基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统的制作方法

1.本技术涉及农业喷药的领域，尤其是涉及一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，无人机已经广泛应用在农业领域，特别是在农药的喷洒上。无人机喷洒农药，不仅可以在大面积农田上高效作业，还能减少人工接触农药带来的健康风险，显著降低农业人力成本。此外，无人机还能对农田进行精细化管理，实现精准施药，减少农药的使用量，从而降低环境污染。
3.然而，无人机在喷洒农药过程中，通常面临电量和农药储液量的双重限制。首先，由于电池容量有限，无人机的工作时间和行程受到限制。当电量耗尽时，无人机需要返回基地进行充电，这不仅增加了作业时间，还可能导致喷洒的间断性，影响喷洒的均匀性。其次，无人机携带的农药储液量有限。农药储液量的大小会影响无人机的航程和喷洒面积。在喷洒农药时，储液量的消耗也会增加无人机的负荷，从而导致电量消耗加快。
4.为解决上述问题，现有的方案主要是通过增大电池容量和储液桶容量来延长无人机的作业时间和航程。但这种方法会增加无人机的重量，使其在飞行时消耗更多的电量。此外，增大储液桶容量可能会导致喷洒系统的不稳定，对无人机的操控性和稳定性造成影响。
5.此外，有些方案尝试通过在田地设立多个充电点和补给点，减少无人机回到基地充电和补充农药的距离。然而，这种方案需要在田地中预设大量的充电点和补给点，不仅占用农田空间，也增加了设备的维护成本。


技术实现要素：

6.为了提高无人机的农药喷洒效率，本技术提供一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统。
7.本技术提供的一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，采用如下的技术方案：一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，包括：补给装置，包括浮空的储液机构、连通于储液机构的输液管、以及设置于输液管末端的第一对接装置；喷洒装置，包括无人机、设置于无人机上的储液箱、连通于储液箱的进液管、以及设置于储液箱的第二对接装置；控制装置，包括位于无人机上的摄像头和控制器，所述摄像头用于获取补给装置的图像，所述控制器用于基于获取补给装置的图像控制无人机运动以使得第一对接装置和第二对接装置进行对接，并基于对接结果控制第一对接装置和第二对接装置相导通。
8.通过采用上述技术方案，补给装置可以就近设置于作业区域附近，其位置可以基于gps进行事先定位。其中，储液机构用于储蓄农药并悬浮于空中，在无人机需要补充农药
时，无人机根据补给装置的定位信息进行初步定位，以飞至补给装置附近。然后再基于飞机上采用摄像头获取补给装置的图像，进行精确定位，控制器基于获取的图像控制无人机运动以使得第一对接装置和第二对接装置进行对接，这一过程实现了精确的自动对接，减少了操作复杂度。无人机通过飞行到补给装置的下方，利用重力作用使得储液箱内的药液通过输液管和进液管下流到储液箱中。通过该系统，能够通过多次补充的方法，缩小储液箱的容量，避免了无人机为了长时间工作而被迫携带大量的药液的问题，同时对无人机的工作功率的要求也有所下降。另在，在该方案中无人机可以在现场进行自动化补给，避免了长距离的回航，有效节省了电力资源，也减轻了无人机自身的载荷，同时还无需人工操作。无人机和补给装置的设计合理，实现了对接装置的快速配对，方便了操作过程，易于实施。另外，由于无人机可以在距离操作员较远的地方进行农药补给，减少了操作员接触农药的可能性，从而提高了作业的安全性。
9.可选的，所述控制装置还包括设置于储液箱内的第一液位传感器和第二液位传感器，所述第一液位传感器用于输出第一液位监测信号，所述第二液位传感器用于输出第二液位监测信号，所述控制器基于第一液位监测信号控制无人机启动补液行程，所述控制器基于第二液位监测信号控制控制第一对接装置和第二对接装置断开连通。
10.通过采用上述技术方案，通过在储液箱内设置第一液位传感器和第二液位传感器，可以实时监测储液箱的液位变化，为无人机的补液行程和断开连通提供准确的依据，避免因液位监测不准确导致的补液不足或溢出。控制器可以基于第一液位监测信号自动启动无人机的补液行程，也可以基于第二液位监测信号自动控制对接装置的断开连通，大大提高了系统的自动化水平，减少了人工干预的需要。当储液箱液位低于一定阈值时，无人机启动补液行程，当液位达到设定的临界点时，断开连通，这样的设计可以有效避免无效的补液行程和不必要的能源消耗，进一步提高了系统的能源利用效率。
