一种用于大棚内的多用途无人机植保系统及其作业方法与流程

本发明涉及一种用于大棚内的多用途无人机植保系统及其作业方法。

背景技术：

在农业领域为了对抗病虫害和避免杂草对农产品的损害，要随时监控农作物的生长情况，当发生病虫害和出现杂草后要使用相应的杀虫剂、杀菌剂和除草剂等化学药剂。而现在农业生产中采用大棚种植的越来越多，而在相对密闭的大棚内喷洒使用具有一定毒性的化学药剂容易对人体造成更大的危害，因此现在为了保障人身安全和提高植保效率，自动化的植保系统越来越多，通常无需人员进入大棚以避免人员受到化学药剂的毒害。现有自动化植保系统具有监测作物生产情况、识别病虫害植株和杂草、自动进行针对性药剂喷洒等功能，但是在具体应用上现有的植保系统还有各种问题。例如针对不同病害、虫害和杂草所要使用的药剂不同，不同危害程度下药液稀释的配比也不同，因此在实际进行植保过程中必须根据识别结果选择药液和配比。铺设固定管道的植保系统由于管道铺设拆除耗时耗力，并且会影响农业机械的行走，农业机械运行可能导致管道出现破损，从而泄漏药液造成土壤毒害，因此现在药液释放很多会在大棚内设置无人机携带药液对识别出有问题的作物区域进行喷洒的技术方案，但这样如果无人机一次只携带一种药液，则出现多种问题时，无人机需要在一定时间内多次往返配制药液的位置和不同施药位置，移动距离大幅增加，效率低并且对无人机的路径计算复杂，容易出错；如果采用多个无人机则会导致设备成本大幅增加，同时无人机数量增多还对控制软件有更高的要求。无人机一次携带多种药液，又会出现每种药液携带量有限，在进行较多地点的施药过程中受带药量限制，仍需要多次往返配制药液的位置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于大棚内的多用途无人机植保系统及其作业方法，以解决现有技术中由于需要根据病虫害情况使用不同种类和配比的药液进行喷洒，导致现有无人机需要多次往返，耗能多，成本高，控制复杂，对控制系统要求较高的技术问题。

所述的一种用于大棚内的多用途无人机植保系统，包括控制中心和无人机，还包括棚内定位控制模块、能同时配制储存多种药液的药液配制装置、在大棚内均匀布置的若干植保单元和将药液输送到各个植保单元的管路系统，所述管路系统包括药液转送台、主管道、药液软管和可移动连接块，所述药液配制装置通过所述主管道向大棚内输送药液，所述药液转送台通过所述药液软管连接所述可移动连接块，所述植保单元包括药液进入接口、监测组件、药液喷洒机构和支撑结构，所述可移动连接块与所述药液进入接口可拆卸连接，所述无人机用于搬运所述可移动连接块并连接到所述药液进入接口，所述监测组件用于监控作物的生长情况，所述药液喷洒机构用于药液喷洒，所述棚内定位控制模块与所述无人机和所述植保单元无线通信并依据无线信号对所述无人机和所述植保单元定位，所述控制中心用于根据采集的数据识别作物生长情况、作物生长问题的类型和位置并据此发出相应的控制指令。

优选的，所述支撑结构顶部还安装有单元上组件，所述单元上组件的上壳体上设有接口连接机构，所述接口连接机构包括滑动套接在所述上壳体后端的连接套件、连接电机、转盘和驱动连杆，所述连接电机设于所述上壳体内，所述连接电机的输出轴垂直安装有所述转盘，所述转盘外侧铰接所述驱动连杆一端，所述连杆另一端连接到所述连接套件，所述连接套件上面设有放置所述可移动连接块的连接块定位槽，连接块定位槽的后端封闭并在接口连接过程中将所述可移动连接块压向所述药液进入接口实现连接。

优选的，所述可移动连接块包括下部为矩形的块体和位于所述块体内的连接管道，所述块体前侧下部设有用于连接所述药液进入接口的快接接口，所述块体的后侧上部设有连接所述药液软管的软管接口一，所述可移动连接块置于所述连接块定位槽时，所述软管接口一位于所述连接块定位槽外。

优选的，所述药液转送台包括主转送台和单元转送台，所述所述主管道依次连接各个主转送台，每个主转送台对应一列所述植保单元，所述单元转送台一一对应设于每个植保单元的上壳体前端，所述药液转送台均包括有台体和设于台体内的转送管道，所述台体上设有凸出部分和用于放置所述可移动连接块的连接块凹槽，所述凸出部分位于所述连接块凹槽的后方，所述凸出部分上设置有连通所述转送管道的软管接口二。

