Беспилотный летательный аппарат для определения содержания питательных веществ растений в почве Российский патент 2024 года по МПК B64U101/40 G01N33/24 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственным беспилотным летательным аппаратам для определения содержания питательных веществ растений в почве.

Известно устройство для экспресс-мониторинга состава почвы, содержащее револьверную головку с блоком подвеса, установленную консольно в задней части полевого робота, мотор-редуктор поворота револьверной головки, гидроаппаратуру и емкость для автоматической подачи необходимого количества воды в контрольную лунку, агрохимический датчик, блок управления револьверной головкой, блок управления датчиками, бурильную установку, траверсу с направляющей и ходовым винтом (патент RU 2754693, МПК G01N 33/24, A01B 76/00 , 2021).

Недостатком данного устройства является низкая производительность выполнения технологической операции, вследствие наземного перемещения полевого робота от одного места анализа до следующего, технологические ограничение при применения на культурах сплошного сева в периоды вегетации из-за возможного повреждения растений.

Известен беспилотный комплекс химической разведки грунта, содержащий беспилотный летательный аппарат мультироторного типа с телескопическими опорными стойками с возможностью их автоматического удлинения, газоанализатор пьезосенсорного типа с открытой аналитической камерой с заостренными краями и телескопическим устройством его спуска и подъема, модуль связи с оператором, модуль питания газоанализатора, модуль считывания информации, видеокамеру (патент RU 2766308, МПК B64C 39-/02, G01N 27/12, 2020).

Известное устройство позволяет дистанционно идентифицировать и количественно определять в грунте летучие вещества различной природы, но не обеспечивает определение содержание элементов минерального питания растений в почве.

Известен беспилотный летательный аппарат (БЛА) для отбора проб почвы, содержащий основной корпус, множество пропеллеров, прикрепленных к основному корпусу, бурободобный коллектор, расположенный от основного корпуса по направлению к земле для сбора почвы, приводное устройство для приведение в движение бурободобного коллектора (Патент КР № 10-1845395, 2018).

Недостатком известного устройства является то, что для определения содержания элементов минерального питания растений бур с образцами почвы необходимо периодический вынимать из скважины и почву пересыпать контейнеры для дальнейшего исследования в лабораторных условиях, что требует больших затрат времени и ручного труда.

Технической задачей изобретения является обеспечит повышение производительности технологической операции и снижение затрат труда за счет дистанционного определения содержания питательных веществ растений в почве в течении всего периода возделывания сельскохозяйственных культур.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в беспилотном летательном аппарате для определения содержания питательных веществ в почве, содержащем корпус, радиальные кронштейны, двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой с полетным контроллером и центральным процессором, связанным с модулем программного обеспечения управления полетом и модулем программного обеспечения управления работой технологического модуля, интегрированную навигационную систему, подвешенный к корпусу летательного аппарата посредством кронштейнов технологический модуль определения элементов питания почвы с линейным сервоприводом с интегрированным контроллером линейного перемещения штока, реверсивный электропривод, соединенный с почвенным буром, шаговый реверсивный электродвигатель с приводным валом, линейный актуатор, гидравлический бак, гидравлический насос, согласно изобретению на приводном валу реверсивного электродвигателя установлено Г-образное поворотное сливное устройство с углом поворота не менее чем на 180°, снабженное запорным электрогидравлическим клапаном, связанным гибкой гидролинией с гидравлическим насосом, а на штоке линейного актуатора закреплен реверсивный шаговый электропривод , соединенныйпосредством Г-образной стойки с закрепленным на стойке датчиком с по крайней мере тремя зондами , при этом расстояния между вертикальными осями симметрии штока линейного сервопривода, приводного вала шагового реверсивного электродвигателя, штока линейного актуатора, вертикальных осей сливного устройства и вертикальной осью датчиков равны между собой, причем ширина датчикасоставляет 0,5-0,7 части диаметр бура, а контроллер линейного сервопривода с реверсивным электроприводом, шаговый реверсивный электродвигатель, электрогидравлический клапан, гидравлический насос, контроллер линейного актуатора с реверсивным электроприводом и датчик с по крайней мере тремя зондами соединены линией связи с блоком управления работой технологического модуля.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен беспилотный летательный аппарат для определения содержания питательных веществ растений в почве, вид спереди.