11.可选的，所述第一对接装置和第二对接装置磁吸对接。
12.通过采用上述技术方案，通过磁吸对接方式，无人机与储液机构能够在磁力的牵引下快速对位，使得无人机与储液机构对接变得简单快捷，减少了对接过程的复杂性，增强了系统的实用性。同时，磁吸方式能够保证对接的稳定性，既能够通过拉扯或者断开电磁铁供电的方式使得无人机和储液机构相分离，也能减少对接过程中由于各种外界影响而可能导致的对接失败，提高对接的成功率。磁吸对接方式可以避免物理冲突，降低由于对接不稳定导致的液体溅出或者设备损坏的风险，提升系统安全性。
13.可选的，所述第一对接装置包括设置于输液管上的第一电磁阀和设置于输液管出液口的对接头，所述对接头上设置有磁性件，所述第二对接装置包括设置于储液箱上的用于控制进液的第二电磁阀和设置于进液管末端的电磁线圈，所述控制器用于控制电磁线圈通电或断电以使得电磁线圈与磁性件相吸附或分离。
14.通过采用上述技术方案，对接头上的磁性件和储液箱进液口的电磁线圈构成了一个磁吸对接系统，可以在电磁线圈通电时实现对接，断电时实现分离，实现了可控、安全、可靠的对接；同时，可以精确地控制液体的流动，确保液体在需要时才从储液桶流向储液箱，同时在不需要时不会发生漏液。整个系统的操作流程，包括对接、补液、分离等，都可以通过控制器自动控制，大大提高了系统的自动化程度，降低了人工操作的复杂性和出错率。
15.可选的，所述输液管为软管且对接头为整体呈l型的硬质管。
16.通过采用上述技术方案，软管能够发生变形，以使得对接头能够被磁力牵引以与第二对接装置对接。
17.可选的，所述储液机构包括气球和储液桶，所述气球能够带动储液桶悬浮于空气中。
18.通过采用上述技术方案，气球为储液桶提供浮力，以使得储液桶能够悬浮于高位，以利用重力进行输液操作。同时，相比于地面注液模式，该方案还有利于利用无人机容易滞空悬停的特点和在空中具有多自由度的特点，能够方便且精准地进行对位。
19.可选的，所述储液桶通过拉索连接于地面。
20.通过采用上述技术方案，能够防止补给装置由于意外偏离预先定位的位置。
21.可选的，所述储液箱的进液口高于第二液位传感器。
附图说明
22.图1绘示本发明一实施例中补给装置的整体示意图。
23.图2绘示本发明一实施例中喷洒装置的整体示意图。
24.附图标记说明：1、补给装置；11、储液机构；111、气球；112、储液桶；12、输液管；13、第一对接装置；131、第一电磁阀；132、对接头；133、磁性件；2、喷洒装置；21、无人机；22、储液箱；23、进液管；24、第二对接装置；241、第二电磁阀；242、电磁线圈；3、第一液位传感器；4、第二液位传感器。
具体实施方式
25.以下结合附图，对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。另外，说明书附图中的各结构仅用于对位置关系和形状功能进行示例，各结构在实际中会做出具体大小的调整，说明书附图中各结构在的相对大小并不应影响具体实施例的实现。
26.除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。
27.参照图1和图2，该基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统包括补给装置1、喷洒装置2和控制装置。补给装置1用于存储药液并悬浮于空中，喷洒装置2用于在空中飞行并从补给装置1获取药液以进行巡航施药作业，控制装置则用于控制进行补给作业的时机并控制补给作业的进程。
28.补给装置1包括浮空的储液机构11、连通于储液机构11的输液管12、以及设置于输液管12末端的第一对接装置13。储液机构11包括气球111和储液桶112，气球111能够带动储液桶112悬浮于空气中。比如，气球111可以通过吊索连接储液桶112，以将储液桶112吊在半空中。另外，储液桶112通过拉索（图上未示出）连接于地面，从而与地面相固定。输液管12为
软管且与储液桶112的底部侧面相连通，由于重力作用，药液会充满输液管12而使得整个软管稳定下垂，而不容易由于外界的气流干扰发生明显摆动。需要注意的是，这里输液管12由柔性的非磁性耐腐蚀材料制成，比如可以为塑料。
