一种农用植保无人机的自动补给装置及智能自助补给系统的制作方法

本发明涉及农业无人机技术领域，特别是涉及一种农用植保无人机的自动补给装置及智能自助补给系统。

背景技术：

无人机由于其飞行操控方便且稳定性高的特点，已被广泛应用于无人机喷药，由于无人机喷药一次能够携带的药液有限，因此植保无人机需要频繁往复补药以及充电，不仅浪费电能，而且影响工作效率。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够自动为植保无人机补充药液的农用植保无人机的自动补给装置及智能自助补给系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明的农用植保无人机的自动补给装置，其包括座体，所述座体上安装有无人机对接装置、补液装置以及药舱；所述无人机对接装置与植保无人机对接，以使得所述植保无人机相对于所述座体固定定位；所述补液装置用于与所述植保无人机的药箱对接并汲取所述药舱内的药液注入所述药箱中。

进一步地，所述药箱上安装有第一对接接头；所述补液装置包括能够与所述第一对接接头对接的第二对接接头；

所述第二对接接头能够在低位与高位之间切换；

所述第二对接接头通过位姿转换装置安装在所述座体上；所述位姿转换装置使得所述第二对接接头处于低位时为平置状态，且所述第二对接接头处于高位时为竖置状态。

进一步地，所述位姿转换装置包括升降座，所述第二对接接头上固定有转轴，所述转轴转动安装在所述升降座上；

所述转轴上还固定安装有姿态转换齿轮，所述座体上安装有姿态转换齿条，所述姿态转换齿轮从所述姿态转换齿条的一端运动至另一端后其转动90°；所述姿态转换齿轮能够与所述姿态转换齿条脱开，当两者脱开后，所述第二对接接头相对于所述座体固定。

进一步地，所述姿态转换齿条的两端均设置有导引轨道，所述导引轨道具备贯穿其长度方向的滑槽；所述转轴的轴端为四方形，即其具有两组相对的平面；当所述姿态转换齿轮与所述姿态转换齿条脱开后，所述转轴的轴端置于姿态转换齿条的其中一侧所述导引轨道的滑槽内。

进一步地，所述座体上还安装有自动换电池装置。

一种农用植保无人机的智能自助补给系统，其包括上述的农用植保无人机的自动补给装置，还包括补给总站与移动车体；所述农用植保无人机的自动补给装置安装在所述移动车体上；所述补给总站能够为所述药舱补充药液。

有益效果：本发明的农用植保无人机的自动补给装置及智能自助补给系统中，自动补给装置能够为植保无人机自动补充药液，智能自助补给系统的移动车体可载着自动补给装置跟随植保无人机运动，使得植保无人机能够就近降落补给药液，减少不必要的电能损耗，节省补给时间，提升工作效率。

附图说明

附图1为农用植保无人机的自动补给装置的立体结构图；

附图2为农用植保无人机的自动补给装置的正视图；

附图3为补液装置的结构图；

附图4为补液装置的第一状态图；

附图5为补液装置的第二状态图；

附图6为转轴的结构图；

附图7为无人机对接装置的结构图；

附图8为无人机对接装置的第一状态图；

附图9为无人机对接装置的第二状态图；

附图10为植保无人机与无人机对接装置对接后两者的组合状态图；

附图11为自动换电池装置的结构图；

附图12为电池充电座与升降驱动组件的组合图；

附图13为智能自助补给系统的系统构成图。

图中：座体1；无人机对接装置2；定位爪手21；手指部211；v字定位部212；连杆213；滑块214；丝杠215；第二过渡齿轮216；传动齿轮217；丝杠电机218；开合驱动组件22；驱动轴221；开合电机222；中间轴223；第一过渡齿轮224；同步带组件225；补液装置3；第二对接接头31；升降座32；转轴33；姿态转换齿轮34；姿态转换齿条35；导引轨道36；滑槽361；升降驱动丝杠37；药舱4；植保无人机5；药箱51；第一对接接头52；无人机本体53；喷药装置54；喷头541；移动车体6；补给总站7；第三对接接头71；辅助定位装置8；起落架81；横置杆811；竖置杆812；自动换电池装置9；移动座91；取放爪手92；爪手座921；推挤部9211；推杆922；夹持爪923；连接杆924；复位弹簧925；齿轮93；齿条94；齿轮轴95；保持部951；保持导轨96；保持槽961；移动丝杠97；平移电机98；电池充电座10；充电舱101；升降驱动组件20；升降滑座201；升降丝杠202；升降电机203。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1与附图2所示的农用植保无人机的自动补给装置，其包括座体1，所述座体1上安装有无人机对接装置2、补液装置3以及药舱4；所述无人机对接装置2与植保无人机5对接，以使得所述植保无人机相对于所述座体1固定定位；所述补液装置3用于与所述植保无人机5的药箱51对接并汲取所述药舱4内的药液注入所述药箱51中。

