Беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве Российский патент 2023 года по МПК B64U101/45 B64U10/10 B64D1/18 A01M7/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к беспилотным летательным аппаратам для обработки пестицидами плодовых деревьев, ягодных кустарников и других растений в промышленном садоводстве и питомниководстве.

Известен беспилотный летательный аппарат (БЛА) для обработки растений, содержащий корпус, соединенные с корпусом лучи, винтомоторную группу, состоящую из бесколлекторных двигателей, регуляторов хода и винтов, аккумулятор, вычислительный блок, выполненный в виде процессора или микроконтроллера с возможностью обработки данных зоны обработки растений, построения карт маршрута полета и передачи данных модулю управления системой обработки, блок памяти выполнен в виде модуля флэш-памяти, содержащей информацию о координатах маршрута полета летательного аппарата, навигационную систему, средства беспроводного приема-передачи информации; соединенную с корпусом, установленную на корпусе систему обработки растений в виде форсуночного опрыскивателя или генераторов горячего или холодного тумана, установленную на мультироторной системе емкость с химикатами для обработки растений, с датчиком уровня жидкости химикатов, соединенную с системой обработки растений, модуль управления системой обработки растений, выполненный с возможностью активации и управления мощностью опрыскивания растений, модуль узкополосной мультиспектральной фотофиксации, выполненный с возможностью получения спектральных изображений растений, датчик контроля заряда аккумулятора, датчик проверки уровня химикатов, выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата для дозаправки при достижении заданного уровня химикатов, датчиком контроля заряда аккумулятора, выполненного с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости замены аккумулятора (патент RU 179386, МПК B64D 1/18, 2017).

Недостатком известного устройства является неполная обработка крон плодовых деревьев и кустарников, вследствие верхнего распыла пестицидов устройством, дрейф рабочей жидкости из зоны обработки, ее излишний расход и, как следствие, загрязнение окружающей среды химикатами.

Известен беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в точном садоводстве, содержащий корпус, соединенные с корпусом радиальные кронштейны, бесколлекторные двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния с направлением осей ультразвуковых потоков, соответственно, на крону обрабатываемых деревьев, кустарников и на почву, спектральные датчики распознавания вредителей и болезней, соединенные линиями связи с контроллером, П-образную секционную штангу выполненную в виде взаимосвязанных горизонтальных и вертикальных телескопических секций с механизмами выдвижения - втягивания звеньев вертикальных секций, при этом механизмы выдвижения - втягивания звеньев вертикальных секций установлены на концах последних звеньев горизонтальных секций штанги, а у горизонтальных секций - в центральной части корпуса летательного аппарата и соединены линией связи с контроллером, длина звеньев каждой секции штанги, предпочтительно, равна шагу расстановки распылителей, установленных на каждом из звеньев секции штанги и соединённых линией связи с контроллером, при этом распылители установлены с шагом, обеспечивающим возможность перекрытия факелов распыла от смежных распылителей не менее чем на три четверти ширины факела одного из них(патент RU 2793020, МПК B64U 10/10, B64U 101/40, A01M 7/00, B64D 1/18, 2023). Прототип.

Недостатком известного устройства является неравномерная обработка крон деревьев рабочей жидкостью пестицида вследствие того, что вертикальные штанги с распылителями не эквидистантны формам крон деревьев (например, веретенообразных), а это приводит к неравномерному распределению действующего вещества пестицида в кроне и, как следствие, снижению эффективности обработки.

Технической задачей изобретения является повышение качества и эффективности обработки плодовых деревьев и кустарников, уменьшение расхода пестицидов за счет минимизации неравномерности распределения пестицида как по поверхности кроны, так и внутри неё.

Техническая задача достигается тем, что в беспилотном летательном аппарате для внесении пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве, содержащем корпус, соединенные с корпусом радиальные кронштейны, бесколлекторные двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, секционную штангу Н- образной формы, выполненную виде вертикальных секций с распылителями рабочей жидкости, соединенными с горизонтальными телескопическими секциями, модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния с направлением осей ультразвуковых потоков на крону обрабатываемых деревьев и линиями связи с контроллером, согласно изобретению, вертикальные секции, выполнены в виде квадратичной или кубической кривой Безье, причем ось горизонтальных секций проходит через точки, делящие кривые Безье на две равные части, а на концах горизонтальных секций установлены механизмы поворота, выходные валы которых соосны с осью симметрии горизонтальных секций и соединены с вертикальными секциями штанги в точке их деления на две равные части, обеспечивающие поворот вертикальных секций на угол не менее 180°, при этом механизмы поворота соединены линиями связи с контроллером.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве; на фиг. 2 представлена функциональная блок-схема бортовой системы автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой БЛА; на фиг. 3 изображена функциональная блок-схема размещения, регулирования, подачи и диспергирования рабочих жидкостей пестицидов БЛА.

