一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置及其作业方法

本发明涉及农业装备,更具体地说,它涉及一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置及其作业方法。

背景技术：

1、农业无人机在大面积作业过程中需要频繁补充电池和肥料。现有地面补给装置采用单工位串行作业模式,无人机依次完成降落、换电、补肥、起飞的流程,单次补给耗时较长且同一时间只能服务一架无人机。部分装置将换电位和加肥位分离布置,无人机需要在两个工位之间二次移动,增加了定位误差和作业时间。固定起降平台受风力和gps漂移影响,无人机停位偏差较大,机械臂抓取电池或对接加注口时对位困难。这些技术缺陷导致补给效率低,制约了农业无人机的连续作业能力。

技术实现思路

1、本发明提供一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置及其作业方法，解决相关技术中单工位串行作业导致补给效率低、换电与补肥功能分离导致集成度低、固定起降平台对位精度不足以及车载移动性与作业稳定性相矛盾的技术问题。

2、本发明公开了一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，包括：自动驾驶底盘，顶部固定安装大平台；降落平台，通过滑块与大平台上表面沿横向设置的平行导轨滑动配合，降落平台上表面划分为左侧工位区域和右侧工位区域；平台驱动机构，包括固定于大平台的平台驱动电机本体和滚珠丝杠，平台驱动电机输出轴通过联轴器连接滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母固定连接于降落平台底部，驱动降落平台沿平行导轨横向移动；居中机械臂换电装置，包括固定于大平台中部且位于两条平行导轨之间的机械臂底座、固定于机械臂底座顶部的六轴机械臂以及固定于六轴机械臂末端的电池夹爪，六轴机械臂的作业范围同时覆盖左侧工位区域和右侧工位区域；两轴加料装置，包括固定于大平台后端的立柱、沿竖直方向驱动的升降气缸组件、沿水平方向驱动的水平伸缩臂以及固定于水平伸缩臂前端的加注头，立柱顶部固定料斗，料斗出料口与加注头之间通过柔性输料管连接。

3、进一步地，降落平台的左右两侧边缘各对称设置两组夹紧定位气缸，每组夹紧定位气缸的夹紧定位气缸缸体通过支座固定于降落平台上表面，夹紧定位气缸推杆伸出方向相向布置，夹紧定位气缸推杆末端固定v形推块，v形推块表面设有弹性缓冲垫，四组夹紧定位气缸同时伸出时，v形推块从四个方向推动无人机起落架，使无人机在降落平台上居中定位。

4、进一步地，降落平台上方设有视觉传感器，视觉传感器通过支架固定于大平台，用于识别无人机实际停位，控制系统根据视觉传感器反馈的位置信息控制平台驱动电机本体驱动降落平台横向移动完成粗调，随后夹紧定位气缸伸出完成精确定位。

5、进一步地，电池夹爪采用气动平行夹爪形式，电池夹爪的气动平行夹爪手指内侧固定安装柔性夹持块，柔性夹持块表面开设有与无人机电池外形匹配的定位槽。

6、进一步地，大平台的左右两侧各设置一组电池充电仓，左侧电池充电仓位于机械臂底座左侧，右侧电池充电仓位于机械臂底座右侧，两组电池充电仓的开口方向均朝向机械臂底座，每组电池充电仓包含多层充电位，各充电位内设有电池插接接口和充电电路。

7、进一步地，各充电位采用抽屉式结构，电池托盘通过直线导轨与充电位框架滑动连接，推杆气缸的缸体固定于充电位框架后侧，推杆气缸的推杆与电池托盘后端固定连接，推杆气缸驱动电池托盘向外伸出，使电池部分露出充电位。

8、进一步地，升降气缸组件包括升降气缸和导向立柱，升降气缸缸体通过支座固定于立柱侧面，升降气缸活塞杆竖直向上布置，导向立柱平行于立柱布置且通过支座固定于立柱侧面，导向立柱上滑动配合有导向套，导向套通过连接板与升降气缸活塞杆固定连接。

9、进一步地，水平伸缩臂包括水平伸缩臂固定套筒和水平伸缩臂伸缩套筒，水平伸缩臂固定套筒通过连接板固定于升降气缸活塞杆末端和导向套，水平伸缩臂伸缩套筒嵌套于水平伸缩臂固定套筒内，水平伸缩臂伸缩套筒与水平伸缩臂固定套筒之间通过滑动导轨和滑块配合实现导向，伸缩气缸缸体固定于水平伸缩臂固定套筒内侧，伸缩气缸活塞杆末端与水平伸缩臂伸缩套筒后端固定连接，加注头通过连接座固定于水平伸缩臂伸缩套筒前端。

10、进一步地，加注头内设有电磁计量阀和流量传感器，加注头末端设有快速对接接头，快速对接接头为锥形套筒结构，内侧设有密封圈，锥形套筒插入无人机肥箱加注口后通过密封圈形成密封连接。

11、进一步地，加注头下方设有视觉传感器，视觉传感器通过支架固定于水平伸缩臂前端，用于识别无人机肥箱加注口位置，控制系统根据视觉传感器反馈微调升降气缸和伸缩气缸的伸出量，使加注头对准无人机肥箱加注口。