29.第一对接装置13用于与喷洒装置2相对接，并根据对接情况控制药液是否流出。具体的，第一对接装置13包括设置于输液管12上的第一电磁阀131和设置于输液管12出液口的对接头132，对接头132上设置有磁性件133，且对接头132为整体呈l型的硬质管。需要注意的是，这里的硬质管为非铁磁性材料制成，比如可以为铝合金管或塑料管，以避免在靠近第二对接装置24时被第二对接装置24吸附。第一电磁阀131设置于l型的硬质管位于竖向的一段，磁性件133设置于l型的硬质管位于水平的一段，以使得第一电磁阀131与磁性件133保持一定的距离，避免第一电磁阀131与磁性件133发生影响。需要注意的是，这里的第一电磁阀131可以基于磁性件133与第二对接装置24的对接与否开启或关闭，举个例子，第一电磁阀131可以通过与控制装置进行通信连接，由控制装置发出的信号控制开关。比如，控制装置检测到第一电磁阀131和第二对接装置24发生对接时，则控制第一电磁阀131开启，否则则控制第一电磁阀131关闭。
30.喷洒装置2包括无人机21、设置于无人机21上的储液箱22、连通于储液箱22的进液管23、以及设置于储液箱22的第二对接装置24。储液箱22设置于无人机21的底部，且与储液箱22可拆卸连接。进液管23设置于储液箱22顶部的侧面，一方面能够让进液体能够在重力作用下向下流入储液箱22，另一方面进液管23端部的第二对接装置24能够与位于l型的硬质管位于水平的一段的对接头132相配合，从而大大降低了无人机21与对接头132发生干涉碰撞的风险。具体的，第一对接装置13和第二对接装置24磁吸对接。第二对接装置24包括设置于储液箱22上的用于控制进液的第二电磁阀241和设置于进液管23末端的电磁线圈242，控制器用于控制电磁线圈242通电或断电以使得电磁线圈242与磁性件133相吸附或分离。
31.控制装置包括位于无人机21上的摄像头（图上未示出）、控制器（图上未示出）、设置于储液箱22内的第一液位传感器3和第二液位传感器4，储液箱22的进液口高于第二液位传感器4。摄像头用于获取补给装置1的图像，第一液位传感器3用于输出第一液位监测信号，第二液位传感器4用于输出第二液位监测信号，控制器基于第一液位监测信号控制无人机21启动补液行程，基于获取补给装置1的图像控制无人机21运动以使得第一对接装置13和第二对接装置24进行对接，并基于对接结果控制第一对接装置13和第二对接装置24相导通，并基于第二液位监测信号控制控制第一对接装置13和第二对接装置24断开连通。需要注意的是，本具体实施例中，信号连接线和供电线可以埋设于管道内或依附于其它物体表面，在说明书附图中并未具体展示，第一液位传感器3和第二液位传感器4位于储液箱22内部，在说明书附图中以储液箱22外的液位线进行示意。
32.无人机21在执行喷洒作业时，当储液箱22的液位低于第一液位传感器3时，控制器则判断无人机21需要补充液体，从而控制无人机21基于预存的gps信息靠近气球111携带的储液桶112。在进入该区域范围时，摄像头实时捕获图像并将图像传送到控制器。部署在控制器的语义分割模型将对图像进行处理，识别出第一对接装置13和第二对接装置24的像素区域，通过这些区域信息，计算机可以得知两个对接装置之间的相对位置关系，从而调整无人机21和第二对接装置24的位置，使其靠近第一对接装置13。在靠近过程中，电磁线圈242通电，电磁线圈242与磁性件133相向的一面磁性相反，因此两者能够发生相互吸引，由于无
人机21的质量较轻，因此能够在磁力的吸引下使得无人机21在靠近磁性件133时被牵引。计算机将不断尝试调整，直到第一对接装置13和第二对接装置24成功对接。
33.本技术实施例一种基于移动供液系统的无人机21农药喷洒补给系统的实施原理为：假设有一款名为"airspray"的无人机21，它负责在一个大型的农田上喷洒农药。而在农田的上方悬挂有一只气球111，气球111上挂着装满农药的储液桶112。
34.工作开始："airspray"无人机21开始在农田上进行农药喷洒工作。
35.检测液位：当"airspray"无人机21上的储液箱22液位降低到一定阈值时，第一液位传感器3检测到这一变化，并向控制器发送第一液位监测信号。
36.启动补液行程：控制器接收到第一液位监测信号后，指令"airspray"无人机21向储液桶112的方向飞去，开始补液行程。
37.对接操作："airspray"无人机21上的摄像头开始获取储液桶112的图像，控制器根据图像信息，控制无人机21进行精确的运动，使得第二对接装置24（储液箱22的进液口）与第一对接装置13（输液管12的对接头132）磁吸对接。
38.补充液体：对接成功后，控制器通过控制第一电磁阀131和第二电磁阀241开启，使得储液桶112的液体通过输液管12流入储液箱22。