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) 1 для внесения пестицидов в точном садоводстве и питомниководстве содержит корпус 2, соединенные с ним радиальные кронштейны 3, бесколлекторные двигатели 4, винты 5, аккумулятор 6, посадочное шасси 7, бортовую систему автоматического управления 8 пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль 9 полезной нагрузки, включающий блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения 11 потоков рабочей жидкости, модуль обработки растений, включающий секционную штангу Н-образной формы с горизонтальными секциями 12 с телескопическими звеньями 13 и вертикальными 14 секциями, бесконтактные горизонтальные 15ивертикальные 16 ультразвуковые датчики расстояния, распылители рабочей жидкости 17с электромагнитным управлением.

Бортовая система автоматического управления (САУ) 8 содержит полетный контроллер 18 с процессором, связанный с модулем 19 программного обеспечения управления полетом БЛА и модулем 20 программного обеспечения управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, комплексированную с процессором контроллера 18, интегрированную навигационную систему 21, включающую модуль инерциальной навигационной системы 22, объединенный с модулем спутниковой навигационной системы 23 в виде приемника ГЛОНАСС 24 с антенной 25. Полетный контроллер 18 комплексирован с блоками автоматического управления исполнительными механизмами 26 двигателей 4, блоком 27 управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, с модулями датчиков внешней среды 28 и измерения высоты полета 29.

Блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей содержит бак 30 для рабочей жидкости пестицидов, оснащенный электронным уровнемером 31 и заправочной горловиной 32, насос 33 с электроприводом для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 30 к блоку 11. Между баком 30 и насосом 33 установлен электрогидравлический нормально закрытый запорный клапан 34. Блок 10 соединен линией связи 35 с блоком 27 автоматического управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, который в свою очередь соединен линией связи 36 с контроллером 18, а линией связи 37 - с блоком 11 регулирования и распределения потоков рабочей жидкости.

Блок 11 включает переливной электрогидравлический клапан 38 с пропорциональным управлением, пропорциональный редукционный клапан 39, регулирующий давление и расход рабочего потока в соответствии с опорными сигналами, поступающими от контроллера 18, электромагнитный расходомер 40, датчик давления жидкости 41. Блок11 соединен гидролинией подачи 42 с распределительной гидролинией 43 распылителей 17. Индукционные катушки электромагнитных клапанов распылителей 17 подключены линиями связи 44, 45, 46, 47 к контроллеру 18 для управления верхними и нижними распылителями 17.

Секционная штанга 12 выполнена Н-образной. Горизонтальные секции12 снабжены механизмом выдвижения - втягивания 48 звеньев 13 горизонтальных секций 12. Механизм выдвижения - втягивания 48звеньев 13 горизонтальных секций 12 установлен в центре БЛА 1 под его корпусом 2. На концах горизонтальных секций 12 установлены механизмы поворота49, выходные валы 50 которых соосны с осью симметрии а-а горизонтальных секций штанги 12 и соединены с вертикальными секциями 14 штанги 12в точке их деления на две равные части и обеспечивают поворот вертикальных секций на угол не менее 180°. Вертикальные секции14штанги12 выполнены в форме квадратичной или кубической кривой Безье, при этом ось а-а горизонтальных секций проходит через точки, делящие кривые Безье на две равные части.

Механизм выдвижения-втягивания 48 звеньев 13 горизонтальных секций 12 соединен линией связи 51 с контроллером 18.Механизмы поворота 49 соединены линиями связи 52 и 53 с контроллером 18.

Бесконтактные горизонтальные 15ультразвуковые датчики расстояния установлены на концах и в центре вертикальных секций 14 с горизонтальным направлением ультразвуковых потоков на крону обрабатываемых деревьев и связаны линиями связи 54, 55 с контроллером 18. Вертикальный датчик 16 установлен с направлением ультразвуковых потоков на почву.

