主副药箱相结合的稳定重心装置和方法、以及无人机与流程

本发明涉及农业工程领域适用于农田喷洒作业的无人机重心平衡装置，尤其是涉及一种主副药箱相结合的稳定重心装置和方法、以及具有该装置的无人机。

背景技术：

近年来，无人机技术有了突飞猛进的发展。由于其成本低、机动性能好、生存能力强、无人员伤亡风险等优点，无人机在现代军事和民用领域占据了极其重要的地位，在农用领域应用也越来越广阔。

无人飞机质量轻巧，便于作业，但是其重心的变化对飞机的飞行和农业作业质量影响很大。为稳定无人机飞行的重心，公开号为CN104354864A的专利申请提供的用于喷洒农药的旋翼式无人机，包括带有旋翼组件的机身，所述机身上还安装有药箱以及与药箱连接的喷药装置，所述药箱设有多个，所有药箱平铺设置且整体的水平重心与机身的水平重心重合；将大药箱分解为等容积的多个小药箱，飞机在急停情况下，每个药箱内的液体产生的水平重心偏移较小，总体的水平重心偏移要大大小于单个药箱来盛装药液的情况，从而避免因为水平重心偏移变化过大、机身倾角过高而使得飞控无法矫正失控坠地的问题发生。

另外，公开号为CN203876985U的专利申请提供了一种具有自动平衡功能的遥控喷药直升机，包括机身、主旋翼、发动机、尾杆、尾浆、垂尾、油箱、喷药装置、遥控装置，所述喷药装置包括储药机构、软管、气泵、两翼旋转式喷药机构，所述储药机构由左药箱、右药箱、后药箱、连通管、平衡泵、前平衡感应器、后平衡感应器组成，所述左药箱、右药箱分别安装在机身的左右两侧，所述左药箱和右药箱的前端通过软管、气泵与两翼旋转式喷药机构连接，所述左药箱和右药箱的后端通过连通管、平衡泵与安装在尾杆上的后药箱相连；该专利也是利用三个药箱之间通过平衡泵来调节水平重心。

目前，市场上的无人飞机一般只有一个药箱，一般装在飞机的上方或下方，当装满药液的时候，飞机的重心高度偏下，随着药液的喷洒，药箱中药液量的减少，无人飞机的重心会显著升高，导致飞机重心高度位置发生变化，形成不平衡状态，影响飞机的飞行稳定性，此外对农田信息的采集及肥药喷施等造成严重的影响，严重时甚至会导致无人机坠毁。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种主副药箱相结合的稳定重心装置和方法、以及无人机，主要是对无人机添加副药箱来平衡机身的整体重量，在无人机作业的过程中保证随着主箱体中的药液量的减少，通过副药箱的补给来调整机身整体重量，达到底部和上部的重量的平衡，来平衡无人机底部药箱因药液的减少导致的机身侧倾等问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种主副药箱相结合的稳定重心装置，包括支架，所述支架的上部安装有副药箱、下部安装有主药箱、中部为无人机安装位；

所述副药箱和主药箱相对无人机的重心上下对称安装；

所述副药箱的底部设有经管路与主药箱连通的补偿孔，该补偿孔处设置有喷药泵；

所述主药箱的底部设有出药口；

所述的支架包括高度可调的支撑杆，以及连接在支撑杆间的横梁，所述横梁上设有固定所述副药箱和主药箱的限位机构。

本发明利用两个结构完全相同的副药箱和主药箱，分别安装在无人机的上下两侧，保证在配装药箱后，无人机保持自身的重心高度不变；同时，在飞行过程中，随着主药箱内药液的喷出，利用副药箱向主药箱内补偿药量，保持上下两个药箱在飞行过程中始终处于重量平衡状态，即药箱内的药液余量相等，以此稳定无人机飞行过程中的重心高度，达到底部和上部的重量的平衡，来平衡无人机底部药箱因药液的减少导致的机身侧倾等问题。

作为优选的，所述的副药箱和主药箱上均设有进药口，用于向药箱内注入药液，且各进药口处配合有透气的箱盖，平衡药箱内外气压，避免药箱内出现负压而影响药液的流通。

进一步的，所述出药口处安装有液体流量传感器，用于发出控制所述喷药泵的信号。

本发明利用液体流量传感器，实时检测主药箱的出药量，使得喷药泵可根据该检测信号来调节副药箱向主药箱的补偿量，保持补偿量为主药箱出药流量的1/2，实现整个无人机的重心高度平衡。

作为优选的，所述副药箱上的补偿孔和主药箱的出药口均位于对应箱体底部的中心最低处；即药箱具有圆弧或倾斜的底面，促使药箱内的药液可完全排出。

本发明中，为防止安装支架内的药箱在飞行过程中的晃动，在支架的横梁上设有固定药箱的限位机构，具体地，所述的限位机构为T型梁，所述主药箱和副药箱的侧面设有T型槽；通过T型梁插入药箱侧面的T型槽内，实现药箱的固定。

进一步优选的，所述的T型梁包括水平向T型梁和垂直向T型梁；所述的T型槽包括设于箱体顶部或底部的水平向T型槽，以及设于箱体周面的垂直向T型槽。

本发明通过设置水平向T型梁和垂直向T型梁，实现对药箱前后左右四个方位的限位，以更好保持药箱的平衡。

作为优选的，所述的垂直向T型梁位于上下两横梁之间，横梁上固定有限位块，该限位块上设有与垂直向T型梁端部配合的T型限位槽。安装药箱时，可将箱体直接推入水平向T型梁，但是垂直向T型梁必须采用可拆卸结构，以便在水平向固定药箱后，插入所述的垂直向T型梁。

