一种旋翼植保无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机植保技术领域，具体涉及一种旋翼植保无人机，适合于多种作业场景可实时全向调节喷副大小、喷头布局、喷洒密度。

背景技术：

无人机飞防植保的应用场景单调，目前主要适用于大田作物的作业，果业林业口对撒药无人机的需求已经凸显，可以减少农药残留，可以大面积快速防治病虫害，可以节省人力物力财力。但是在具体的作业场景中逐渐凸显出一些短板与不足。

一是用户每次作业前都需要对植保机进行安装，如机臂的折叠、螺旋桨的安装等。随着使用次数的增加，折叠件容易疲劳甚至变形，螺纹会磨损甚至滑丝，严重时将会造成飞机发生意外，出现危险情况。这其中原因主要是设计者站在卖家的角度思考，而不是站在买家的角度思考，都是专注于无人机的可折叠、运输小型化等方面。而作业时需要的是皮实耐用以及高可靠度。这两者之间存在着一定的供需矛盾；

二是植保无人机在提高作业速度的同时，在作业质量上一直存在雾化不足、单位面积的施药量不足、有效施药范围不精确等方面的问题，这也是农户们反映最多的问题；

三是植保无人机的自身重量问题，当前市面上的植保无人机在续航方面一直存有短板，归其原因，既有能源问题，亦有自身重量的问题。能源问题一时难以解决，但是在自身重量方面确有很多工作可做，如果植保无人机在自重方面可以减轻3公斤的重量，必然可以在同等能源供给的情况下增加4-5公斤的载重，因为越轻的起飞重量，螺旋桨的效率越高。这也是本实用新型所考虑的一个问题背景；

四是现有植保无人机的应用场景比较单一，在遇到稀疏农作物、高杆作 物、幼苗期的果树林木、茂密期的果树林木等实际场景是，很难进一步提高作业精度和作业有效率。以果林业的应用场景为例，作业对象都是以行为分布形式的，在行与行之间都是空白处，是不需要进行施药的，而行内的各株植物而言基本上连在一起，是需要大量施药的。所以在施药时，既需要纵向与垂直方向大量施药，在横向行间隙处又不需要施药的，这就要求在这一场景内的作业植保无人机需要具有精准的施药区域控制能力，这一区域既包括水平方向，也包括垂直方向，而且该区域也是随着作业对象的长势情况随机变化的。所以，这也是亟待解决的另一个现实问题。

所以，如何针对以上这些现实问题短板，从用户的角度思考植保无人机的设计是一件非常有益的课题，这正是本实用新型的设计初衷。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种旋翼植保无人机，解决了以下技术问题：1)减少作业前的准备时间和准备步骤，减少无人机相关部件的损耗；2)减少植保无人机的自重，提升作业中的能源使用效率；3)针对作业场景中既需要在垂直方向进行均匀有效施药，又需要在水平横向方向进行有限施药的现实需求特点，解决植保无人机在垂直方向和水平横向方向精确施药问题，提高播撒效率及其效果；4)提高植保无人机对应用场景的适用性和实用性，使其可以实时根据不同的作业对象进行相应的布局变化，以提高作业效率和作业效果；5)减少出现意外情境时植保无人机的损失概率和损失大小，提升植保无人机的本体耐受度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种旋翼植保无人机，包括有星形中心管件，星形中心管件下部设有减震垫、药箱牵拉装置；星形中心管件上部设有中心承载板；中心承载板上部设有飞控盒；药箱牵拉装置上固定有药箱；星形中心管件的四周的数个轴端各设一机臂，每个机臂的外端上侧通过管夹、电机底座与电机相连，电机与螺旋桨相连；电机底座下侧 设有支撑腿，支撑腿上设有喷头支撑杆，每组喷头支撑杆上设有与水管相连的喷头；水管进水端与水泵的出水孔相连。