优选的，所述支撑结构包括立柱，所述药液喷洒机构包括设于所述立柱上的移动机构和电动伸缩管，所述电动伸缩管设于所述移动机构的活动端，电动伸缩管的进水端通过连接管路连通所述药液进入接口，所述电动伸缩管包括若干节依次套接的节段管，每个节段管的伸出部分均设有垂直伸出的喷液支管，所述喷液支管的伸出端设有雾化喷嘴，所述连接管路上设有加压泵。

优选的，所述监测组件包括安装在所述立柱上的监测摄像头和安装在各个喷液支管上的近景摄像头，所述近景摄像头的朝向与所述雾化喷嘴的朝向相同。

优选的，所述单元上组件还包括有智能信息终端，所述智能信息终端与所述棚内定位控制模块无线通信，所述接口连接机构还设有确定所述接口所述智能信息终端与所述可移动连接块上的快接接口位置的位置感应器，所述位置感应器、所述监测组件向所述智能信息终端发送信息，所述智能信息终端控制所述电动伸缩管、所述加压泵和所述接口连接机构，所述智能信息终端还用于发出定位信号。

本发明还提供了一种用于大棚内的多用途无人机植保系统的作业方法，包括下列步骤：

步骤1.通过监测摄像头采集作物的生长图像，控制中心识别出有生长问题的图像和相应植株的位置，并由图像找到对应的植保单元；

步骤2.控制对应植保单元的电动伸缩管将相应雾化喷嘴和近景摄像头移动到相应植株处进行近景图像采集，并识别出生长问题的类型和严重程度；

步骤3.根据生长问题的类型和严重程度配置相应的药液，存在多种问题和严重程度时，将不同种类和配比的药液储存在不同的容器内；

步骤4.确定图像有生长问题的必经植保单元，选择最近的主转送台，由最近的无人机将该主转送台上的可移动连接块搬运到邻近的植保单元处并连接相应的药液进入接口；

步骤5.无人机将当前植保单元的单元转送台上的可移动连接块搬运到相邻的下一个植保单元并连接相应的药液进入接口，无人机重复搬运可移动连接块直至将管路连接到所有必经植保单元，完成管路系统的连接；

步骤6.打开管路系统上相应的阀门和所述植保单元上的加压泵和对应的雾化喷嘴，实现对植株的药液喷洒。

步骤7.完成喷洒后关闭加压泵、雾化喷嘴和阀门，打开所述接口连接机构让药液进入接口与可移动连接块分离，再由无人机依次将各个可移动连接块搬运到各个对应的药液转送台。

优选的，所述步骤4还包括，所述必经植保单元有多个，控制中心根据植保单元位置建立从主转送台开始的n个管路设置路径，n不大于该大棚内无人机数量，所述管路设置路径满足经过所有必经植保单元，同时经过的其他植保单元的数量最少。

本发明的优点在于：(1)本发明中无人机的作用是根据出现生长问题的植株位置建立临时的管路系统实现对特定位置在一段时间内的药液喷洒，由于无人机仅仅是搬运可移动连接块进行药液软管的连接，自身无需携带药液，因此避免了药液喷洒量大于无人机上药液容量导致的由于药液不足频繁往返的问题。并且建立管路系统只需要无人机沿每列植保单元飞行，通过有限次停留连接接口就能实现管路系统的临时建立，总的飞行路程大大减少，管路系统建立后运行所需能源较少并且借助管路系统控制药液喷洒量也比较方便，减少了能耗，避免了无人机多次往返造成的控制要求提高。

(2)本装置应用中，由于无需事先铺设管路，植保单元插入固定即可，各个植保单元通过发出无线信号就能比较容易地被棚内定位控制模块定位，便于实现无人机的移动路线的设定。因此本方案中各部分的设置比较简单，在没有喷洒药液的时候，药液软管卷收在相应的药液转送台处，因此也不影响农业机械的行走使用，能不用担心管路被农业机械破坏造成药液漏出。因此设置简单、不影响农业机械使用，安全性较高。

(3)本方案中主管道与储存不同药液的容器连通，因此能选择输送不同药液，由于是利用临时建立的管路系统进行药液输送，因此改变药液种类只需要改变输入药液接口的阀门开闭情况即可，无人机无需额外移动，并能保证药液输送的持续性和稳定性。

