)作業(yè)完畢，再次啟動上槳旋翼，然后緊固裝置松開作業(yè)樹干；
[0023](7)無人機(jī)下降至地面，然后拆分固定盤，將其從樹干外徑取出。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟(3)中，緊固裝置中的充放氣控制器控制充放氣泵給可充放氣氣囊充氣，可充放氣氣囊充氣后擠壓作業(yè)樹干產(chǎn)生足夠摩擦力。從而可以在步驟(4)上槳旋翼停止轉(zhuǎn)動后仍能保證無人機(jī)停滯在樹干高處。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟(5)中，作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為執(zhí)行噴藥作業(yè)的噴霧作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行摘取作業(yè)的機(jī)械手作業(yè)