Беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами садовых деревьев и кустарников Российский патент 2023 года по МПК B64U101/45 B64U10/20 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, 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 проверки уровня химикатов, выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости возврата для дозаправки при достижении заданного уровня химикатов, датчик контроля заряда аккумулятора, выполненный с возможностью генерирования сигнала для вычислительного блока о необходимости замены аккумулятора (патент RU 179386 U1, 08.09.2017).

Недостатком данного устройства является неполная обработка крон плодовых деревьев и кустарников, вследствие верхнего распыла пестицидов устройством, дрейф рабочей жидкости из зоны обработки, ее излишний расходи, 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 соединенных 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 2793020C1, 07.09.2023).

Недостатком известного устройства является то, что при его работе имеет место испарение и снос рабочей жидкости за пределы обрабатываемой кроны дерева и, как следствие, загрязнение окружающей среды пестицидами.

Технической задачей изобретения является повышение качества и эффективности обработки плодовых деревьев и кустарников, уменьшение расхода пестицидов, снижение рисков загрязнения окружающей среды до предельно допустимых концентраций.

Техническая задача достигается тем, что в беспилотном летательном аппарате для обработки пестицидами садовых деревьев и кустарников, содержащем корпус, соединенные с ним радиальные кронштейны, двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, модуль опрыскивания крон деревьев, согласно изобретению, модуль опрыскивания, выполнен в виде купола, изготовленного из мягкой тонкостенной оболочки, с вертикальной осью, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, расширяющегося вниз и прикрепленного сверху к горизонтальному круговому опорному диску, соединенному с телескопической вертикальной штангой, закрепленной на беспилотном летательном аппарате, причем купол выполнен в виде усеченного параболоида вращения с нижним открытым основанием и складывающимся вдоль вертикальной оси в плоскую форму, при этом внутри купола установлены горизонтально расположенные кольцевые гидравлические коллекторы, каждый из которых снабжен распылителями, установленными равномерно по каждому диаметру каждого коллектора, которые соединены гибкими гидролиниями с распределительной гидролинией, на нижнем коллекторе установлены бесконтактные горизонтальные ультразвуковые датчики расстояния с нижним направлением ультразвуковых потоков, соединенные линией связи с контроллером.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами плодовых деревьев и кустарников; 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, на фиг. 4 представлен БЛА со сложенным куполом в стационарном виде.

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) 1 для обработки пестицидами плодовых деревьев и кустарников содержит корпус 2, соединенные с ним радиальные кронштейны 3, 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 опрыскивания крон деревьев 12, установленный на конце телескопической вертикальной штанги 13, соединенной другим концом с корпусом 2 БЛА1.

Бортовая система автоматического управления (САУ) 8 содержит полетный контроллер 14 с процессором, связанным с модулем 15 программного обеспечения управления полетом БЛА и модулем 16 программного обеспечения управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, комплексированную с процессором контроллера14, интегрированную навигационную систему 17, включающую модуль инерциальной навигационной системы 18, объединенный с модулем спутниковой навигационной системы 19 в виде приемника ГЛОНАСС 20 с антенной 21. Полетный контроллер 14 комплексирован с блоками автоматического управления исполнительными механизмами 22 двигателей 4, блоком 23 управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, с модулями датчиков внешней среды 24 и измерения высоты полета 25.

Блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей содержит бак 26 для рабочей жидкости пестицидов, оснащенный электронным уровнемером 27 и заправочной горловиной 28, а насос 29 с электроприводом необходим для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 26 к блоку 11. Между баком 26 и насосом 29 установлен электрогидравлический нормально закрытый запорный клапан 30. Блок 10 соединен линией связи 31 с блоком 28 автоматического управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, который в свою очередь соединен линией связи 31 с контроллером 14, а линией связи 32 с блоком 11 регулирования и распределения потоков рабочей жидкости.

Блок 11 включает переливной электрогидравлический клапан 33 с пропорциональным управлением, пропорциональный редукционный клапан 34, регулирующий давление и расход рабочего раствора в соответствии с опорными сигналами, поступающими от контроллера 14, электромагнитный расходомер 35 и датчик давления жидкости 36. Блок 11 соединен гидролиниями подачи 37 и 38 с распределительной гидролинией 39 модуля 12.