附图说明

图1为本发明各组件模块的信号连接示意图(实线箭头表示有线连接，虚线箭头表示无线连接)。

图2为本发明在大棚中各组件的排布结构图。

图3为本发明中植保单元和主转送台之间进行管路连接时的结构示意图。

图4为本发明中单元上组件的俯视图。

图5为本发明中主转送台的结构示意图。

图6为本发明中主转送台与可移动连接块分开后的结构示意图。

图7为本发明中无人机的结构示意图。

图8为本发明中电动伸缩管和喷液支管的结构示意图。

附图的附图标记如下：1、主管道，2、主转送台，21、台体，211、连接块凹槽，22、凸出部分，221、软管接口二，222、绞盘，23、t型支架，3、药液配制装置，4、植株，5、大棚，6、植保单元，61、立柱、62、电动伸缩管，621、节段管，622、喷液支管，623、近景摄像头，624、雾化喷嘴，63、监测摄像头，64、移动机构，65、连接套件，651、连接块定位槽，66、转盘，67、单元转送台，68、上壳体，69、驱动连杆，7、可移动连接块，71、块体，72、快接接口，73、软管接口一，8、无人机，81、机体，82、降落架，83、夹紧臂，9、药液软管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-8所述，本发明提供了一种用于大棚内的多用途无人机植保系统，包括控制中心、无人机8、棚内定位控制模块、能同时配制储存多种药液的药液配制装置3、在大棚5内均匀布置的若干植保单元6和将药液输送到各个植保单元6的管路系统，所述管路系统包括药液转送台、主管道1、药液软管9和可移动连接块7，所述药液配制装置3通过所述主管道1向大棚5内输送药液，所述药液转送台通过所述药液软管9连接所述可移动连接块7，所述植保单元6包括药液进入接口、监测组件、药液喷洒机构和支撑结构，所述可移动连接块7与所述药液进入接口可拆卸连接，所述无人机8用于搬运所述可移动连接块7并连接到所述药液进入接口，所述监测组件用于监控作物的生长情况并采集数据，所述药液喷洒机构用于将所述药液进入接口进入的药液喷洒到指定位置，所述棚内定位控制模块与所述无人机8和所述植保单元6无线通信并依据无线信号对所述无人机8和所述植保单元6定位，所述控制中心用于根据采集的数据识别作物生长情况、作物生长问题的类型和位置并据此发出相应的控制指令。

所述支撑结构顶部还安装有单元上组件，所述单元上组件的上壳体68上设有接口连接机构，所述接口连接机构包括滑动套接在所述上壳体68后端的连接套件65、连接电机、转盘66和驱动连杆69，所述连接电机设于所述上壳体68内，所述连接电机的输出轴垂直安装有所述转盘66，所述转盘66外侧铰接所述驱动连杆69一端，所述连杆另一端连接到所述连接套件65，所述连接套件65上面设有放置所述可移动连接块7的连接块定位槽651，连接块定位槽651的后端封闭并在接口连接过程中将所述可移动连接块7压向所述药液进入接口实现连接。

所述可移动连接块7包括下部为矩形的块体71和位于所述块体71内的连接管道，所述块体71前侧下部设有用于连接所述药液进入接口的快接接口72，所述块体71的后侧上部设有连接所述药液软管9的软管接口一73，所述可移动连接块7置于所述连接块定位槽651时，所述软管接口一73位于所述连接块定位槽651外。

所述药液转送台包括主转送台2和单元转送台67，所述所述主管道1依次连接各个主转送台2，每个主转送台2对应一列所述植保单元6，所述单元转送台67一一对应设于每个植保单元6的上壳体68前端，所述药液转送台均包括有台体21和设于台体21内的转送管道，所述台体21上设有凸出部分22和用于放置所述可移动连接块7的连接块凹槽211，所述凸出部分22位于所述连接块凹槽211的后方，所述凸出部分22上设置有连通所述转送管道的软管接口二221。所述凸出部分22还设有用于卷收所述药液软管9的绞盘222

所述支撑结构包括立柱61，所述药液喷洒机构包括设于所述立柱61上的移动机构64和电动伸缩管62，所述电动伸缩管62设于所述移动机构64的活动端，电动伸缩管62的进水端通过连接管路连通所述药液进入接口，所述电动伸缩管62包括若干节依次套接的节段管621，每个节段管621的伸出部分均设有垂直伸出的喷液支管622，所述喷液支管622的伸出端设有雾化喷嘴624，所述连接管路上设有加压泵。

