物料发射装置及无人机的制作方法

本发明涉及无人机喷洒领域，具体涉及一种物料发射装置及无人机。

背景技术：

由于人工和拖拉机播种效率不高，并受各类情况限制，为此，对于需要大面积播种的森林、草原、土地，通常采用无人机进行播种，但是目前的无人机用播种装置通常为喷洒的方式，播种的种子容易成团，播种较为密集，导致播种不均匀、成活率低、效果差，且播种装置的结构均较为复杂。

公告号cn207748033u的专利公开了一种播种装置及无人机，该播种装置包括外壳、传输组件和投料组件，传输组件的输料件的进料端靠近进料口设置，以使种子能够落到进料端上，并且能够在重力作用下沿输料件滑动至出料端；投料组件的转动件靠近输料件的出料端和靠近投料口设置，转动件上设有能够承装种子的载物槽，转动件能够转动，而使载物槽的位置能够与输料件的出料端的位置相对应，和使载物槽还能够与投料口相对，且载物槽的位置与输料件的出料端的位置相对应时，输料件上的种子能够在重力作用下落到载物槽中，载物槽与投料口相对时，载物槽中的种子能够从投料口投出；驱动件能够驱动转动件转动。

公布号cn108715225a的专利公开了一种机载吹射式种子直播设备及无人机，所述机载吹射式种子直播设备所采用的技术方案是：所述机载吹射式种子直播设备包括支架、种子箱、排种轮和风道，所述种子箱设置在所述支架的上部，所述排种轮设置在所述种子箱的下侧且所述排种轮的外围设置有包围盘，所述风道设置在所述排种轮的一侧，所述排种轮的外壁设置有若干种子槽，所述排种轮与所述风道相接触的位置设置有排种口，所述种子箱内的种子下落到所述种子槽内，所述排种轮在所述包围盘内转动并带动种子到达所述排种口，所述风道的上部设置有涵道风扇，所述风道内的气流将种子向下吹射而出。

本发明人认为，公告号cn207748033u的专利技术方案是利用种子自身的重力入土，公布号cn108715225a的专利技术方案是利用风扇将种子吹射入土，上述这两种技术方案因为施加于种子的力度有限，大部分种子无法进入土壤而被动物吃掉，或被风刮走，或得不到土壤的水分不出芽，从而无法保证种子成活率；另一方面，种子没有深入土壤，即便出芽，根系很浅，容易被风刮成倒伏或干死，对后续植物生长或产量极为不利。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种物料发射装置及无人机，旨在解决现有技术中存在的种子无法入土的问题，以保证种子成活率和播种效果；此外，本发明提供的物料发射装置及无人机比人工和拖拉机播种更好、更快、成本更低，并且不受各类地理环境限制，如山坡或地形复杂等。

本发明是这样实现的，本发明所述物料发射装置所采用的技术方案是：所述物料发射装置包括存放物料的容器、设置于所述容器底部的排料机构、空气压缩机、储气容腔以及推料机构；所述推料机构包括与所述储气容腔相通的排气管、与所述排料机构相通的出料管、位于所述出料管和所述排气管连接处上方的传感器和阀门；所述容器的底部开口为所述排料机构的进料口，所述空气压缩机产生的高压气体经过连接管进入所述储气容腔；所述物料经过所述进料口进入所述排料机构，所述排料机构将所述物料送入所述出料管，安装于所述出料管的所述传感器检测到有所述物料经过或安装于所述排料机构的同步器检测到所述排料机构的排料轮旋转到特定角度，安装于所述排气管的所述阀门打开，所述储气容腔内的高压气体从所述排气管射入所述连接处，所述高压气体将下落至所述连接处的所述物料从所述连接处的出料口射出。

进一步地，所述排料机构还包括排料槽和驱动所述排料轮转动的动力元件，所述动力元件与外围的控制器电信号连接，所述排料槽上方开口与所述容器底部周边相连，所述排料轮位于所述进料口下方并且设置于所述排料槽中，所述动力元件与所述排料轮相连，所述排料槽下方开口与所述出料管相通。