Модуль опрыскивания крон деревьев 12 содержит, соединенный с телескопической вертикальной штангой 13 расширяющийся вниз купол 40, изготовленный в виде мягкой тонкостенной оболочки с вертикальной осью a-a, проходящей через центр тяжести БЛА 1. Верхняя часть купола 40 прикреплена к горизонтальному круговому опорному диску 41, соединенному с телескопической вертикальной штангой 13, закрепленной на беспилотном летательном аппарате 1. Купол 40 имеет нижнее открытое основание 42 и складывается вдоль вертикальной оси a-a в плоскую форму. Внутри купола 40 установлены горизонтально расположенные на равных расстояниях по оси a-a кольцевые гидравлические коллекторы 43 с начальным d и конечным D диаметрами.

Увеличение диаметров гидравлических коллекторов 43 от меньшего d к большему D выполнено таким образом, что при вращении вокруг вертикальной оси a-a условной кривой 44, проходящей через каждую внешнюю точку m каждого коллектора 43, образуется усеченный параболоид вращения. Такая форма купола 40 позволяет адекватно накрывать крону дерева или кустарника. Каждый коллектор 43 снабжен распылителями 45, установленными равномерно по каждому диаметру каждого коллектора 43. Коллекторы 43 соединены гибкими гидролиниями 46 с распределительной гидролинией 39.

Верхний круговой сплошной диск 41 при сложенной оболочке купола 40 в плоскую форму функционально является посадочной площадкой для беспилотного летательного аппарата 1, а на нижнем коллекторе 42 установлены бесконтактные горизонтальные ультразвуковые датчики расстояния 47 с нижним направлением ультразвуковых потоков, соединенные линией связи с контроллером 14.

Беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами садовых деревьев и кустарников работает следующим образом.

В процессор полетного контроллера 43 загружают полетное задание, в котором отображают в электронном виде параметры маршрута полета и электронную карту-задание, являющиеся программой обработки садовых деревьев и кустарников пестицидами. Для обработки устанавливают границы, площадь, длину гона, координаты каждого дерева в каждом ряду, 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 26 через заправочную горловину 27 с контролем уровня по уровнемеру 28 в соответствии с электронной картой - заданием заливают рабочую жидкость пестицида, например, инсектицида или фунгицида.

От котроллера 14 сигнал передается в блок системы автоматического управления полетом, запускаются двигатели 4, производится раскрутка несущих винтов 5 и двигатели 4 переводятся во взлетный режим. Контроллер 14 передает управляющие сигналы в блок 22, производится вертикальный взлет БЛА 1. БЛА 1 поднимается в воздух. Телескопические секции вертикальной штанги 13 выдвигаются и устанавливаются в рабочее положение. По мере подъема БЛА 1 купол 40 раскрывается и приводится в рабочее положение. БЛА 1 в соответствии с программой полета, подлетает к точке стартовых координат начала обработки, при этом координаты, определяемые интегрированной навигационной системой 17, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета.

Модуль 24 датчиков внешней среды передает информацию в процессор контроллера 14 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха). Модуль измерения высоты полета 25 передает на процессор контроллера 14текущеезначение высоты полета БЛА 1.

При подлете БЛА 1 к обрабатываемому дереву или кустарнику БЛА зависает над кроной дерева или кустарника и снижается до заданной высоты, коррелированной с высотой кроны дерева или кустарника, контролируемой датчиками 42. Купол 40 полностью накрывает крону.

Бортовой контроллер 14 передает через блок 28 по линиям связи 31 и 32 управляющие сигналы, соответственно, в блоки 10 и 11. Клапан 30 открывается, включаются в работу насос 29 и клапаны 33, 34 устанавливаются на заданный перепад давления рабочей жидкости. Ультразвуковые датчики расстояния 47 определяют высоту положения купола 40 над обрабатываемыми деревьями или кустарниками и далее передают информацию по линиям связи (не показано) в контроллер 14, который сравнивает текущие значения расстояния с заданным расстоянием и при необходимости передает управляющее воздействие на механизм изменения высоты полета БЛА.

