Беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве Российский патент 2024 года по МПК 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 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 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).

Недостатком известного устройства также 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.

Технической задачей изобретения является повышение качества и эффективности обработки плодовых деревьев и кустарников пестицидами, уменьшение их расхода и снижение рисков загрязнения окружающей среды пестицидами.

Техническая задача достигается тем, что вбеспилотном летательном аппарате для внесения 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, полезную нагрузку, включающую блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, модуль обработки крон деревьев и кустарников пестицидами,модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния, согласно изобретению модуль обработки крон деревьев и кустарников выполнен в виде комбинированной штанги с горизонтальными симметричнымиотносительно вертикальной оси беспилотного летательного аппарата консолями, соединенными с механизмом их синхронного поворота вокруг горизонтальной оси на угол 90° и прикрепленной к консолям вертикальной секции, выполненной в форме синусоиды с осью ординат, совпадающей с вертикальной осью симметриибеспилотного летательного аппарата и осью абсцисс параллельной оси продольной симметриигоризонтальных консолей, причем бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния установлены в точках крепления вертикальной секции к горизонтальным консолям, а внутри каждой ветви вертикальных секций установлены распылители, расположенные эквидистантно к поверхности кроны обрабатываемых деревьев или кустарников, при этом распылители, установленные на каждой из ветвей, подключены линией связи к контроллеру.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен беспилотный летательный аппарат для внесения пестицидов в промышленном садоводстве и питомниководстве; на фиг. 2 - функциональная блок-схема бортовой системы автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой БЛА; на фиг. 3 представлена 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, полезную нагрузку 9, включающую блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения 11 потоков рабочей жидкости и модуль обработки крон деревьев и кустарников пестицидами, который выполнен в виде комбинированной штанги, содержащей горизонтальную 12 и вертикальную 13 секционные штанги. На вертикальных секциях 1 установлены бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния 14, распылители рабочей жидкости с электромагнитным управлением 15. Вертикальные секции 13 выполнены в форме синусоиды.

Бортовая система автоматического управления (САУ) 8 содержит полетный контроллер 16 с процессором, связанный с модулем 17 программного обеспечения управления полетом БЛА и модулем 18 программного обеспечения управления работой технологического модуля полезной нагрузки 9, комплексированную с процессором контроллера 16, интегрированную навигационную систему 19, включающую модуль инерциальной навигационной системы 20, объединенный с модулем спутниковой навигационной системы 21 в виде приемника ГЛОНАСС 22 с антенной 23. Полетный контроллер 16 комплексирован с блоками автоматического управления исполнительными механизмами 24 двигателей 4, блоком 25 управления работой технологического модуля полезной нагрузки 9, с модулями датчиков внешней среды 26 и измерения высоты полета 27.

Блок 10 для размещения и подачи рабочих жидкостей содержит бак 28 для рабочей жидкости пестицидов, оснащенный электронным уровнемером 29 и заправочной горловиной 30, насос 31 с электроприводом для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 28 к блоку 11. Между баком 28 и насосом 31 установлен электрогидравлический нормально закрытый запорный клапан 32. Блок 10 соединен линией связи 33 с блоком 25 автоматического управления работой технологического модуля 9 полезной нагрузки, который в свою очередь соединен линией связи 35 с контроллером 16, а линией связи 35 - с блоком 11 регулирования и распределения потоков рабочей жидкости.

Блок 11 включает переливной электрогидравлический клапан 36 с пропорциональным управлением, пропорциональный редукционный клапан 37, регулирующий давление и расход рабочего потока в соответствии с опорными сигналами, поступающими от контроллера 16, электромагнитный расходомер 38, датчик давления жидкости 39. Блок 11 соединен гидролинией подачи 40 с распределительной гидролинией 41 распылителей 15. Индукционные катушки электромагнитных клапанов распылителей 15 подключены линиями связи 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 и 49 к контроллеру 16 для управления работой распылителей 16.

Модуль обработки растений выполнен в виде консолей 12, имеющих продольную горизонтальной ось симметрии a-a и одновременно симметричных относительно вертикальной оси b-b БЛА, соединенных с механизмом 51 их синхронного поворота на угол 90° вокруг оси a-a. К горизонтальным консолям 12 прикреплена вертикальная секции 13. Вертикальная секция выполнена в форме синусоиды с осью ординат y, совпадающей с вертикальной осью симметрии b-b и осью абсцисс x параллельной оси симметрии a-a горизонтальных секций 12. Внутри каждой ветви вертикальной секции установлены распылители 15 с электромагнитным управлением, расположенные эквидистантно к поверхности кроны обрабатываемых деревьев или кустарников 50, причем распылители 15 каждой ветви вертикальной секции 15 подключены к контроллеру 16, что позволяет осуществлять дифференцированную обработку крон деревьев и кустарников.

Механизм синхронного поворота 51 горизонтальных секций 12 штанги соединен линией связи (не показано) с контроллером 16.

Бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния 14 установлены в центре вертикальных секций 13 в точке их крепления к горизонтальным секциям 12 и соединены линиями связи (не показано) с контроллером 16.

Выполнение вертикальных секций 13 в форме синусоиды позволяет распылителям 15 находиться эквидистантно относительно поверхности кроны обрабатываемого дерева или кустарника 50 и, как следствие, обеспечивать равномерное распределение пестицида как по поверхности кроны, так и внутри ее.