进一步地，所述物料为固体颗粒或粉剂，所述固体颗粒包括但不限于种子、肥料、化学颗粒等，所述粉剂包括但不限于药粉、粉末状肥料、灭火干粉等。

具体地，当所述物料为种子时，上述技术方案通过空气压缩机产生的高压气体将种子从出料口射出，施加于种子上的高压气体产生冲力能够使种子射入较硬的土壤内；此外，排料轮转动时，容器内种子源源不断地通过进料口进入排料槽，且排料轮的转速可调，从而播种速度可调，通过调节播种速度从而实现了播种间距可调；另外，本发明结构简单、操作方便，成本低；

再进一步地，所述传感器与所述控制器电信号连接；所述阀门为气动电磁阀，所述气动电磁阀与所述控制器电信号连接；所述空气压缩机与所述控制器电信号连接；所述储气容腔与所述控制器电信号连接；当所述传感器检测到有种子经过或安装于所述排料机构的同步器检测到所述排料机构的排料轮旋转到特定角度，所述传感器或所述同步器将检测信号传送给所述控制器，所述控制器发送指令使所述气动电磁阀打开，使得所述储气容腔内的高压气体从所述排气管射入与所述出料管的连接处，从而将种子从所述出料口射出；当所述储气容腔内的气体不足时，与所述储气容腔相连的一气压传感器将信号传送至所述控制器，所述控制器发送指令使所述空气压缩机启动，所述空气压缩机产生的高压气体经过与所述储气容腔的连接管进入所述储气容腔，当所述储气容腔内的气体充满时，所述气压传感器将信号传送至所述控制器，所述控制器发送指令使所述空气压缩机停止运动；

再进一步地，所述进料口设置有种子限排装置，所述种子限排装置为环绕设置在进料口处和固定在排料槽内的毛刷，所述毛刷和所述排料轮外弧向切。所述排料轮表面内嵌可快速更换的外圆弧模型块，所述外圆弧模型块为一空穴，所述空穴的形状和容积根据种子的大小和每穴种子颗粒数设计，例如用于播种的水稻所述空穴为半个花生米大小，因此，通过对于不同的外圆弧模型块设计不同的空穴，从而实现了不同种子的播种；当所述排料轮至与所述排料轮外圆弧相切的毛刷时，所述毛刷将所述空穴上超出所述外圆弧多余的种子刷掉，以保证每次所述空穴内的种子数量在设计规定内；当所述排料轮继续旋转至所述空穴开口朝下时，所述空穴中的种子因重力落入所述排料槽。通过所述种子限排装置的设置，能够限制种子的下落数量，防止所述进料口堵塞，将所述种子限排装置设置为毛刷，能够对种子起到较好的保护作用，防止损伤种子，保证种子的存活率。所述排料轮的转速可以通过所述控制器调整所述动力元件的转速而调整；通过调整所述排料轮的转速和所述无人机的飞行速度，就可以调整株距；通过更换所述外圆弧模型块，就可以调整播种的种子种类和每穴种子颗数。

所述包含上述物料发射装置的无人机的技术方案是，所述物料发射装置安装于所述无人机上，并由所述无人机的连接架、吊杆和支架固定。

优选地，所述无人机的机翼与所述无人机主体连接处为插拔结构，所述插拔结构包括插拔电路、螺纹和契形，所述插拔电路位于所述连接处内部，所述螺纹和所述契形位于所述连接处的所述机翼表面，所述螺纹用于所述机翼的顶端在所述连接处的互相螺旋锁紧，所述契形用于所述机翼的顶端在所述连接处的互相卡紧。

优选地，所述机翼一端固定安装喷洒器，所述喷洒器包括离心喷头、与所述离心喷头连接的高速电机及储液器。

在其中一个实施例中，为了提高喷洒效果，让液体颗粒更细微，雾化率更高，效果更好，出雾量更大，所述高速电机转速为10000-90000转/分，但发热量极大，为了降低所述高速电机温度，所述高速电机的第一层外壳与第二层外壳之间采用水冷技术、第一层外壳内部与电机轴之间采用油冷技术，第一层外壳外部采用油封或密封圈密封，防止第一层外壳内部的油泄漏。