Выполнение вертикальных секций 14 штанги 12 в виде квадратичной или кубической кривой Безье, позволяет иметь форму штанги адекватно форме проекции кроны на вертикальную плоскость, распылителям 17 находиться эквидистантно относительно поверхности кроны обрабатываемого дерева и, как следствие, обеспечивать равномерное распределение пестицида как по поверхности кроны, так и внутри ее.

Установка механизмов поворота 49, выходные валы 50 которых соосны с осью симметрии а-а горизонтальных секций и соединены с вертикальными секциями 14 штанги 12 в точке их деления на две равные части и поворот вертикальных секций на угол не менее 180° обеспечивают как угол поворота в 90° вертикальных секций из транспортного положения в вертикальное, так и переворот штанги в рабочем положении на 180° в зависимости от формы кроны.

Беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве работает следующим образом.

В процессор полетного контроллера 18 загружают полетное задание, в котором отображают в электронном виде параметры маршрута полета и электронную карту -задание, являющиеся программой дифференцированной обработки пестицидами садовых насаждений в системе точного садоводства. Для обработки устанавливают границы, площадь, длину гона, координаты обрабатываемых элементарных участков, нормы внесения рабочих жидкостей пестицидов, координаты стартовой точки и координаты точки окончания обработки, рабочую скорость и высоту полета, траекторию полета, координаты посадочной площадки для заправки рабочими жидкостями и замены аккумуляторной батареи 6.

В бак 30 через заправочную горловину 32 с контролем уровня по уровнемеру 31 в соответствии с электронной картой - заданием заливают рабочую жидкость пестицида, например, инсектицида или фунгицида.

От контроллера 18 передаётся сигнал в блок 26 системы автоматического управления полетом, запускаются двигатели 4, производится раскрутка несущих винтов 5 и двигатели 4 переводятся во взлетный режим. Контроллер 18 передает управляющие сигналы в блок 26, производится вертикальный взлет БЛА 1. Аппарат поднимается в воздух и, в соответствии с программой полета, подлетает к точке стартовых координат начала обработки, при этом координаты, определяемые интегрированной навигационной системой 21, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета. Модуль 28 датчиков внешней среды передает информацию в микропроцессор контроллера 18 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха).Модуль 99 измерения высоты полета передает на процессор контроллера 18 текущее значение высоты полета БЛА 1.

При подлете БЛА 1 к точке начала обработки по линиям связи 51, 52 передается управляющий сигнал от контроллера 18 к механизмам поворота 49, посредством которых происходит поворот крайних секций 14 штаги 12 на угол 90° из горизонтального транспортного положения в вертикальное рабочее. По сигналу от контроллера 18, переданному в механизм 48, происходит выдвижение горизонтальных секций штанги 12 и установка вертикальных секций 14 на заданную рабочую ширину захвата.

Бортовой контроллер 18 передает через блок 27 по линиям связи 35 и 37 управляющие сигналы, соответственно, в блоки 10 и 11. Клапан 34 открывается, включаются в работу насос 33 и клапаны 38, 39, устанавливается заданный перепад давления рабочей жидкости.

Рабочая жидкость подается насосом 33 в клапан 38, который поддерживает заданное давление на входе рабочей жидкости в клапан 39 за счет байпасирования части потока жидкости в бак 30. Клапан 39 поддерживает выходное значение перепада рабочего давления на заданном уровне или меняет перепад давления на выходе в соответствии с электронной картой - заданием внесения пестицидов. От клапана 39 рабочая жидкость поступает в расходомер 40, который определяет текущее значение расхода и передает его по линии связи 37 в блок 27 и далее в контроллер 18. Датчик давления41 измеряет текущее значение давления потока жидкости, которое по линии связи 37передается в блок 27 и затем в контроллер 18. Контроллер 18 сравнивает текущие значения расхода и давления потока жидкости с заданными и, при необходимости, корректирует значение параметров потока подачей управляющих сигналов в блок 11по линии связи 37 через блок 27. Из блока 11 рабочая жидкость поступает в гидролинию групповой связи 43 и далее к распылителям 17. От контроллера 18 по линии связи 44, 45, 46, 47 передается сигнал к распылителям 17 на их включение. Распылители 17, в соответствии с электронной картой - заданием, автоматически открываются на заданный расход рабочей жидкости, соответствующий заданной норме внесения, и рабочая жидкость пестицида диспергируется на обрабатываемые деревья.