Рабочая жидкость подается насосом 29 в клапан 33, который поддерживает заданное давление на входе рабочей жидкости в клапан 34 за счет байпасирования части потока жидкости в бак 26. Клапан 34 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 34 рабочая жидкость поступает в расходомер 35, который определяет текущее значение расхода и передает его по линии связи 32 в блок 28 и далее по линии связи 31 в контроллер 14. Датчик давления 36 измеряет текущее значение давления потока жидкости, которое по линии связи 32 передается в блок 28 и затем в контроллер 14. Контроллер 14 сравнивает текущие значения расхода и давления потока жидкости с заданными и, при необходимости, корректирует значение параметров потока подачей управляющих сигналов в блок 11 по линии связи 31 через блок 28. Из блока 11 рабочая жидкость поступает по гидролинии 37 в распределительную гидролинию 39, от которой потоки жидкости распределяются по гибким гидролиниям 46 в гидравлические коллекторы 43 и далее в распылители 45, которые диспергируют рабочую жидкость на крону дерева или кустарника. Обработка кроны рабочей жидкостью пестицида происходит внутри купола 40.

При выработке рабочей жидкости в баке, контролируемой уровнемером 27, сигнал от блока 28 поступает в контроллер 14, который посредством приемника 20 фиксирует координаты точки положения БЛА 1 на заданной траектории обработки деревьев и кустарников. Контроллер 14 передает управляющие сигналы через блок 28 по линии связи 31 на отключение насоса 26, закрытие клапана 30. САУ 8 направляет БЛА1 к месту заправки рабочей жидкостью. В процессе посадки БЛА1 купол 40 сжимается и превращается из объемного в плоское состояние, при этом горизонтальный круговой сплошной диск 41 выполняет роль посадочной площадки для БЛА1.

После заправки бака 26 рабочей жидкостью пестицида БЛА 1 взлетает, купол 40 раскрывается, САУ 8 возвращает БЛА 1 в точку прерванного полета и процесс внесения пестицидов продолжается.

Заявляемое устройство обеспечит высокое качество обработки пестицидами садовых деревьев и кустарников снизит расхода пестицидов и уменьшит загрязнение окружающей среды до предельно допустимых концентраций, исключит дрейф пестицидов в воздухе и, как следствие, их снос 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, кронштейны, 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, модуль опрыскивания крон деревьев. Модуль опрыскивания выполнен в виде купола из мягкой тонкостенной оболочки – расширяющегося вниз параболоида вращения и прикрепленного сверху к горизонтальному круговому опорному диску. Купол может складываться вдоль вертикальной оси в плоскую форму. Внутри купола установлены распылители, которые соединены гибкими гидролиниями с распределительной гидролинией. На нижнем коллекторе установлены ультразвуковые датчики расстояния, соединенные линией связи с контроллером. Достигается высокое качество обработки пестицидами садовых деревьев и кустарников, снижение расхода пестицидов и уменьшение загрязнения окружающей среды. 4 ил.

Беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами плодовых деревьев и кустарников, содержащий корпус, соединенные с ним радиальные кронштейны, двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, модуль опрыскивания крон деревьев, отличающийся тем, что модуль опрыскивания выполнен в виде купола, изготовленного из мягкой тонкостенной оболочки, с вертикальной осью, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, расширяющегося вниз и прикрепленного сверху к горизонтальному круговому опорному диску, соединенному с телескопической вертикальной штангой, закрепленной на беспилотном летательном аппарате, причем купол выполнен в виде усеченного параболоида вращения с нижним открытым основанием и складывающимся вдоль вертикальной оси в плоскую форму, при этом внутри купола установлены горизонтально расположенные кольцевые гидравлические коллекторы, каждый из которых снабжен распылителями, установленными равномерно по каждому диаметру каждого коллектора, которые соединены гибкими гидролиниями с распределительной гидролинией, на нижнем коллекторе установлены бесконтактные горизонтальные ультразвуковые датчики расстояния с нижним направлением ультразвуковых потоков, соединенные линией связи с контроллером.