具体地，当所述物料为粉剂时，上述技术方案实现所述无人机喷粉作业方式为：所述空气压缩机、所述储气容腔以及所述推料机构停止工作，所述容器内存放的粉剂下落至所述出料口，所述机翼旋转产生的风场将所述出料口的所述粉剂喷射下来。

与现有技术相比，本发明提供的物料发射装置及无人机，通过空气压缩机产生的高压气体存储于储气容腔内，出料管的传感器检测到有种子经过安装于排料机构的同步器检测到排料机构的排料轮旋转到特定角度，安装于排气管的阀门打开，使得储气容腔内的高压气体从排气管射入与出料管的连接处，从而使下落至连接处的种子被高压气体从出料口射出，高压气体产生冲力能够使种子射入较硬的土壤内，如在雨天及一段时间或湿润土壤上面效果更佳，从而解决现有技术无法使种子进入土壤的问题；

此外，本发明提供的物料发射装置及无人机，比人工和拖拉机播种更高效，成本更低廉，并不受各类情况限制，如山坡或地形复杂等。利用无人机的3维飞行，实现种子行线为3d曲线，误差小于5厘米。行距、株距、行数、种子种类、每穴种子颗数、射入土壤的深度全部精准可调。并且这个作业全程数字记录，为智慧农业做好数据采集工作，为下次作业，提供科学的人工智能最优指导；

此外，本发明提供的物料发射装置及无人机，全部机翼插拔后体积减小到五分之一，解决了因环境空间不够带来的限制，如装小车、运输，走小路或密林等转场，极大方便上山作业、田间小路等各类狭小环境；

此外，本发明提供的物料发射装置及无人机，可以实现多种用途，完成播种、喷药、喷粉三种功能，提升了使用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例提供的物料发射装置的第一视角的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的物料发射装置的第二视角的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的物料发射装置的第三视角的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的物料发射装置的所述容器的俯视图。

图5是本发明实施例提供的一实施方式的物料发射装置及无人机的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的无人机示意图。

图7是本发明实施例提供的无人机俯视图。

图8是本发明实施例提供的无人机的机翼插拔结构的插拔电路结构分解示意图。

图9是本发明实施例提供的无人机的机翼插拔结构的螺纹和契形示意图。

图10是图6的i部的放大图。

图11是本发明实施例提供的一实施方式的高速电机降温示意图。

上述图中的标记为1、无人机主体；10、电控部分；11、支架；12、起落架；13、支撑杆；14、吊杆；15、机翼；16、螺旋桨；17、连接架；18、主旋翼电机；19、紧固件；101、母插头；102、插头连接套；103、公插头；104、螺纹；105、契形；106、连接座；2、物料发射装置；20、容器；21、空气压缩机；22、储气容腔；23、排料槽；24、排料轮；25、出料管；26、排气管；27、出料口；271、连接处；28、接管；29、进料口；30、传感器；31、阀门；32、连接杆；101、母插头；102、插头连接套；103、公插头；104、螺纹；105、契形；106、连接座；3、喷药器；301、电线；302、离心喷头；303、高速电机及储液器；501、电机轴；502、第一层外壳；503、第二层外壳；504、油封；505、水；506、油；507、密封圈；508、入水口；509、出水口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图与具体实施例，对本发明的技术方案做详细的说明。

实施例一：

如图1至图4所示，本实施例提供了一种物料发射装置，物料发射装置2包括容器20、空气压缩机21、储气容腔22、排料槽23、排料轮24、出料管25、排气管26、传感器30、阀门31，其中，排料槽23、排料轮24以及驱动排料轮24转动的动力元件组成了排料机构，排气管26、出料管25、传感器30和阀门31组成了推料机构，所述动力元件与排料轮24相连，容器1的底部开口为进料口29，排料槽23的上方开口与容器1底部周边相连接，排料轮24位于进料口29的下方，排料槽23的底部开口与出料管25相通，空气压缩机21的排气口经过连接管28与储气容腔22相连，使得空气压缩机21产生的高压气体经过连接管28进入储气容腔22内；储气容腔22的底部开口与排气管26相通；出料口27位于出料管25与排气管26连接处271的下方，传感器30安装于连接处271上方的出料管25上面，阀门31安装于连接处271上方的排气管26上面。

