持续喷洒系统及持续喷洒方法与流程

本发明涉及持续喷洒的无人机植保领域，更具体而言，本发明涉及利用架线无人机悬吊为喷洒无人机持续供应药液和电力的液电复合管，从而实现喷洒无人机在较大范围内进行持续植保作业的领域。

背景技术：

目前无人机技术已经有了较大的进步，无人机的飞行控制装置能够根据指令完成测绘植保等多种类的工作，部分较先进的无人机甚至能够在一定范围内自主判断完成任务的较优方案。借助搭载的双目识别装置，无人机能判断目标物体和自身的相对位置，在警用和电力保障领域，无人机能够搭载不同的任务装置，完成发射抓捕网、为电线除冰等工作。

在多功能作业车的领域，以卡车底盘改装的各类专项作业车目前已经广泛服务于国民经济的各领域，例如养殖蜜蜂的养蜂车、运输油液的槽罐车，带有消防水炮的消防罐车等，以多功能作业车携带无人机执行植保任务，在农业领域已经有一定的技术基础。

在植保领域，无人机的应用已经相当广泛。但传统的无人机用于植保作业时，由于载荷限制，需要频繁中断作业补充搭载的药液、油料，或更换动力电池，持续作业能力受到较大限制。

申请号为2016101579398的中国专利公开了一种无人机供液供电系统，以包含供电电线和供液管路的系缆连接实施喷洒工作的无人机和带有供电装置和供液装置的工程车，并在工程车上设有伸缩杆，将系缆导向无人机所在方向。但由于系缆的牵拉影响，该方案无法实现较大范围的作业应用，存在较大局限。

基于此，迫切需要一种可靠实用的持续喷洒系统，能够在较大的作业范围实现持续喷洒的植保任务，以满足大范围、大跨度的农业植保需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种持续喷洒系统。

本发明具体采用如下的技术方案:

持续喷洒系统，其特征在于，所述的系统包含:

喷洒无人机，其带有喷头，在待喷洒区域预先设定的线路上飞行，并用喷头执行喷洒任务方案；

液电复合管，其一端与所述的喷头连接，另一端与地面罐车连接，以将地面罐车存储的待喷洒药液输送到所述的喷头，其中所述的液电复合管的内部为输液管以及供电线路，以为所述的喷洒无人机持续地供电；

多个架线无人机，连接并悬吊所述的液电复合管，并随所述喷洒无人机进行相应的飞行，以防止液电复合管拉拽喷洒无人机，使喷洒无人机能够距离地面罐车较远的距离实施大面积的喷洒作业；以及

地面罐车，设有液电复合管的收放机构以及储液罐和加压装置，其为所述的液电复合管提供待喷洒药液，以及发电/输电控制装置，通过所述液电复合管为喷洒无人机提供与其功耗吻合的电能供应。

进一步，所述的系统还包括服务器，其与所述的喷洒无人机和架线无人机通信，并预先指定喷洒方案，以控制所述的喷洒无人机和架线无人机，完成所述的方案。

进一步，所述的服务器能够分开布置在控制中心，或集成在地面罐车上。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的喷洒无人机、多个架线无人机以及所述地面罐车均带有定位装置及通信装置，能够互相通信以分享各自的位置，并与所述的服务器通信，以在所述服务器的控制下，根据位置信息持续地执行喷洒任务。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的服务器预先存储有单个架线无人机可提升的质量数据，以及存储的在充液状态下液电复合管的预定质量下可提升的的管线长度数据，以根据喷洒任务采用不同的无人机和液电复合管，完成预定的喷洒任务。

进一步，本系统的喷洒无人机和架线无人机均具备完善的飞行控制装置，能够和服务器通信并存储接受到的任务指令，并结合指令以判断执行自身下一步骤的动作。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的喷洒无人机连接液电复合管起飞离开地面罐车执行任务后，所述服务器根据所述喷洒无人机和所述地面罐车之间的位置关系计算当前两者连接的液电复合管的长度，当地面罐车的液电复合管的收放机构释放的液电复合管长度每达到阈值时，所述服务器安排一个架线无人机负责提升悬吊该段液电复合管。

具体而言，所述的服务器预先存储有单个架线无人机可提升的质量a，同时服务器还存储有在充液状态下液电复合管质量为30%a时的长度l，本发明的系统以每个架线无人机提升长度为l的充液状态的液电复合管以实现70%的提升能力的裕度；进一步，当喷洒无人机连接液电复合管起飞离开地面罐车执行任务时，服务器根据喷洒无人机和地面罐车之间的位置关系计算当前两者连接的液电复合管的长度，当地面罐车的液电复合管的收放机构释放的液电复合管长度每达到l时，则安排一个架线无人机负责提升该段l长度的液电复合管。