В процессе полета БЛА 1 по заданной траектории при обработке пестицидами крон плодовых деревьев ультразвуковые датчики расстояния 15 определяют геометрические размеры, расстояние между деревьями и расстояние от распылителей 17 до кроны и далее передают информацию по линиям связи 54 и 55 в контроллер 18, который сравнивает текущие значения расстояния с заданным расстоянием и при необходимости передает управляющее воздействие на механизм48, посредством которого горизонтальные секции 12 сжимаются или раздвигаются, уменьшая или увеличивая горизонтальное расстояние от кроны до распылителей 17, расположенных на вертикальных секциях14. Датчик 16 с вертикальным ультразвуковым потоком определяет расстояние до почвы и передает текущие значения по линии связи (не показано) в контроллер 18. При появлении в зоне действия ультразвуковых датчиков расстояний15 деревьев или кустарников, контроллер 18 дает команду на включение распылителей 17 в работу. При выработке рабочей жидкости в баке 30, контролируемой уровнемером 31, сигнал от блока 27 поступает в контроллер 18, который посредством приемников 24 фиксирует координаты точки положения БЛА 1 на заданной траектории обработки садовых насаждений. Контроллер 18 передает управляющие сигналы через блок 27 по линиям связи 35 и 37 на отключение насоса 33, закрытие клапана 34, отключение распылителей 17. САУ 8 направляет БЛА1 к месту заправки рабочей жидкостью. Перед посадкой по сигналу от контроллера 18 посредством механизмов 40, осуществляется поворот вертикальных секций 14 штанги 12 на 90°, они занимают горизонтальное положение и БЛА1 осуществляет посадку для заправки бака 30 рабочей жидкостью. После заправки БЛА 1 взлетает, контроллер 28 передает сигнал к механизмам 49 на перевод вертикальных секций 14 в рабочее положение. САУ 8 возвращает БЛА 1 в точку прерванного полета и процесс внесения пестицидов продолжается.

Заявляемое устройство обеспечивает повышение качества обработки крон плодовых деревьев, снижение расхода пестицидов и уменьшение загрязнения окружающей среды до предельно допустимых концентраций, повышение урожайности плодовых деревьев и ягодных кустарников за счет точной обработки пестицидами садовых насаждений, минимизирование дрейфа пестицидов в воздухе и, как следствие, сноса их из зоны обработки.

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), применяемым в сельском хозяйстве, для обработки пестицидами деревьев, кустарников и других растений. БПЛА содержит корпус, двигатели, винты, аккумулятор, шасси, систему автоматического управления пилотированием, модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, секционную штангу Н-образной формы с горизонтальными секциями с телескопическими звеньями и вертикальными секциями, ультразвуковые датчики расстояния, распылители рабочей жидкости. Вертикальные секции выполнены в виде квадратичной или кубической кривой Безье. Ось горизонтальных секций проходит через точки, делящие кривые Безье на две равные части. На концах горизонтальных секций установлены механизмы поворота, обеспечивающие поворот вертикальных секций на угол не менее 180° и соединенные линиями связи с контроллером. Повышается качество и эффективность обработки плодовых деревьев и кустарников, обеспечивается уменьшение расхода пестицидов. 3 ил.

Беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве, содержащий корпус, соединенные с корпусом радиальные кронштейны, бесколлекторные двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, секционную штангу Н-образной формы, выполненную виде вертикальных секций с распылителями рабочей жидкости, соединенных с горизонтальными телескопическими секциями, модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния с направлением осей ультразвуковых потоков на крону обрабатываемых деревьев, линиями связи с контроллером, отличающийся тем, что вертикальные секции выполнены в виде квадратичной или кубической кривой Безье, причем ось горизонтальных секций проходит через точки, делящие кривые Безье на две равные части, а на концах горизонтальных секций установлены механизмы поворота, выходные валы которых соосны с осью симметрии горизонтальных секций и соединены с вертикальными секциями штанги в точке их деления на две равные части и обеспечивающие поворот вертикальных секций на угол не менее 180°, при этом механизмы поворота соединены линиями связи с контроллером.