适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置及其方法与流程

本发明涉及农业装备技术领域，具体涉及一种适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置及其方法。

背景技术：

目前无人机在农业生产中正发挥着不可比拟的作用，例如广泛应用的农药喷雾作业等。另外由于其轻便灵活、使用方便等优点，可以在无人机上携带传感器对田间作物生长信息、土壤水分营养状况等进行检测和分析，从而实现对农业生产的精准把控，一旦发现问题可及时采取应对措施，节约资源和降低损失。

农业生产中主要应用的无人机类型有多旋翼、单旋翼、固定翼飞机。多旋翼和单旋翼无人机在田间进行作业时，受到自身重量以及现有的电池能量密度限制，不能保证长时间的续航能力；而能够保证续航的固定翼飞机因为受到起落场地的影响，不能在田间灵活应用。

现有的飞机起落架主要由固有的支架和机轮组成，另外还包括承力支柱、减震器、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构等，其作用是为了适应飞机起飞、着陆滑跑和地面滑行的需要。由于田间地形因素，以及原有起落架结构复杂、重量大等因素限制，不适合应用于农业生产作业中，故寻找一种重量轻、结构简单的降落装置，实现固定翼无人机在田间作物冠层的降落，对目前农业航空应用技术是一种有益补充。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置，该装置可收缩与展开，可在不影响固定翼飞机正常飞行的情况下，保证无人机能安全降落在田间作物冠层上。

本发明的另一个目的在于提供一种基于上述装置的作业方法，该方法控制简单，可实现自动遥控控制玻璃纤维纱网的收起和展开，实现无人机的平稳降落。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置，包括固定支撑架、负载缓冲装置、收放线装置，所述固定支撑架包括底架和若干个吊架，降落装置通过吊架安装于无人机下方，底架包括前端支架、支撑侧臂、支撑前杆、支撑中杆和支撑后杆，前端支架一端与支撑侧臂首尾连接，另一端与支撑前杆垂直连接，支撑中杆分别与两端的支撑侧臂前端相连，支撑后杆两端分别与两侧的支撑侧臂末端连接；所述负载缓冲装置包括玻璃纤维纱网和一滑杆，所述玻璃纤维纱网一端固定在支撑中杆上，另一端固定在滑杆上，所述滑杆与支撑前杆平行，滑杆在收放线装置驱动下沿支撑侧臂前后移动。

优选的，所述前端支架靠近支撑前杆一端采用弧形扬起结构。可对固定翼无人机降落起缓冲作用。

优选的，所述固定支撑架中包括两个吊架，吊架分置于降落装置的两侧，每个吊架包括前悬吊杆、后悬吊杆和连接板，所述前悬吊杆的一端通过三通接头分别与前端支架末端和支撑侧臂前端连接，另一端与连接板连接；所述后悬吊杆的一端通过三通接头分别与支撑侧臂后端和支撑后杆一端连接，另一端与连接板连接；在使用时，所述连接板与外部无人机可拆卸连接。

优选的，所述玻璃纤维纱网内平行穿插若干个支撑杆。以防止玻璃纤维纱网发生缠绕、旋转等不利于拖动的状况，对玻璃纤维纱网起支撑作用。

更进一步的，所述降落装置中各杆件均采用中空碳纤维杆。使整个装置质量较轻。

具体的，所述收放线装置包括控制器和若干个收放线电机以及线筒，线筒中线头固定在滑杆上，控制器通过收放线电机控制线筒的旋转方向以及出线长度，控制器通过一无线通信模块与外部遥控器进行无线数据通讯。

更进一步的，所述玻璃纤维纱网收起时滑杆所处的位置处设置第一限位光电门，玻璃纤维纱网释放时滑杆所处的位置处设置第二限位光电门，第一限位光电门和第二限位光电门均分别与控制器相连；所述滑杆的一端设有挡片。从而通过上述光电门可以精确控制滑杆的位置。