较优地，当本发明的系统面临较为严苛的工作状态，例如有复杂气流影响时间，所述的长度l能够被优选设定为更加适宜的参数以减轻架线无人机的负荷，增加安全裕度。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的任务方案由所述服务器根据待喷洒区域的地形和待喷洒的农作物或目标物特征制定，其中所述的任务方案进一步包括：

喷洒无人机的飞行方案，其含有飞行线路、速度、高度以及线路各点的喷洒功率；

多个架线无人机的飞行方案，其含有飞行线路、速度、高度；以及

地面罐车跟随无人机行驶的方案。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的系统的喷洒无人机和多个架线无人机能够由所述地面罐车存储和运输，并在所述地面罐车上降落和起飞。

进一步，本发明的架线无人机采用可更换的高倍率的锂电池供电，地面罐车设有充电装置，能够快速地为架线无人机充电，或者为其替换下的电池充电。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的架线无人机带有双目识别装置和夹持装置，借助所述双目识别装置，以视觉识别的方式，判断液电复合管相对本机的位置，再经由所述夹持装置对所述液电复合管进行夹持抓取。

进一步，本发明的架线无人机设置的夹持装置带有行程感应开关，当夹持装置有效地抓取夹持了液电复合管时，行程开关触发信号给架线无人机的飞控装置以反馈当前的夹持状态。

另一方面，本环节的工作还可以借助人工辅助，当地面罐车的液电复合管的收放机构释放的液电复合管长度每达到l时，以人工方式预先将液电复合管放入架线无人机的夹持装置，当行程开关触发信号给架线无人机的飞控装置后，架线无人机即起飞进入悬吊飞行的任务状态。

具体而言，当喷洒无人机飞行至地面罐车一定距离，且未使用架线无人机悬吊液电复合管时，喷洒无人机由飞控系统抵消液电复合管可能产生的拉力；当液电复合管每释放l长度单位时，服务器安排架线无人机抓取液电复合管进行悬吊飞行，以减小喷洒无人机受到的管路牵拉力，使系统进入标准工作状态，即实现喷洒无人机和架线无人机之间、多个架线无人机之间，按照液电复合管长度l的单位间隔飞行。考虑到为系统留出足够的安全裕度，服务器可优选控制喷洒无人机和架线无人机之间、多个架线无人机之间按照60%l至100%l长度的间隔协同工作。

在本发明的系统实施持续喷洒的方法，其包括以下步骤：

s1、将待喷洒的需求参数输入服务器，以得到喷洒任务；

s2、所述服务器为当前喷洒任务建立任务方案，并将任务方案发送给喷洒无人机、架线无人机和地面罐车；

s3、根据任务方案，所述的地面罐车行驶至适宜开始任务的位置；

s4、所述喷洒无人机连接液电复合管，从地面罐车上起飞，并根据所述的飞行方案进行喷洒工作；

s5、所述的服务器根据喷洒无人机和地面罐车之间的位置关系，计算当前两者连接的液电复合管的长度，以根据长度调度所需的架线无人机；

s6、多个架线无人机随着喷洒无人机的飞行路线，在适宜的位置连接悬吊液电复合管飞行，以避免液电复合管重力拉拽无人机，以完成喷洒任务。

在本发明的一个更加优化的应用中，所述方法进一步包含以下步骤：

s7、所述架线无人机将自身剩余电量情况实时发送给服务器，在其电力不足时，所述服务器安排另一电力充裕的架线无人机靠近当前电力不足的无人机附近，预先抓取该区域的管路，以替换电力不足的无人机返回地面罐车或充电区域进行充电或更换电池的工作。

进一步，在本发明的持续喷洒方法一个较优的实施例中，本系统的各无人机之间协同工作的步骤为：

s61、距离喷洒无人机最近的架线无人机20，从服务器获取下一时间段喷洒无人机的飞行方案，并解读喷洒无人机的计划飞行路径；

s62、架线无人机20从自身定位装置获得自身的实时位置信息，以及从服务器获得喷洒无人机的实时位置信息；

s63、架线无人机20将接收到的任务方案中自身的飞行方案和喷洒人机的飞行路径相比较，进一步优选距离喷洒无人机不超过前述的60%l长度单位，且尽量减少自身较大幅度的加速度机动和大幅度位移的飞行路径，以节约电量、减少悬吊的液电复合管的晃动，并将该优选的飞行路径发送至服务器；

s64、距离架线无人机20最近的次一架架线无人机201，同样根据从服务器获得的前一架线无人机20的飞行路径，进一步优选距离架线无人机20不超过前述的60%l长度的范围，且尽量减少自身较大幅度的加速度机动和大幅度位移的飞行路径，以节约电量、减少悬吊的液电复合管的晃动，并将该优选的飞行路径发送至服务器，后续多个架线无人机按照同样方式，实现飞行路径的优化。