所述的星形中心管件与中心承载板采用胶结方式连接。

所述的中心承载板采用复合材料压制而成。

所述的药箱牵拉装置包括一圆环，圆环上按照星形结构设有6个连接孔；连接孔内设有钢丝绳，钢丝绳的通过铝合金卡子与星形中心管件相连。

所述的中心承载板由碳纤维布、玻纤维与聚苯乙烯高强度泡沫通过环氧树脂胶结而成；所述的中心承载板上部设有聚苯乙烯高强度泡沫，聚苯乙烯高强度泡沫表面设有超薄型玻纤维，玻纤维表面敷有作为强化层的碳纤维布。

所述的支撑腿与喷头支撑杆通过可进行上下左右四个方向角度调整的连接管件相连。

所述的星形中心管件由两条铝合金管相交组成十字形铝合金管件，星形中心管件四周设有四个轴端，每个轴端通过一个机臂连接一个螺旋桨；四组螺旋桨中心连线成一正方形；根据需要在相应的机臂下设置喷头支撑杆、水管和喷头，使喷头支撑杆、水管和喷头的结构布局成分别为短工字型、三角型。

所述的星形中心管件由三条铝合金管相交组成，三条铝合金管有6个轴端，每个轴端通过一个机臂连接一个螺旋桨；6组螺旋桨中心连线成一正六边形，根据需要在相应的机臂下设置喷头支撑杆、水管和喷头，使喷头支撑杆、水管和喷头的结构布局成分别为短工字型、长工字型、王字型、X型、三字型。

所述的星形中心管件具体为六根相同的管件成放射状等距离设置，在六根管件底部设有正六边形固定框。

所述的药箱顶部设有个星形沟槽，星形中心管件整体嵌入星形沟槽中。

所述的机臂与支撑腿通过胶结方式连接。

所述的水泵置于药箱上。

所述的机臂采用碳纤维管。

已有的公知技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)一体化设计，无需折叠，开箱即飞。全面考虑到农户在使用植保无人机过程中由于拆装造成的损坏，减少安装部件的损耗，减少安装过程中的差错和失误，本实用新型所设计的植保无人机采用一体化整体设计，摒弃了折叠件，所有的部件在作业前都不需要二次安装，实现开箱即飞。同时，一体化的设计使整机的强度大大提高，经测试在5米高度满载自由落体，仅支撑脚架与机体分离，未造成其它损失。

2)全向可调节的喷洒系统，实现精准化作业。能够根据作业对象对喷头的布局进行变换，实时全向调节喷副大小、喷头布局、喷洒密度，确保作业时的针对性和有效性。针对果林业的特点，以枣树为例，规模化的枣园一般的株距×行距为1.5米×2米和2米×3米，在不同的成长时期以及不同的枣树类型，其株距、行距、高度等都有不同。如在枣树植株早年期，行距方向有近1.5米的空白区域，药剂撒到这个区域为无效的浪费，真正有效地施药面积为单行方向1米的宽度，垂直方向的施药高度为2米左右。而在大植株枣园，行与行之间的空白区域在0.5米左右，但单行方向需要的施药面积达到4米，垂直方向的施药高度达3米。这两种情景在果林业非常普遍，如苹果树、樱桃树、梨树、苗圃、林带等场景都有类似的特点。而本实用新型能够在确保垂直方向高效施药的同时，也能精准地对水平方向的施药范围进行控制，还能最大限度地提高药物的雾化程度并减少药物的无效飘散，破解当前果林业植保无人机作业的难题。

3)减少药剂飘逸，提高药剂的垂直作用高度。充分考虑了作业过程中既要撒的宽、又要撒的深的现实需要，考虑到螺旋桨下洗气流在桨盘覆盖面积外存在逆上升导致药剂不能有效下沉乃至飘逸到上升气流之中的特性，根据作业对象的不同适时调整喷头布局，将所有可全向调整的喷头位置进行优化 组合，进而减少药剂的飘逸，增加施药的针对性和有效性，使喷洒出的药剂全部都整流到螺旋桨的主下洗气流之中，提高药剂的垂直作用高度。