移动机构64包括沿立柱61设置的升降机构和连接在所述升降机构上的转动机构，转动机构的固定部分连接在所述升降机构的升降台上，所述转动机构的转动部分用于安装所述电动伸缩管62，所述转动部分与固定部分转动连接并由通过电机驱动旋转。

所述监测组件包括安装在所述立柱61上的监测摄像头63和安装在各个喷液支管622上的近景摄像头623，所述近景摄像头623的朝向与所述雾化喷嘴624的朝向相同。近景摄像头623能针对性采集每个近景摄像头623对着的区域，近景图像能更好地识别植株4发生的是病害、虫害还是杂草问题，并能方便识别问题的严重程度。

所述单元上组件还包括有智能信息终端，所述智能信息终端与所述棚内定位控制模块无线通信，所述接口连接机构还设有确定所述接口所述智能信息终端与所述可移动连接块7上的快接接口72位置的位置感应器，所述位置感应器、所述监测组件向所述智能信息终端发送信息，所述智能信息终端控制所述电动伸缩管62、所述加压泵和所述接口连接机构，所述智能信息终端还用于发出定位信号。

所述药液配制装置3设有若干存放不同药液的容器，所述主管道1中设有若干分类主管道，所述分类主管道与所述容器一一对应连通，所述容器连接所述分类主管道的位置分别设有电磁阀一，所述分类主管道的各个出口处对应设有电磁阀二，所述单元转送台67的软管接口二221处设有电磁阀三。主转送台2通过t型支架23设置在与单元上组件高度相近的位置，方便无人机8移动，避免药液软管9在地面被拖动，减少磨损。

无人机8包括内设无人机飞控系统的机体81、设于所述机体81下面向两侧伸出的降落架82和位于两侧降落架82之间的连接块夹取机构，所述连接块夹取机构包括对称设置的夹紧臂83，使用时从所述可移动连接块7的两侧夹紧所述可移动连接块7实现搬运。所述台体21顶部用于支撑所述降落架82，当无人机8降落在台体21顶部时，让可移动连接块7位于夹紧臂83之间，夹紧臂83将可移动连接块7从连接块凹槽211上面露出的部分夹紧，然后无人机8即可起飞搬运可移动连接块7。

针对上述用于大棚内的多用途无人机植保系统，本发明还提供了对应的作业方法，包括下列步骤：

步骤1.通过监测摄像头63采集作物的生长图像，控制中心识别出有生长问题的图像和相应植株4的位置，并由图像找到对应的植保单元6。

步骤2.控制对应植保单元6的电动伸缩管62将相应雾化喷嘴624和近景摄像头623移动到相应植株4处进行近景图像采集，并识别出生长问题的类型和严重程度。

步骤3.根据生长问题的类型和严重程度配置相应的药液，存在多种问题和严重程度时，将不同种类和配比的药液储存在不同的容器内。

步骤4.确定图像有生长问题的必经植保单元6，选择最近的主转送台2，由最近的无人机8将该主转送台2上的可移动连接块7搬运到邻近的植保单元6处并连接相应的药液进入接口。

该步骤中，如果所述必经植保单元6有多个，控制中心根据植保单元6位置建立从主转送台2开始的n个管路设置路径，n不大于该大棚5内无人机8数量，所述管路设置路径满足经过所有必经植保单元6，同时经过的其他植保单元6的数量最少。

步骤5.无人机8将当前植保单元6的单元转送台67上的可移动连接块7搬运到相邻的下一个植保单元6并连接相应的药液进入接口，无人机8重复搬运可移动连接块7直至将管路连接到所有必经植保单元6，完成管路系统的连接。

步骤6.打开管路系统上相应的阀门和所述植保单元6上的加压泵和对应的雾化喷嘴624，实现对植株4的药液喷洒。

步骤7.完成喷洒后关闭加压泵、雾化喷嘴624和阀门，打开所述接口连接机构让药液进入接口与可移动连接块7分离，再由无人机8依次将各个可移动连接块7搬运到各个对应的药液转送台。

如果存在多种问题则可以先喷洒一种药液，之后在喷洒第二种药液，喷洒时关闭不需要喷洒的雾化喷嘴624，依次喷洒各种药液直至完成所有药液的喷洒。本发明利用临时建立的管路系统进行药液输送，因此改变药液种类只需要改变输入药液容器接口的阀门开闭情况即可，无人机8无需额外移动，并能保证药液输送的持续性和稳定性。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

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