在本发明的喷洒方法的一个更为优化的实施例中，所述地面罐车根据当前作业区域的道路状况、农作物种类和液电复合管的总长度，选择继续释放液电复合管或从道路上/穿越农田移动自身位置，以保持喷洒无人机始终处于液电复合管总长的范围内。

在本发明的持续喷洒系统的一个更为具体的实施例中，所述的液电复合管及架线无人机还可采用第二优选的方案，为架线无人机进行接触供电，以实现架线无人机免替换的持续飞行。方案包括：

内部输液管，设于所述的第二方案的液电复合管内，以输送待喷洒药液；

供电触片，设在所述液电复合管的外部表面对应的两侧；以及

受电触片，设置在所述的架线无人机的抓取装置上，和液电复合管外部的供电触片相接触，为架线无人机供电。

在该第二优选方案的应用中，所述的架线无人机的抓取装置设有电动辊轮，以在抓取装置的受电触片和供电触片的角度不够吻合导致触片不能接触时，所述电动辊轮驱动所述液电复合管旋转一定的角度，实现受电触片和供电触片的供电接触。

在本系统的一个低成本的应用例中，本系统的架线无人机不设置夹持装置和目视识别装置，而使用低成本的可松式捆扎带，由人工将每个架线无人机和液电复合管捆绑固定。在此种低成本的作业模式下，当地面罐车的液电复合管的收放机构释放的液电复合管长度每达到l时，以人工方式使用可松开式捆扎带将液电复合管和架线无人机的下部结构捆绑在一起。

进一步，当架线无人机电力不足时，服务器安排地面罐车收回管路，各架线由近及远依次飞回地面罐车，由人工回收各架线无人机，为其更换电池后，重新恢复工作，而喷洒无人机在此阶段可持续留空待命。

本发明揭示了一种对农作物持续喷洒的系统和喷洒方法，利用本系统的原理，通过增加喷洒无人机的功率和液电复合管的规格，即能够实现更大功率、更大范围的持续喷洒作业。另一方面，显而易见的是，在需要对其它非农作物的物品进行喷洒时，本发明的系统和方法同样适用。

【附图说明】

以下结合附图对本发明作详细的说明，以更清楚地理解本发明的技术方案，其中：

图1所示为本发明的持续喷洒系统的结构框图；

图2所示为本发明的喷洒无人机的结构框图；

图3所示为本发明的架线无人机的结构框图；

图4所示为本发明的架线无人机夹持装置的结构框图；

图5所示为本发明的地面罐车的结构框图；

图6所示为本发明的液电复合管的截面示意图；

图7所示为本发明的第二优选方案的液电复合管的截面示意图；

图8所示为本发明的系统的工作状态示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明的持续喷洒系统做详细的说明:

结合图1、图2、图3、图5、图6所示，持续喷洒系统，包含:

喷洒无人机10，其带有喷头11，在待喷洒区域预先设定的线路上飞行，并用喷头11执行喷洒任务方案；

液电复合管30，其一端与所述的喷头11连接，另一端与地面罐车40的液电复合管收放装置41连接，以将地面罐车40的储液罐44存储的待喷洒药液输送到所述的喷头11，如图6所示，所述的液电复合管30的内部为输液管31以及供电线路32，所述供电线路32为所述的喷洒无人机10持续地供电；

多个架线无人机20，连接并悬吊所述的液电复合管30，并随所述喷洒无人机10进行相应的飞行，以防止液电复合管30拉拽喷洒无人机，使喷洒无人机10能够距离地面罐车40较远的距离实施大面积的喷洒作业；以及

地面罐车40，设有液电复合管60的收放机构41以及储液罐和加压装置44，其为所述的液电复合管提供待喷洒药液，以及发电/输电控制装置45，通过所述液电复合管30为喷洒无人机10提供与其功耗吻合的电能供应。

进一步，所述的系统还包括服务器50，其与所述的喷洒无人机10和架线无人机20通信，并预先指定喷洒方案，以控制所述的喷洒无人机10和架线无人机20，完成所述的方案。