植保无人机5除了药箱51外还包括无人机本体53与喷药装置54，药箱51安装在无人机本体53的底部，药箱51的下端安装有第一对接接头52；喷药装置54包括多个喷头541，且喷药装置54连接药箱51，其可汲取药箱51内的药液并从喷头541喷出，以实现为农田喷药。

如附图3所示，所述补液装置3包括能够与所述第一对接接头52对接的第二对接接头31；所述第二对接接头31能够在低位与高位之间切换；所述第二对接接头31通过位姿转换装置安装在所述座体1上；所述位姿转换装置使得所述第二对接接头31处于低位时为平置状态，且所述第二对接接头31处于高位时为竖置状态。第二对接接头31与药舱4连接，补液装置3不仅能通过第二对接接头31输出药液给植保无人机5的药箱51，还能通过第二对接接头31向药舱4内补充药液。

通过如上设置，当第二对接接头31处于低位时，其处于水平状态(如附图4所示)，外部的补给总站7上的第三对接接头71能够方便地与第二对接接头31对接以向药舱4内输送药液；当第二对接接头31处于高位时，其处于竖置状态(如附图5所示)，由于第一对接接头52处于药箱51的底部，其能够方便地与第一对接接头52对接。

优选地，所述位姿转换装置包括升降座32，所述第二对接接头31上固定有转轴33，所述转轴33转动安装在所述升降座32上；所述转轴33上还固定安装有姿态转换齿轮34，所述座体1上安装有姿态转换齿条35，所述姿态转换齿轮34从所述姿态转换齿条35的一端运动至另一端后其转动90°；所述姿态转换齿轮34能够与所述姿态转换齿条35脱开，当两者脱开后，所述第二对接接头31相对于所述座体1固定。

通过上述结构，位姿转换装置能够使第二对接接头31在从高位向低位的过程中、或从地位向高位运动的过程中自动完成姿态变换，无需另外设置动力元件控制第二对接接头31运动，使得控制简单，通过机械结构建立了第二对接接头31的姿态与位置之间的关系，使得自动补给装置运行稳定，不会出现对接第二对接接头31姿态不对导致对接失败的情形。升降座32的升降运动由升降驱动丝杠37驱动。

进一步地，所述姿态转换齿条35的两端均设置有导引轨道36，所述导引轨道36具备贯穿其长度方向的滑槽361；所述转轴33的轴端为四方形，即其具有两组相对的平面，两对相对的平面之间的距离均为第一距离，滑槽361的槽宽也为第一距离；当所述姿态转换齿轮34与所述姿态转换齿条35脱开后，所述转轴33的轴端置于姿态转换齿条35两侧的其中一侧所述导引轨道36的滑槽361内。即：当姿态转换齿轮34位于姿态转换齿条35的第一侧时，转轴33的轴端置于姿态转换齿条35的第一侧的导引轨道36的滑槽361内，其一组相对的平面分别与滑槽361的两测槽壁接触；当姿态转换齿轮34位于姿态转换齿条35的第二侧时，转轴33的轴端置于姿态转换齿条35的第二侧的导引轨道36的滑槽361内，其另一组相对的平面分别与滑槽361的两测槽壁接触。

通过上述结构，可使姿态转换齿轮34相对于姿态转换齿条35脱开后，第二对接接头31相对于升降座32保持固定，如此一方面可使第二对接接头31与其他对接接头对接时保持第二对接接头31的稳定，另一方面，可使姿态转换齿轮34与姿态转换齿条35从脱开状态向啮合状态过渡时，两者可以顺利啮合，不会出现卡死现象。

植保无人机5上具有用于与无人机对接装置2对接的辅助定位装置8，辅助定位装置8包括对称安装在所述无人机的下端的两个起落架81，所述起落架81呈u字形，其包括横置杆811以及分别将所述横置杆811的两端连接所述无人机的本体的两个竖置杆812。