Беспилотный летательный аппарат 1 (БЛА) для определения содержания питательных веществ растений в почве содержит корпус 2, соединенные с ним радиальные кронштейны 3, двигатели 4, винты 5, систему электроснабжения саккумулятором 6, посадочное шасси 7, бортовую систему автоматического управления 8 пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль 9, прикрепленный к корпусу 2 посредством кронштейнов 10.

Система автоматического управления 8 содержит полетный контроллер с процессором, блок датчиков,интегрированную навигационную систему с приемником ГЛОНАСС с антенной 11.Полетный контроллер комплексирован с блоками автоматического управления исполнительными механизмами двигателей 4, блоком 12 управления работой технологического модуля 9.Система управления БЛА позволяет выполнять полет по заданной траектории с привязкой к географическим координатам, производить автоматический взлет и посадку летательного аппарата с высокой точностью стабилизации аппарата, прохождения его по заданному маршруту.

Технологический модуль 9 содержит: линейный сервопривод 13, закрепленный в нижней части БЛА1по вертикальной его оси симметрии o-o, работающий в режиме линейного актуатора с интегрированным контроллером линейного перемещения штока 14 с вертикальной осью симметрии а-а, совпадающей с осью o-o, а на штоке 14 закреплен реверсивный электропривод 15, соединенный с почвенным буром 16, имеющим диаметр D; шаговый реверсивный электродвигатель 17 с приводным валом 18 c осью b-b, на конце которого установлено Г-образное поворотное сливное устройство 19 с вертикальной осью c-c и углом поворота не менее чем 180°, снабженное запорным электрогидравлическим клапаном 20, связанным гибкой гидролинией 21 с гидравлическим насосом 22, соединенным с гидравлическим баком 23; линейный актуатор 24 c осью симметрии n-n, на штоке 25 которого закреплен реверсивный шаговый электропривод 26, соединенный посредством Г-образной стойки 27 с закрепленным на стойке 27 датчиком 28 с вертикальной осью d-d, имеющим, по крайней мере, три зонда 29 для определения содержания доступного азота (N), доступного фосфора (P) и доступного калия (K) в почве в режиме реального времени. При этом межосевые расстояния равны между собой l₁ =l₂ =l₃ =l₄, а ширина L датчика 28 с зондами 29 составляет 0,5-0,7 части диаметра D бура 16.

Контроллер линейного сервопривода13 с реверсивным электроприводом, шаговый реверсивный электродвигатель 17, электрогидравлический клапан 20, гидравлический насос 22, контроллер линейного актуатора 24 с реверсивным электроприводом 26 и датчик 28 с тремя зондами 29 соединены линией связи (не показано) с блоком 12 управления работой технологического модуля 9.

Работает беспилотный летательный аппарат для определения содержания питательных веществ растений в почве следующим образом.

В процессор полетного контроллера БЛА 1 загружают полетное задание, в котором отображают в электронном виде параметры маршрута полета и электронную карту-задание, являющиеся программой определения на каждом элементарном участке сельскохозяйственного поля питательных веществ растений (NPK). Для обработки устанавливают границы и площадь поля , длину гона, координаты точек определения NPK по маршруту и их ГЛОНАСС координаты, координаты начальной точки и координаты точки окончанияполета, рабочую скорость и высоту полета, наименьшую рабочую траекторию полета, координаты посадочной площадки для замены или подзарядки аккумуляторной батареи.

От контроллера БЛА1 сигнал передаётся в блок системы автоматического управления полетом, запускаются двигатели 4, производится раскрутка несущих винтов 5 и двигатели 4 переводятся во взлетный режим. Производится вертикальный взлет БЛА 1. БЛА 1 в соответствии с программой полета, подлетает к точке стартовых координат рабочей траектории полета, при этом координаты, определяемые интегрированной навигационной системой, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета.