进一步，所述的服务器50能够分开布置在控制中心，或集成在地面罐车40上。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的喷洒无人机10、多个架线无人机20以及所述地面罐车40均带有定位装置及通信装置。具体如图2、图3和图5所示，喷洒无人机10带有通信装置12和定位装置13、架线无人机20带有通信装置22和定位装置23、地面罐车40带有通信装置42和定位装置43，能够互相通信以分享各自的位置，并与所述的服务器50通信，以在所述服务器50的控制下，根据位置信息持续地执行喷洒任务。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的服务器50预先存储有单个架线无人机20可提升的质量数据，以及存储的在充液状态下液电复合管30的预定质量下可提升的的管线长度数据，以根据喷洒任务采用不同的无人机和液电复合管，完成预定的喷洒任务。

进一步，本系统的喷洒无人机10和架线无人机20均具备完善的飞行控制装置，能够和服务器50通信并存储接受到的任务指令，并结合指令以判断执行自身下一步骤的动作。

继续结合图1至图5、图8所示，在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的喷洒无人机10连接液电复合管30起飞离开地面罐车执行任务后，所述服务器50根据所述喷洒无人机10和所述地面罐车40之间的位置关系计算当前两者连接的液电复合管30的长度，当地面罐车40的液电复合管的收放机构41释放的液电复合管长度每达到阈值时，所述服务器50安排一个架线无人机20负责提升悬吊该段液电复合管。

具体而言，所述的服务器50预先存储有单个架线无人机20可提升的质量a，同时服务器50还存储有在充液状态下液电复合管质量为30%a时的长度l，本发明的系统以每个架线无人机20提升长度为l的充液状态的液电复合管以实现70%的提升能力的裕度；进一步，当喷洒无人机10连接液电复合管30起飞离开地面罐车执行任务时，服务器50根据喷洒无人机10和地面罐车40之间的位置关系计算当前两者连接的液电复合管30的长度，当地面罐车40的液电复合管的收放机构41释放的液电复合管30长度每达到l时，则安排一个架线无人机20负责提升该段l长度的液电复合管30。

较优地，当本发明的系统面临较为严苛的工作状态，例如有复杂气流影响时间，所述的长度l能够被优选设定为更加适宜的参数以减轻架线无人机20的负荷，增加安全裕度。

如图1所示，在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的任务方案由所述服务器50根据待喷洒区域的地形和待喷洒的农作物或目标物特征制定，其中所述的任务方案进一步包括：

喷洒无人机10的飞行方案，其含有飞行线路、速度、高度以及线路各点的喷洒功率；

多个架线无人机20的飞行方案，其含有飞行线路、速度、高度；以及

地面罐车40跟随无人机行驶的方案。

在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的系统的喷洒无人机10和多个架线无人机20能够由所述地面罐车40存储和运输，并在所述地面罐车40上降落和起飞。

进一步，本发明的架线无人机20采用可更换的高倍率的锂电池（图未适）供电，地面罐车设有充电装置（图未示），能够快速地为架线无人机20充电，或者为其替换下的电池充电。

如图4所示，在本系统的一个更为优化的实施例中，所述的架线无人机20带有双目识别装置（图未示）和夹持装置21，借助所述双目识别装置，以视觉识别的方式，判断液电复合管30相对本机的位置，再经由所述夹持装置21对所述液电复合管30进行夹持抓取。

进一步，本发明的架线无人机20设置的夹持装置21带有行程感应开关，当夹持装置21有效地抓取夹持了液电复合管30时，行程开关触发信号给架线无人机21的飞控装置以反馈当前的夹持状态。

结合图1和图8所示，另一方面，本环节的工作还可以借助人工辅助，当地面罐车40的液电复合管的收放机构41释放的液电复合管30长度每达到l时，以人工方式预先将液电复合管30放入架线无人机20的夹持装置21，当行程开关触发信号给架线无人机20的飞控装置后，架线无人机20即起飞进入悬吊飞行的任务状态。

具体而言，当喷洒无人机10飞行至地面罐车40一定距离，且未使用架线无人机20悬吊液电复合管30时，喷洒无人机10由飞控系统抵消液电复合管30可能产生的拉力；当液电复合管30每释放l长度单位时，服务器50安排架线无人机20抓取液电复合管进行悬吊飞行，以减小喷洒无人机10受到的管路牵拉力，使系统进入标准工作状态，即实现喷洒无人机10和架线无人机20之间、多个架线无人机20之间，按照液电复合管长度l的单位间隔飞行。考虑到为系统留出足够的安全裕度，服务器可优选控制喷洒无人机10和架线无人机20之间、多个架线无人机20之间按照60%l至100%l长度的间隔协同工作。