如附图7-10所示，所述无人机对接装置2包括两组定位爪手21以及开合驱动组件22，每组所述定位爪手21均包括两个可相对作靠近或远离运动的手指部211；所述手指部211上具备v字定位部212；所述开合驱动组件22能够驱动两组定位爪手21作开合运动。

所述开合驱动组件22包括两个相互平行且等速反向转动的驱动轴221，两个所述驱动轴221分别用于驱动两个所述定位爪手21运转。

采用上述结构，无人机对接装置2对植保无人机5进行定位的过程如下：初始状态下(如附图8-9所示)，两组定位爪手21处于合拢状态，且每组定位爪手21包含的两个手指部211处于相互靠近状态，植保无人机5飞行至第一指定位置，并在第一指定位置悬停，此时，两组定位爪手21的v字定位部212均置于两个横置杆811之间；然后，控制器控制两组定位爪手21切换至散开状态，过程中两组定位爪手21的两组v字定位部212相互远离，分别作用于两个横置杆811，当两组v字定位部212之间的距离达到最大，每个横置杆811均置于其接触的v字定位部212的槽底位置；最后，开合驱动组件22运转，驱动两组定位爪手21由合拢状态切换至远离状态，当两组定位爪手21之间的距离达到最大，同一定位爪手21的两个v字定位部212分别抵住其对应的起落架81的两个竖置杆812，如此，即完成了对无人机的定位(如附图10所示)。

优选地，所述定位爪手21还包括连杆213与滑块214；所述v字定位部212铰接在所述手指部211上；所述连杆213始终与所述手指部211平行，所述连杆213的两端分别铰接在所述v字定位部212与所述滑块214上，滑块214相对于驱动轴221滑动安装，滑块214能相对于驱动轴221轴向滑动，而不能相对于驱动轴221转动。如此，由于连杆213始终与所述手指部211平行，连杆213上的两个铰接中心与手指部211上的两个铰接中心构成平行四边形的四个角点，当驱动轴221转动时，连杆213与手指部211同步转动，以使得两组定位爪手21作开合运动，由于平行四边形的特性，v字定位部212的姿态能够保持不变。

上述驱动轴221由开合电机222驱动运转，所述开合驱动组件22两个中间轴223，两个中间轴223上分别转动安装有第一过渡齿轮224，两个第一过渡齿轮224相互啮合，两个驱动轴221通过两组同步带组件225分别与两个第一过渡齿轮224驱动连接。其中一个驱动轴221与开合电机222直接驱动连接，如此，可实现两个驱动轴221等速反向转动；

上述两个中间轴223上还分别转动安装有第二过渡齿轮216，两个第二过渡齿轮216相互啮合，两个丝杠215上分别固定有传动齿轮217，两个传动齿轮217分别与两个第二过渡齿轮216啮合，其中一个丝杠215与丝杠电机218驱动连接，如此可实现一个丝杠电机218驱动两个丝杠215运转。

每组所述定位爪手21所包含的两个所述手指部211均由丝杠215驱动运转，所述丝杠215的两端分别设置左旋螺纹与右旋螺纹，两个所述手指部211上对应于所述左旋螺纹与右旋螺纹的丝杠螺母。如此，同一丝杠215能够驱动两个手指部211作开合运动。

优选地，所述座体1上还安装有自动换电池装置9与电池充电座10。如此，自动补给装置不仅能够为植保无人机5补充药液，还能够为植保无人机5更换电池，可同时解决植保无人机5续航短与需要频繁补充药液的问题，无需人工值守即可实现电池更换与补充药液。所述电池充电座10具备多个用于容置电池的充电舱101，所述自动换电池装置9用于在所述无人机与所述电池充电座10之间取换电池。

自动换电池装置9包括所述自动换电池装置9包括能够在所述无人机对接装置2与所述电池充电座10之间运动的取放爪手92。

如附图11所示，所述自动换电池装置9还包括往复运动的移动座91；所述取放爪手92能够随着所述移动座91转动，并能够相对所述移动座91翻转设定角度，以使得所抓取的电池的头部对着植保无人机或对着所述电池充电座10。当取放爪手92需要对植保无人机进行装、卸电池的作业时，取放爪手92的头部朝向植保无人机，当取放爪手92需要对电池充电座10进行装、卸电池的作业时，取放爪手92的头部朝向电池充电座10。