作为优选的，所述支撑杆包括与底部横梁固定的套杆，以及与顶部横梁固定且插入在套杆内的伸缩杆；所述套杆和伸缩杆上设有相配合的高度调节孔，并通过穿过高度调节孔的定位销固定。

利用高度可调的支撑杆以适应于不同尺寸的无人机安装，更可在安装好后调节上下两个药箱的位置，使得上下两个药箱相对无人机本体的重心堆成。

一种上述稳定重心装置实现的方法，根据主药箱底部出药口的流量，通过喷药泵控制副药箱流向主药箱的药液补偿量，所述的补偿量为主药箱出药流量的1/2，即保证无人飞机上方的副药箱的重量和无人机下方的主药箱的重量始终相同，保持无人机的飞行重心高度不变。

本发明还提供了一种具有稳定重心装置的无人机，所述无人机上安装有上述的稳定重心装置，无人机固定在所述支架的无人机安装位内。

本发明结构简单，可以通过平衡支架来调节主副药箱的位置，稳定无人机的底部和上部的平衡；实现了主药箱和副药箱在喷施的过程中药液的流动补充，稳定无人机的作业平衡。

附图说明

图1为支架的大体结构图；

图2为支架的侧视图；

图3为主药箱的结构图；

图4为副药箱的结构图。

具体实施方式

如图1和图2所示的稳定重心装置，包括支架2，该支架2的上部为副药箱安装位201，中部为无人机安装位202，下部为主药箱安装位203。

如图3所示，主药箱10上设有出药口6、第一进药口4、T型凹槽5和第一补偿孔7，第一进药口4和第一补偿孔7分别设置在箱体的两侧偏上位置，第一进药口4用于向主药箱10内注入药液，并采用透气的箱盖3密封，可以平衡药箱内外气压。T型凹槽5位于箱体的底部，且为平行布置的两条，用于将主药箱10安装在支架2内的主药箱安装位203中。

本实施例中，主药箱10的底面为弧面，出药口6位于箱体底面的最低处，箱体内的药液通过出药口6向外喷出。

如图4所示，副药箱11上设有第二进药口8、第二补偿孔9和T型凹槽5。第二进药口8设置在箱体的侧面偏上位置，用于向副药箱11添加药液，也利用透气的箱盖3密封。副药箱11具有平整的顶面，两条平行的T型凹槽5设置在顶面内。第二补偿孔9处安装有喷药泵12，且第二补偿孔9通过管路与主药箱10上的第一补偿孔7连通，使得副药箱11内药液通过该管路可流入主药箱10内。

本实施例中，副药箱和主药箱的容量相同，且结构大体相似，在支架2内且相对无人机的重心上下对称安装。

主药箱的出药口6处安装有液体流量传感器13，用于实时检测主药箱的出药量，使得喷药泵可根据该检测信号来调节副药箱向主药箱的补偿量。同时，支架2上的DSP控制器1分别与液体流量传感器和喷药泵电连接。

支架2包括高度可调的支撑杆21以及连接在支撑杆21间的横梁22。支撑杆21包括与顶部横梁固定的套杆24，以及与底部横梁固定且插入在套杆24内的伸缩杆25，且套杆24和伸缩杆25上设有相配合的高度调节孔26，并通过穿过高度调节孔26的定位销27固定，以维持支撑杆21的高度不变。

本实施例中，为防止安装支架内的药箱在飞行过程中的晃动，在支架的横梁22上设有固定药箱的T型梁，通过T型梁插入药箱侧面的T型凹槽5内，实现药箱的固定。T型梁包括水平向T型梁23和垂直向T型梁31；T型槽包括设于箱体顶部或底部的水平向T型槽，以及设于箱体周面的垂直向T型槽。在安装时，水平向T型梁23插入水平向T型槽中，垂直向T型梁31插入垂直向T型槽，以实现药箱的固定。

其中，垂直向T型梁31位于上下两横梁之间，横梁上固定有限位块32，该限位块32上设有与垂直向T型梁31端部配合的T型限位槽。安装药箱时，可将箱体直接推入水平向T型梁，但是垂直向T型梁必须采用可拆卸结构，以便在水平向固定药箱后，插入垂直向T型梁。

本实施例中，套杆24和伸缩杆25外设有螺纹，且两根套杆24之间套由第一升降横梁28，第一升降横梁28和横梁22的向对面设置限位块32，两限位块32之间插装有垂直向T型31，第一升降横梁28可相对套杆24滑动，并通过定位螺母30固定。例如，在安装副药箱11时，先降低第一升降横梁28的高度，使得副药箱11可装入支架内，并使水平向T型梁23插入副药箱11顶部的T型凹槽5内，然后将垂直向T型梁31插入副药箱11一侧面的T型凹槽内，再提升第一升降横梁28的高度，使得垂直向T型梁31的两端恰好位于两限位块32的T型限位槽内，并拧紧定位螺母30，使得第一升降横梁28和顶部横梁间的副药箱11固定。同理，主药箱也是通过锁紧螺母33和与伸缩杆滑动配合的第二升降横梁29固定。

利用上述的稳定重心装置，在无人机作业飞行过程中，液体流量传感器13通过实时检测主药箱上出药口6处的流量，液体流量传感器13将主药箱10的出药口6喷洒出的药液量值传输给DSP控制器1，DSP控制器1将信号处理后传输到副药箱11的第二补偿孔9处喷药泵12，使得喷药泵可根据该检测信号来调节副药箱向主药箱的补偿量，控制补偿量为主药箱出药流量的1/2，保持整个无人机的重心高度平衡。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。