继续结合图1和图8所示，在本发明的系统实施持续喷洒的方法，其包括以下步骤：

s1、将待喷洒的需求参数输入服务器50，以得到喷洒任务；

s2、所述服务器50为当前喷洒任务建立任务方案，并将任务方案发送给喷洒无人机10、架线无人机20和地面罐车40；

s3、根据任务方案，所述的地面罐车40行驶至适宜开始任务的位置；

s4、所述喷洒无人机10连接液电复合管30，从地面罐车40上起飞，并根据所述的飞行方案进行喷洒工作；

s5、所述的服务器50根据喷洒无人机10和地面罐车40之间的位置关系，计算当前两者连接的液电复合管30的长度，以根据长度调度所需的架线无人机20；

s6、多个架线无人机20随着喷洒无人机的飞行路线，在适宜的位置连接悬吊液电复合管30飞行，以避免液电复合管重力拉拽无人机，以完成喷洒任务。

在本发明的一个更加优化的应用中，所述方法进一步包含以下步骤：

s7、所述架线无人机20将自身剩余电量情况实时发送给服务器50，在其电力不足时，所述服务器50安排另一电力充裕的架线无人机靠近当前电力不足的无人机附近，预先抓该电力不足的无人机负责悬吊的液电复合管，以替换电力不足的无人机返回地面罐车或充电区域进行充电或更换电池的工作。

进一步，在本发明的持续喷洒方法一个较优的实施例中，本系统的各无人机之间协同工作的步骤为：

s61、距离喷洒无人机10最近的架线无人机20，从服务器50获取下一时间段喷洒无人机10的飞行方案，并解读喷洒无人机的计划飞行路径；

s62、架线无人机20从自身定位装置23获得自身的实时位置信息，以及从服务器50获得喷洒无人机10的实时位置信息；

s63、架线无人机20将接收到的任务方案中自身的飞行方案和喷洒无人机10的飞行路径相比较，进一步优选距离喷洒无人机10不超过前述的60%l长度单位且尽量减少自身较大幅度的加速度机动和大幅度位移的飞行路径，以节约电量、减少悬吊的液电复合管30的晃动，并将该优选的飞行路径发送至服务器50；

s64、距离架线无人机20最近的次一架架线无人机201，同样根据从服务器获得的前一架线无人机20的飞行路径，进一步优选距离架线无人机20不超过前述的60%l长度的范围，且尽量减少自身较大幅度的加速度机动和大幅度位移的飞行路径，以节约电量、减少悬吊的液电复合管30的晃动，并将该优选的飞行路径发送至服务器50，后续多个架线无人机20、201……按照同样方式，实现飞行路径的优化。

在本发明的喷洒方法的一个更为优化的实施例中，所述地面罐车40根据当前作业区域的道路状况、农作物种类和液电复合管30的总长度，选择继续释放液电复合管30或从道路上/穿越农田移动自身位置，以保持喷洒无人机10始终处于液电复合管30总长的范围内。

在本发明的持续喷洒系统的一个更为具体的实施例中，所述的液电复合管30及架线无人机20还可采用第二优选的方案，为架线无人机进行接触供电，以实现架线无人机免替换的持续飞行。方案包括：

第二方案的液电复合管330，内部带有输液管331，以输送待喷洒药液；

供电触片332，如图7所示，设在所述第二方案的液电复合管330的外部表面对应的两侧；以及

受电触片213，结合3、图4所示，设置在所述的架线无人机20的夹持装置21上，和液电复合管330外部的供电触片332相接触，为架线无人机20供电。

在该第二优选方案的应用中，所述的架线无人机20的夹持装置21设有电动辊轮212，当抓取装置21的受电触片223和供电触片332的角度不够吻合导致不能接触时，所述电动辊轮212驱动所述第二方案的液电复合管330旋转一定的角度，实现受电触片213和供电触片332的供电接触。

再次结合图1和图8所示，在本系统的一个低成本的应用例中，本系统的架线无人机20不设置夹持装置和目视识别装置，而使用低成本的可松式捆扎带（图未示），由人工将每个架线无人机20和液电复合管30捆绑固定。在此种低成本的作业模式下，当地面罐车40的液电复合管的收放机构41释放的液电复合管30长度每达到l时，以人工方式使用可松开式捆扎带将液电复合管30和架线无人机20的下部结构捆绑在一起。

进一步，当架线无人机20电力不足时，服务器50安排地面罐车40收回液电复合管的管路，各架线无人机20由近及远依次飞回地面罐车40，由人工回收各架线无人机20，为其更换电池后，重新恢复工作，而喷洒无人机10在此阶段可持续留空待命。

以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本

发明之权利要求的范围。任何人在本发明的权利要求的精神和原则之内所作的任何的等同变化和改变，仍属本发明所涵盖的范围。