进料口29设置有种子限排装置，所述种子限排装置为环绕设置在进料口29处和固定在排料槽23内的毛刷，所述毛刷和排料轮24外弧向切。排料轮24表面内嵌可快速更换的外圆弧模型块，所述外圆弧模型块为一空穴，所述空穴的形状和容积根据种子大小和每穴种子颗粒数设计，例如用于播种的水稻所述空穴为半个花生米大小，因此，通过对于不同的外圆弧模型块设计不同的所述空穴，从而实现了不同种子的播种；当排料轮24的空穴转动到进料口29时，种子利用重力，把所述空穴填满，当排料轮24继续旋转到和排料轮24外圆弧相切的毛刷时，所述毛刷就把所述空穴上超出所述外圆弧即多余的种子刷掉，以保证每次所述空穴内的种子数量在设计规定内，如每次所述空穴内装有8个水稻种子；当排料轮24继续旋转到所述空穴开口朝下，所述空穴中的种子因重力落入所述排料槽23。通过所述种子限排装置的设置，能够限制种子的下落数量，防止进料口29堵塞，将所述种子限排装置设置为毛刷，能够对种子起到较好的保护作用，防止损伤种子，保证种子的存活率。排料轮24的转速可以通过所述控制器调整所述动力元件的转速而调整。通过调整排料轮24的转速和无人机主体1的飞行速度，就可以调整株距；通过更换所述外圆弧模型块，就可以调整播种的种子种类和每穴种子颗数。

所述动力元件、传感器30、阀门31、空气压缩机21、储气容腔22连接的一气压传感器分别与外围的控制器电信号连接。当所述气压传感器检测到储气容腔22内储存的气体低于设定值时，所述气压传感器将该检测信号发送至所述控制器，使得所述控制器发出启动指令给空气压缩机21，空气压缩机21启动产生高压气体，所述高压气体通过空气压缩机21与储气容腔22的连接管28进入储气容腔22内；当所述气压传感器检测到储气容腔22内储存的气体达到设定值时，所述气压传感器将该检测信号发送至所述控制器，使得所述控制器发出停止指令给空气压缩机21，空气压缩机21停止产生高压气体；所述动力元件转动从而驱动排料轮24转动，使得种子从进料口29落入排料槽23；传感器30为红外线传感器或激光传感器，当传感器30检测到有种子经过时，传感器30将该检测信号发送至所述控制器；或者采用在排料轮24安装同步器的方式代替传感器30，当所述同步器检测到排料轮24旋转到特殊角度时，所述同步器将该检测信号发送至所述控制器；当所述控制器接收到传感器30或所述同步器发送的检测信号，所述控制器发送开启指令给阀门31，阀门31为气动电磁阀，当阀门31接收到所述控制器发出的开启指令时，阀门31打开以使气体通过；储气容腔22内储存的高压气体从相通的排气管26排出至连接处271，所述高压气体将下落至连接处271的种子从出料口27射出，这样，就完成了播种过程。通过设置所述气压传感器的参数就能调整储气容腔22的气压，从而调整种子射入土壤的深度。

由于种子是被空气压缩机21产生的高压气体从出料口27射出，因此，所述高压气体施加于种子上的推动力可将所述种子射入土壤内几厘米的深度，适用于较硬的土壤播种，特别在雨天及一段时间或湿润土壤上面效果更佳，解决了依靠种子自身的重力作用或风扇吹力无法将种子播入较硬土壤的问题。

优选地，与容器20底部相连的所述排料机构可以为多个，与排料槽23相通的出料管25可以为多个，多个出料管25用连接管28固定，与储气容腔22相通的排气管26可以为多个，从而播种行距、行数，播种数量和播种密度可精准可调。