39.检测液位：当储液箱22的液位升高到设定的临界点时，第二液位传感器4检测到这一变化，并向控制器发送第二液位监测信号。
40.结束补液行程：控制器接收到第二液位监测信号后，控制电磁线圈242断电，使得电磁线圈242与磁性件133分离，完成对接装置的断开，同时关闭第一电磁阀131和第二电磁阀241，结束液体流动。
41.返回工作："airspray"无人机21回到农田，继续进行农药喷洒作业。
42.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，包括：补给装置(1)，包括浮空的储液机构(11)、连通于储液机构(11)的输液管(12)、以及设置于输液管(12)末端的第一对接装置(13)；喷洒装置(2)，包括无人机(21)、设置于无人机(21)上的储液箱(22)、连通于储液箱(22)的进液管(23)、以及设置于储液箱(22)的第二对接装置(24)；控制装置，包括位于无人机(21)上的摄像头和控制器，所述摄像头用于获取补给装置(1)的图像，所述控制器用于基于获取补给装置(1)的图像控制无人机(21)运动以使得第一对接装置(13)和第二对接装置(24)进行对接，并基于对接结果控制第一对接装置(13)和第二对接装置(24)相导通。2.根据权利要求1所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述控制装置还包括设置于储液箱(22)内的第一液位传感器(3)和第二液位传感器(4)，所述第一液位传感器(3)用于输出第一液位监测信号，所述第二液位传感器(4)用于输出第二液位监测信号，所述控制器基于第一液位监测信号控制无人机(21)启动补液行程，所述控制器基于第二液位监测信号控制控制第一对接装置(13)和第二对接装置(24)断开连通。3.根据权利要求2所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述第一对接装置(13)和第二对接装置(24)磁吸对接。4.根据权利要求3所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述第一对接装置(13)包括设置于输液管(12)上的第一电磁阀(131)和设置于输液管(12)出液口的对接头(132)，所述对接头(132)上设置有磁性件(133)，所述第二对接装置(24)包括设置于储液箱(22)上的用于控制进液的第二电磁阀(241)和设置于进液管(23)末端的电磁线圈(242)，所述控制器用于控制电磁线圈(242)通电或断电以使得电磁线圈(242)与磁性件(133)相吸附或分离。5.根据权利要求4所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述输液管(12)为软管且对接头(132)为整体呈l型的硬质管。6.根据权利要求5所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述储液机构(11)包括气球(111)和储液桶(112)，所述气球(111)能够带动储液桶(112)悬浮于空气中。7.根据权利要求6所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述储液桶(112)通过拉索连接于地面。8.根据权利要求7所述的基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，其特征在于，所述储液箱(22)的进液口高于第二液位传感器(4)。

技术总结
本申请涉及一种基于移动供液系统的无人机农药喷洒补给系统，该系统包括：补给装置，包括浮空的储液机构、连通于储液机构的输液管、以及设置于输液管末端的第一对接装置；喷洒装置，包括无人机、设置于无人机上的储液箱、连通于储液箱的进液管、以及设置于储液箱的第二对接装置；控制装置，包括位于无人机上的摄像头和控制器，所述摄像头用于获取补给装置的图像，所述控制器用于基于获取补给装置的图像控制无人机运动以使得第一对接装置和第二对接装置进行对接，并基于对接结果控制第一对接装置和第二对接装置相导通。本申请具有提高无人机的农药喷洒效率的优点。机的农药喷洒效率的优点。机的农药喷洒效率的优点。


技术研发人员：孙厚勋 汪小波
受保护的技术使用者：上海圣速电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/9