优选的，所述滑杆两端设有直线轴承，直线轴承通过轴承夹座设置在支撑侧壁上，滑杆通过直线轴承在支撑侧壁上移动。轴承夹座可以对直线轴承起到固定夹紧作用，并连接滑杆和支撑侧壁。

更进一步的，所述前悬吊杆、后悬吊杆均通过一单通接头与连接板连接；所述单通接头、三通接头、轴承夹座均采用尼龙材料3D打印制作而成。

一种基于上述适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置的方法，包括如下步骤：

a.固定翼无人机在地面准备起飞前，将降落装置和机翼进行固定；初始状态时，玻璃纤维纱网处于展开状态；

b.通过地面上的遥控器发送收起信号给收放线装置中的控制器，控制器控制收放线电机开启，收放线电机驱动相应的线筒旋转以拖动滑杆沿支撑侧壁向支撑前杆方向移动，当第一限位光电门被直线轴承的挡片遮挡后，控制器控制收放线电机停止工作，完成玻璃纤维纱网的收起；

c.固定翼无人机起飞，开始作业；

d.当需要在田间作物冠层降落时，通过地面上的遥控器发送释放信号给控制器，控制器控制收放线电机开启，收放线电机驱动相应的线筒旋转以拖动滑杆沿支撑侧壁向支撑后杆方向移动，当第二限位光电门被直线轴承的挡片遮挡后，控制器控制收放线电机停止工作，完成玻璃纤维纱网的展开；

玻璃纤维纱网展开后，无人机在田间作物冠层上进行降落。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明应用灵活，可远程无线控制所述装置中玻璃纤维纱网的收起与展开，当固定翼无人机起飞前可控制所述装置的收起；当固定翼无人机完成作业需要降落时，控制所述装置进行展开，可保证无人机的安全降落在田间作物冠层上。

2.本发明采用玻璃纤维纱网结合碳纤维管作为冠层接触的承重结构，减少起落架展开时的风阻；采用通用连接设计，不需要改变飞机原本结构即可装载本起落架，整体结构不影响固定翼飞机的正常飞行。

附图说明

图1为本实施例在起飞前玻璃纤维纱网完全收起时的整体结构示意图。

图2为本实施例在降落前玻璃纤维纱网完全展开时的整体结构示意图。

图3为本实施例中第一限位光电门处的结构放大图。

图4为本实施例中收放线装置的控制流程图。

图中，1—第一三通接头、2—前端支架、3—支撑侧臂、5—直线轴承、6—轴承夹座、7—前悬吊杆、8—第一单通接头、9—连接板、10—第二单通接头、11—支撑前杆、12—支撑中杆、13—支撑后杆、14—第二三通接头、15—后悬吊杆、21—第一线筒、22—第二线筒、25—第一收放线电机、26—第二收放线电机、27—支撑杆、28—滑杆、29—第一限位光电门、30—单片机、31—第二限位光电门。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1、2所示，本实施例一种适于固定翼无人机田间作物冠层降落装置，包括固定支撑架、负载缓冲装置、收放线装置，上述各个部件通过相应的连接件连接。整体降落装置固定于固定翼无人机下方，通过地面装置控制起负载缓冲作用的玻璃纤维纱网的收放，不影响固定翼飞机的正常飞行。下面结合附图对其结构具体说明如下。

本实施例中，所述固定支撑架包括底架和2个吊架，两个吊架分别设置在底架的两侧，底架包括前端支架2、支撑侧臂3、支撑前杆11、支撑中杆12和支撑后杆13，支撑前杆11两端分别与两侧的两个前端支架2一端连接，前端支架2靠近支撑前杆11一端采用弧形扬起结构。每个前端支架2的另一端分别与对应的支撑侧臂3首尾连接，支撑中杆12与两侧支撑侧臂3的前端相连，支撑后杆13两端分别与两侧的支撑侧臂3末端连接。