实施例二：

如图1至图10所示，本实施例提供了一种包含了物料发射装置2的无人机。物料发射装置2由连接架17、吊杆14和支架11固定。

如图6和图7所示，无人机主体1包括电控部分10、机翼15、螺旋桨16，起落架12通过连接架17固定于电控部分10，支架11通过支撑杆13与起落架12连接固定。电控部分10包括驱动无人机主体1飞行的发动机、供电的驱动器、为各个机翼15分配电源的电源分配器、电控组件和无线信号传输件，驱动器安装于所述发动机上，所述电源分配器与所述驱动器和各个机翼15的插拔电路电性相连，所述电源分配器与所述驱动器、所述电控组件和所述无线信号传输件电性相连，所述无线信号传输件为全球定位系统(gps)，能够接收控制信号，并且将接收的控制信号传输给所述电控组件，所述电控组件用于控制无人机主体1的飞行航线、飞行高度、飞行速度，实现三维飞行。

优选地，所述全球定位系统(gps)可采用rtk技术，实现播种的精度从2-3米提高到5厘米以内；另电控部分10可安装雷达定高模块，仿地飞行，保证所述无人机距离地面的高度精度控制在0.5米以内，保证种子射入土壤的深度基本一致。

具体地，由于无人机主体1较大，为了解决运输和转场的问题，机翼15与所述电源分配器和无人机主体1的中心部分连接采用插拔电路，如图8所示，母插头101的一端所述电源分配器或无人机主体1的中心部分固定连接，公插头103与机翼15连接，公插头103插入插头连接套102的一端，插头连接套102的另一端插入母插头101中，这样就使得机翼15与所述电源分配器和无人机主体1的中心部分相连；无人机主体1需要运输和转场的时候，将插头连接套102与母插头101相连的一端拔出，使得机翼15与所述电源分配器分离，则机翼15即可单独运输；如图9所示，为了使机翼15与所述电源分配器连接紧密及牢固，机翼15与所述电源分配器连接处的机翼15表面采用螺纹104和契形105的结构，螺纹104使机翼15的顶端在所述连接处向轴心垂直方向锁紧，螺纹104具体由内部外螺牙和外部的内螺牙机构螺纹互拧锁紧，公母配对的契形105使机翼15的顶端在所述连接处相互卡紧，防止机翼15左右旋转。

具体地，当空气压缩机21、储气容腔22以及所述推料机构停止工作时，在容器20内放入粉剂，通过调整排料轮24的转速从而设定定量排出所述粉剂至出料口27，机翼15旋转产生的风场将出料口27的粉剂喷射下来，从而实现所述无人机的喷粉作业。

具体地，如图10所示，机翼15的一端还可以安装喷洒器3，用于喷洒农药和液体肥料中的一种或两种。喷洒器3包括离心喷头302、高速电机及储液器303，离心喷头302为离心甩盘，高速电机及储液器303与离心喷头302相连，所述高速电机通过电线301与电控组件相连，主旋翼电机18通过紧固件19固定在机翼的一端，螺旋桨16固定在主旋翼电机18上面，所述电源分配器通过控制器电信号分别为主旋翼电机18和所述高速电机供电，所述高速电机收到所述电控组件的启动信号，所述高速电机转动使从所述储液器内用水泵泵出的液体通过入水口508流入第一层外壳502与第二层外壳503之间的第一储液室，第一储液室的底部设有出水口509，所述液体从出水口509流出，并流入离心喷头302的中心，所述高速电机通过电机轴501带动离心喷头302旋转，利用离心力把所述液体甩成颗粒雾状，从而实现喷洒所述液体。

优选地，为了提高离心喷头302喷洒的效果，让液体颗粒更细微，雾化率更高，效果更好，出雾量更大，所述高速电机转速为10000-90000转/分，但发热量极大。为了解决所述高速电机运行过热的问题，采用水冷加油冷双重冷却方式，如图9所示，所述高速电机为两层外壳，第一层外壳502与第二层外壳503之间为第一储液室，采用从入水口508到出水口509流入水505的水冷方式。第二层外壳503与电机轴501之间为第二储液室，采用放入油506的油冷方式，当所述高速电机转动时，油也被第二储液室内转子、线圈驱动循环流动，把热量从内部通过第二层外壳503带到所述第一储液室，油506与水505之间采用油封504或密封圈507的密封方式。

优选地，所述无人机的最大载重量为100公斤，可以实现打药、扬肥、播种、喷粉四种功能，如播撒酸性物质的化学颗粒用于盐碱地的改良。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。