При подлете БЛА 1 к заданной точке БЛА 1 зависает и осуществляет посадку на грунт. Блок управления 12 передает управляющие сигналы на контроллер линейного сервопривода 13 с реверсивным электроприводом, шток 14 которого начинает выдвигаться на расстояние равное глубине почвенной лунки 30. Одновременно включается электропривод 15 и буром 16 пробуривается почвенная лунка 30 диаметром D. Бур 16 посредством обратного хода штока 14 и реверсивного вращения электропривода 15 извлекается из лунки 30. По сигналу от блока 12 включается шаговый электродвигатель 17 и шток 18 поворачивает сливное устройство 19 в рабочее положение на угол 180°. Открывается клапан 20, включается насос22 и вода в заданном объеме нагнетается в лунку 30. После наполнения лунки 30 водой, подача воды насосом 22 прекращается, клапан 20 закрывается. Шаговый электродвигатель 17 поворачивает сливное устройство 19 в исходное положение. По сигналу от блока 12 включается электропривод 26 штока 25 линейного актуатора 24. Г-образная стойка 27с датчиком 28 поворачиваются в рабочее положение на угол 180°. Шток 25линейного актуатора 24 выдвигается вниз и опускает датчик 28 с зондами 29 в лунку 30, наполненную почвенным раствором, посредством которых происходит измерение содержания питательных элементов в почве. Данные результатов измерений передаются в блок 12 и далее передаются в процессор контроллера совместно с ГЛОНАСС координатами точки определения NPK. После выполнение измерений шток 25линейного актуатора 24 поднимается вверх и извлекает датчик 28 с зондами 29 из лунки 30. Двигатель 26 поворачивает датчик на угол 180° в исходное положение. После этого от контроллера БЛА1 передаётся сигнал в блок системы автоматического управления полетом на взлет и перелет БЛА 1 к следующей заданной точке определения NPK.

Применение беспилотного летательного аппарата обеспечит повышение производительности технологической операции и снижение затрат труда за счет определения содержания питательных веществ растений в почве в течении всего периода возделывания сельскохозяйственных культур.

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) для определения содержания питательных веществ растений в почве содержит корпус, соединенные с ним радиальные кронштейны, двигатели, винты, систему электроснабжения с аккумулятором, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой, технологический модуль, прикрепленный к корпусу посредством кронштейнов. Технологический модуль содержит линейный сервопривод, закрепленный в нижней части БЛА, шток с закрепленным на нем реверсивным электроприводом, соединенным с почвенным буром, шаговый реверсивный электродвигатель с приводным валом, на конце которого установлено Г-образное поворотное сливное устройство с запорным электрогидравлическим клапаном, связанным гибкой гидролинией с гидравлическим насосом, соединенным с гидравлическим баком, линейный актуатор, на штоке которого закреплен реверсивный шаговый электропривод, соединенный посредством Г-образной стойки с закрепленным на ней датчиком, имеющим, по крайней мере, три зонда для определения содержания доступных азота (N), фосфора (P) и калия (K) в почве в режиме реального времени. Обеспечивается повышение производительности технологической операции, снижение затрат труда и времени определения содержания питательных веществ растений в почве в течение всего периода возделывания сельскохозяйственных культур. 1 ил.

Беспилотный летательный аппарат для определения содержания питательных веществ растений в почве, содержащий корпус, радиальные кронштейны, двигатели, винты, аккумулятор, посадочное шасси, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой с полетным контроллером и процессором, связанным с модулем программного обеспечения управления полетом и модулем программного обеспечения управления работой технологического модуля, интегрированную навигационную систему, подвешенный к корпусу летательного аппарата посредством кронштейнов технологический модуль определения питательных веществ в почве с линейным сервоприводом и интегрированным контроллером линейного перемещения штока, реверсивный электропривод, соединенный с почвенным буром, шаговый реверсивный электродвигатель с приводным валом, линейный актуатор, гидравлический бак, гидравлический насос, отличающийся тем, что на приводном валу реверсивного электродвигателя установлено Г-образное поворотное сливное устройство с углом поворота не менее чем на 180°, снабженное запорным электрогидравлическим клапаном, связанным гибкой гидролинией с гидравлическим насосом, а на штоке линейного актуатора закреплен реверсивный шаговый электропривод, соединенный посредством Г-образной стойки с закрепленным на ней датчиком, снабженным, по крайней мере, тремя зондами, при этом расстояния между вертикальными осями симметрии штока линейного сервопривода, приводного вала шагового реверсивного электродвигателя, штока линейного актуатора, вертикальных осей сливного устройства и вертикальной осью датчиков равны между собой, причем ширина датчика составляет 0,5-0,7 части диаметра бура, а контроллер линейного сервопривода с реверсивным электроприводом, шаговый реверсивный электродвигатель, электрогидравлический клапан, гидравлический насос, контроллер линейного актуатора с реверсивным электроприводом и датчик с зондами соединены линией связи с блоком управления работой технологического модуля.