12、本发明公开了一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置的作业方法，包括：自动驾驶底盘行驶至田间指定补给点，无人机降落至降落平台的工位区域；视觉传感器识别无人机实际停位，控制系统控制平台驱动电机驱动降落平台横向移动完成粗调，随后夹紧定位气缸伸出完成精确定位；六轴机械臂对当前工位区域的无人机执行换电操作，同时升降气缸组件和水平伸缩臂驱动加注头移动至另一工位区域的无人机肥箱加注口处执行补肥操作；当前工位换电完成后，降落平台横向移动切换工位，六轴机械臂与两轴加料装置分别对两个工位区域交替执行换电和补肥任务；单架无人机完成换电和补肥后，夹紧定位气缸缩回，无人机起飞继续作业，下一架无人机降落至空闲工位区域进入循环。

13、本发明通过降落平台的横向移动使单一机械臂同时服务两个工位区域,实现换电与补肥的并行作业,解决了单工位串行作业效率低的技术问题,取得了提升补给效率的技术效果。通过粗降落加精定位的两级对位策略,降落平台横向移动实现粗调,夹紧定位气缸实现精确对中,解决了固定起降平台对位精度不足的技术问题,取得了提高机械臂抓取成功率的技术效果。通过在单一车载平台上集成自动换电和加注功能,无人机无需在换电位和加肥位之间二次移动,解决了换电与补肥功能分离导致设备集成度低的技术问题,取得了降低设备复杂度和控制难度的技术效果。

1.一种农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，降落平台（4）的左右两侧边缘各对称设置两组夹紧定位气缸，每组夹紧定位气缸的夹紧定位气缸缸体（11）通过支座固定于降落平台（4）上表面，夹紧定位气缸推杆（12）伸出方向相向布置，夹紧定位气缸推杆（12）末端固定v形推块（13），v形推块（13）表面设有弹性缓冲垫（33），四组夹紧定位气缸同时伸出时，v形推块（13）从四个方向推动无人机起落架，使无人机在降落平台（4）上居中定位。

3.根据权利要求2所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，降落平台（4）上方设有视觉传感器，视觉传感器通过支架固定于大平台（2），用于识别无人机实际停位，控制系统根据视觉传感器反馈的位置信息控制平台驱动电机本体（5）驱动降落平台（4）横向移动完成粗调，随后夹紧定位气缸伸出完成精确定位。

4.根据权利要求1所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，电池夹爪（16）采用气动平行夹爪形式，电池夹爪（16）的气动平行夹爪手指（34）内侧固定安装柔性夹持块（35），柔性夹持块（35）表面开设有与无人机电池外形匹配的定位槽（36）。

5.根据权利要求1所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，大平台（2）的左右两侧各设置一组电池充电仓，左侧电池充电仓（17）位于机械臂底座（14）左侧，右侧电池充电仓（18）位于机械臂底座（14）右侧，两组电池充电仓的开口方向均朝向机械臂底座（14），每组电池充电仓包含多层充电位，各充电位内设有电池插接接口和充电电路。

6.根据权利要求5所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，各充电位采用抽屉式结构，电池托盘通过直线导轨与充电位框架滑动连接，推杆气缸的缸体固定于充电位框架后侧，推杆气缸的推杆与电池托盘后端固定连接，推杆气缸驱动电池托盘向外伸出，使电池部分露出充电位。

7.根据权利要求1所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，升降气缸组件包括升降气缸和导向立柱（22），升降气缸缸体（20）通过支座固定于立柱（19）侧面，升降气缸活塞杆（21）竖直向上布置，导向立柱（22）平行于立柱（19）布置且通过支座固定于立柱（19）侧面，导向立柱（22）上滑动配合有导向套（23），导向套（23）通过连接板与升降气缸活塞杆（21）固定连接。

8.根据权利要求7所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，水平伸缩臂包括水平伸缩臂固定套筒（24）和水平伸缩臂伸缩套筒（25），水平伸缩臂固定套筒（24）通过连接板固定于升降气缸活塞杆（21）末端和导向套（23），水平伸缩臂伸缩套筒（25）嵌套于水平伸缩臂固定套筒（24）内，水平伸缩臂伸缩套筒（25）与水平伸缩臂固定套筒（24）之间通过滑动导轨（37）和滑块（38）配合实现导向，伸缩气缸缸体（26）固定于水平伸缩臂固定套筒（24）内侧，伸缩气缸活塞杆（27）末端与水平伸缩臂伸缩套筒（25）后端固定连接，加注头（29）通过连接座固定于水平伸缩臂伸缩套筒（25）前端。

9.根据权利要求1所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，加注头（29）内设有电磁计量阀和流量传感器，加注头（29）末端设有快速对接接头（39），快速对接接头（39）为锥形套筒结构，内侧设有密封圈（40），锥形套筒插入无人机肥箱加注口后通过密封圈（40）形成密封连接。

10.根据权利要求9所述的农业无人机车载自动换电补肥一体化装置，其特征在于，加注头（29）下方设有视觉传感器，视觉传感器通过支架固定于水平伸缩臂前端，用于识别无人机肥箱加注口位置，控制系统根据视觉传感器反馈微调升降气缸和伸缩气缸的伸出量，使加注头（29）对准无人机肥箱加注口。