Соединение горизонтальных секций 12 c механизмами синхронного поворота обеспечивает синхронный поворот вертикальных секций на угол 90° вокруг горизонтальной оси a-a из транспортного положения в транспортное и обратно.

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

В процессор полетного контроллера 16 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 координатыточки окончания обработки, рабочую скорость и высоту полета, траекторию полета, координаты посадочной площадки для заправки рабочими жидкостями и заменыаккумуляторной батареи 6.

В бак 28 через заправочную горловину 30 с контролем уровня по уровнемеру 29 в соответствии с электронной картой-заданием заливают рабочую жидкость пестицида, например, инсектицида или фунгицида.

От котроллера 16 передаётся сигнал в блок 24 системы автоматического управления полетом, запускаются двигатели 4, производится раскрутка несущих винтов 5 и двигатели 4 переводятся во взлетный режим. Контроллер 16 передает управляющие сигналы в блок 24, 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 19, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета. Модуль 26 датчиков внешней среды передает информацию в микропроцессор контроллера 16 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха). Модуль 27 измерения высоты полета передает на процессор контроллера 16 текущее значение высоты полета БЛА 1.

При подлете БЛА 1 к точке начала обработки по линиям связи (не показано) передается управляющий сигнал от контроллера 16 к механизму поворота 50, посредством которого происходит поворот вертикальной секции 13 штанги на угол 90° из горизонтального транспортного положения в вертикальное рабочее.

Бортовой контроллер 16 передает через блок 25 по линиям связи 33 и 35 управляющие сигналы, соответственно, в блоки 10 и 11. Клапан 32 открывается, включаются в работу насос 31 и клапаны 36 и 37, устанавливается заданный перепад давления рабочей жидкости.

Рабочая жидкость подается насосом 31 в клапан 36, который поддерживает заданное давление на входе рабочей жидкости в клапан 37 за счет байпасирования части потока жидкости в бак 28. Клапан 37 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 37 рабочая жидкость поступает в расходомер 38, который определяет текущее значение расхода и передает его по линии связи 35 в блок 25 и далее в контроллер 16. Датчик давления 39 измеряет текущее значение давления потока жидкости, которое по линии связи 35 передается в блок 25 и затем в контроллер 16. Контроллер 16 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 35 через блок 25. Из блока 11 рабочая жидкость поступает по гидролинии 40 в гидролинию групповой связи 41 и далее к распылителям 15. При появлении в зоне действия ультразвуковых датчиков расстояний 14 деревьев или кустарников, контроллер от контроллера 16 по линии связи 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 и 49 передается сигнал к распылителям 15 на их включение. Распылители 15, 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.

При выработке рабочей жидкости в баке 28, контролируемой уровнемером 29, сигнал от блока 25 поступает в контроллер 16, который посредством приемников23 фиксирует координаты точки положения БЛА 1 на заданной траектории обработки садовых насаждений. Контроллер 16 передает управляющие сигналы через блок 25 по линиям связи 33 и 35 на отключение насоса 31, закрытие клапана 32, отключение распылителей 15. САУ 8 направляет БЛА1 к месту заправки рабочей жидкостью. Перед посадкой по сигналу от контроллера 16 посредством механизмов 50, осуществляется поворот вертикальной секции15 на угол 90°, она занимает горизонтальное положение и БЛА1 осуществляет посадку для заправки бака 28 рабочей жидкостью. После заправки БЛА 1 взлетает, контроллер 16 передает сигнал к механизму51 на перевод вертикальных секций 15 в рабочее положение. САУ 8 возвращает БЛА 1 в точку прерванного полета и процессвнесения пестицидов продолжается.

Использование устройства обеспечит повышение качества обработки крон плодовых деревьев и кустарников, 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, минимизироует дрейф пестицидов в воздухе и, как следствие, уменьшит их снос из зоны обработки до предельно допустимых концентраций.

Беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами плодовых деревьев, ягодных кустарников и других растений содержит корпус, соединенные с корпусом радиальные кронштейны, бесколлекторные двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, полезную нагрузку, включающую 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, модуль обработки крон деревьев и кустарников пестицидами в виде комбинированной штанги с горизонтальными консолями, симметричными относительно вертикальной оси беспилотного летательного аппарата, и вертикальной секцией в форме синусоиды с распылителями. Обеспечивается повышение качества обработки, уменьшение расхода пестицидов, снижение рисков загрязнения окружающей среды. 3 ил.

Беспилотный летательный аппарат для обработки пестицидами плодовых деревьев, ягодных кустарников и других растений 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, полезную нагрузку, включающую блок для размещения и подачи рабочих жидкостей, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, модуль обработки крон деревьев и кустарников пестицидами, модуль датчиков внешней среды, модуль измерения высоты полета, бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния, отличающийся тем, что модуль обработки крон деревьев и кустарников выполнен в виде комбинированной штанги с горизонтальными симметричными относительно вертикальной оси беспилотного летательного аппарата консолями, соединенными с механизмом их синхронного поворота вокруг горизонтальной оси на угол 90° и прикрепленной к консолям вертикальной секции, выполненной в форме синусоиды с осью ординат, совпадающей с вертикальной осью симметрии беспилотного летательного аппарата и осью абсцисс, параллельной оси продольной симметрии горизонтальных консолей, причем бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния установлены в точках крепления вертикальной секции к горизонтальным консолям, а внутри каждой ветви вертикальных секций установлены распылители, расположенные эквидистантно к поверхности кроны обрабатываемых деревьев или кустарников, при этом распылители, установленные на каждой из ветвей, подключены линией связи к контроллеру.