优选地，为了使得对自动换电池装置9的控制变得简单，移动座91的平移运动与取放爪手92的翻转运动之间能够联动，具体地，所述取放爪手92包括爪手座921，所述爪手座921通过齿轮轴95转动安装在所述移动座91上；所述移动座91上还转动安装有齿轮93，所述机座1上固定安装有能够与所述齿轮93啮合的齿条94；所述齿轮93与所述爪手座921之间具有传动关系，以使得所述爪手座921随着所述齿轮93转动；所述齿轮轴95上形成有保持部951，所述保持部951具备两个相互平行且相对距离为第一距离的面；所述机座1上还安装有两个保持导轨96，所述保持导轨96上形成有供所述保持部951进出的保持槽961，所述保持槽961的宽度与所述第一距离相等；两个所述保持导轨96置于所述齿条94的两端，当所述齿轮93与所述齿条94脱开，所述保持部951进入所述保持导轨96的保持槽961并相对于保持槽961滑动。所述移动座91被移动丝杠97驱动移动，所述移动丝杠97与平移电机98驱动连接。

如附图12所示，所述电池充电座10通过升降驱动组件20安装在所述机座1上，所述升降驱动组件20包括升降滑座201、升降丝杠202以及升降电机203，所述电池充电座10安装在所述升降滑座201上；所述升降滑座201被所述升降丝杠202驱动以作升降运动，所述升降电机203与所述升降丝杠202驱动连接。

通过上述结构，自动换电池装置9执行换电池的过程如下：在没有任务执行的闲置状态下，取放爪手92的头部朝着植保无人机定位装置2，保持部951置于靠近植保无人机定位装置2的保持导轨96的保持槽961内，此时，爪手座921无法相对于移动座91转动只能相对于机座1滑动；当植保无人机被植保无人机定位装置2固定后，控制升降驱动组件20运转使电池充电座10上空的充电舱101与取放爪手92平齐，驱动平移电机98运转，以控制移动座91先向植保无人机移动到第一限位，取放爪手92取到旧电池后，驱动平移电机98反转，移动座91反向平移，平移过程中，保持部951运动至当前所在保持槽961的末端并脱出保持槽961，在保持部951脱离保持槽961的时候，齿轮93与齿条94对接建立啮合关系，随着移动座91的移动，齿轮93与齿条94的啮合关系使得爪手座921翻转180度，如此，取放爪手92的端部朝向电池充电座10。爪手座921翻转180度后，齿轮93脱离齿条94，保持部951进入靠近电池充电座10一侧保持导轨96的保持槽961，如此爪手座921后续只能相对于机座1滑动而不能相对于移动座91转动，当移动座91运动至第二限位，取放爪手92将旧电池装入空的充电舱101中。然后，控制移动座91反向平移设定距离，并控制升降驱动组件11运转，使得电池充电座10上一个装着充满电的电池的充电舱101与取放爪手92齐平，再控制移动座91运动至第二限位，使得取放爪手92取到新电池；然后再控制移动座91反向运动至第一限位，将电池装入植保无人机的电池舱内，最后，控制移动座91回到初始位置。

一种农用植保无人机的智能自助补给系统，如附图13所示，其包括上述的农用植保无人机的自动补给装置，还包括补给总站7与移动车体6；所述农用植保无人机的自动补给装置安装在所述移动车体6上，如此移动车体6能够载着自动补给装置移动，移动车体6上具有自动导航模块，自动导航模块可根据调度任务智能在田野中的可行走区域中进行智能避障行走，并尽量接近植保无人机5，方便植保无人机5随时停靠；所述补给总站7能够为所述药舱4补充药液，补给总站7具有能够与第二对接接头31对接的第三对接接头71，当自动补给装置中药液不足时，移动车体6带着自动补给装置运动至补给总站7旁的特定位置，然后，补给总站7的第三对接接头71与第二对接接头31对接以实现补给总站7与药舱4的连接，然后补给总站7输出药液给药舱4以实现对药舱4的补给。

本发明的农用植保无人机的自动补给装置及智能自助补给系统中，自动补给装置能够为植保无人机自动补充药液，智能自助补给系统的移动车体可载着自动补给装置跟随植保无人机运动，使得植保无人机能够就近降落补给药液，减少不必要的电能损耗，节省补给时间，提升工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。