每个吊架包括前悬吊杆7、后悬吊杆15和连接板9，前悬吊杆7的一端通过第一三通接头1分别与前端支架2末端和支撑侧臂3前端连接，另一端通过第一单通接头8与连接板9连接；所述后悬吊杆15的一端通过第二三通接头14分别与支撑侧臂3后端和支撑后杆13一端连接，另一端第二单通接头10与连接板9连接，参见图4。

本实施例中，连接板9采用椭圆形碳板，和机翼通过夹板固定在一起，这样用面接触的方式进行连接，可以固定的更牢靠。

参见图1、2，本实施例中，负载缓冲装置包括玻璃纤维纱网和一滑杆28，玻璃纤维纱网内平行穿插多个支撑杆27，这里支撑杆的数量可根据实际情况自行选择。在收起时，支撑杆27是放置在前端支架2上。玻璃纤维纱网一端固定在支撑中杆12上，另一端固定在滑杆28上。滑杆28与支撑前杆11平行，滑杆28在收放线装置驱动下沿支撑侧臂3前后移动，实现玻璃纤维纱网的收起和展开。图1为收起状态图，图2为展开状态图。

其中，参见图3，本实施例中，装置还包括用于固定直线轴承5的轴承夹座6，该夹座采用螺栓连接。轴承夹座6将直线轴承5固定在支撑侧壁3，并使直线轴承5与滑杆28连接，保证滑杆28在支撑侧壁3上移动。

本实施例中，收放线装置由单片机30与光电门组成的控制装置、第一收放线电机25与第一线筒21、第二收放线电机26与第二线筒22组成的执行装置组成，如图1、2、3、4，单片机30设置在固定板的下方，线筒中线头固定在滑杆28上，实施例中光电门包括第一限位光电门29、第二限位光电门31，第一限位光电门29设置在玻璃纤维纱网收起时滑杆28所处的位置处，第二限位光电门31设置在玻璃纤维纱网释放完成时滑杆28所处的位置处。滑杆28的一端设有挡片，挡片到达上述两个光电门时，会触发相应光电门发送信号到单片机30。单片机30与外部地面装置可进行无线通信。线筒也为两个。单片机30控制收放线电机25或26开启和停止，光电门给予单片机反馈信号结束收放线电机25或26的运行；第一收放线电机25对第一线筒21进行单独控制，通过第一线筒21旋转收线使线头另一端的滑杆28通过直线轴承6在装置左右两端的支撑下臂3上移动，从而释放玻璃纤维纱网；第二收放线电机26对第二线筒22进行单独控制，通过第二线筒22旋转收线使线头另一端的滑杆28通过直线轴承6在装置左右两端的支撑下臂3上移动，从而收起玻璃纤维纱网。

本实施例中，所述单通接头、三通接头、轴承夹座6均采用尼龙材料3D打印制作而成。同时，为了降低整个装置的质量，避免对飞行造成影响，本实施例中所涉及的所有杆件均采用质量轻便的中空碳纤维杆。

基于上述降落装置，参见图4，本实施例的作业方法包括如下步骤：

a.固定翼无人机在地面准备起飞前，将椭圆形连接板9和机翼通过夹板固定在一起。

b.通过地面装置发送释放信号给单片机30，单片机30控制第二收放线电机26开启，驱动第二线筒22进行顺时针旋转，滑杆28沿着机身支撑侧臂3向前移动；当第一限位光电门29被滑杆的挡片遮挡后，单片机30控制第二收放线电机26停止工作，完成玻璃纤维纱网的收起；

c.固定翼飞机起飞，开始作业；

d.作业完成后，地面装置发送收起信号给单片机30，单片机30控制第一收放线电机25开启，驱动第一线筒21进行顺时针旋转，使滑杆28沿着机身支撑侧臂3向后移动；当第二限位光电门31被直线轴承6的挡片遮挡后，单片机30控制第一收放线电机25停止工作，完成玻璃纤维纱网的展开；

e.所述装置完成后，无人机在田间作物上进行降落。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。