附图说明

图1为本实用新型星形中心管件的结构示意图。

图2为本实用新型星形中心管件下部减震垫示意图。

图3为本实用新型药箱牵拉固定装置示意图。

图4为本实用新型中心承载板上部结构示意图。

图5为本实用新型中心承载板下部结构示意图。

图6为本实用新型中心承载板的材料结构示意图。

图7为本实用新型飞控盒结构示意图。

图8为本实用新型喷洒支撑杆水平放置单轴机架结构示意图。

图9为本实用新型喷洒支撑杆倾斜放置单轴机架结构示意图。

图10为本实用新型星形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置进行组合前位置示意图。

图11为本实用新型星形中心管件与中心承载板、减震垫32、药箱18和药箱牵拉装置组合后的结构示意图。

图12为本实用新型整机短工字型展开时的结构状态示意图。

图13为本实用新型整机长工字型展开时的结构状态示意图。

图14为本实用新型整机王字型展开时的结构状态示意图。

图15为本实用新型整机X型展开时的结构状态示意图。

图16为本实用新型整机三字型展开时的结构状态示意图。

图17为本实用新型以长工字型为例喷头支撑杆收回后整机的结构状态示意图。

图18为本实用新型配套的铝合金存储运输箱示意图；其中图18(a)为打开状态示意图；图18(b)为18(a)的后视图。

图19为本实用新型十字形中心管件结构示意图。

图20为十字形中心管件下部减震垫示意图。

图21为药箱牵拉固定装置另一实施例的示意图。

图22为十字形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置进行组合前位置示意图。

图23为十字形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置进行组合后的结构示意图。

图24为本实用新型十字形旋翼整机的工字型展开时的结构示意图。

图25为本实用新型十字形旋翼整机三角型展开时的结构示意图。

图26为本实用新型十字形旋翼喷头支撑杆收回后整机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。需要注意的是，本实用新型的优选实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本实用新型、其应用或用途。应当指出的是，尽管该优选实施方式披露了本实用新型的各种具体组件和细节，但是本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围不限于这些组件和细节，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域技术人员能够对这些组件和细节做出修改或等同替换，修改或替换后的实施方案也将落入本实用新型的保护范围之内。

参见图1、4、8、9、10、11，一种旋翼植保无人机，包括有星形中心管件1，星形中心管件下部设有减震垫、药箱牵拉装置3；星形中心管件上部设有中心承载板2；中心承载板2上部设有飞控盒；药箱牵拉装置3上固定有药箱18；中心承载板2的四周的数个轴端各设一机臂19，每个机臂19的外端上侧通过管夹31、电机底座22与电机20相连，电机20与螺旋桨21相连，电机底座22下侧设有支撑腿23，支撑腿23上设有喷头支撑杆24，每组喷头 支撑杆24上设有与水管26相连的喷头25；水管进水端与水泵28的出水孔29相连。

所述的星形中心管件与中心承载板采用胶结方式连接。

所述的中心承载板采用复合材料压制而成。

所述的药箱牵拉装置3包括一圆环4，圆环上按照星形结构设有6个连接孔5；连接孔内设有钢丝绳6，钢丝绳6的通过铝合金卡子7与星形中心管件1相连。

参见图4、5、6，所述的中心承载板由碳纤维布10、玻纤维9与聚苯乙烯高强度泡沫8通过环氧树脂胶结而成；所述的中心承载板上部设有聚苯乙烯高强度泡沫8，聚苯乙烯高强度泡沫8表面设有超薄型玻纤维9，玻纤维9表面敷有作为强化层的碳纤维布10。

所述的支撑腿与喷头支撑杆通过可进行上下左右四个方向角度调整的连接管件27相连。

所述的星形中心管件由两条铝合金管相交组成十字形铝合金管件，星形中心管件四周设有四个轴端，每个轴端通过一个机臂19连接一个螺旋桨21；四组螺旋桨中心连线成一正方形；根据需要在相应的机臂下设置喷头支撑杆、水管和喷头，使喷头支撑杆、水管和喷头的结构布局成分别为短工字型、三角型。

所述的星形中心管件由三条铝合金管相交组成，三条铝合金管有6个轴端，每个轴端通过一个机臂19连接一个螺旋桨21；6组螺旋桨中心连线成一正六边形，根据需要在相应的机臂下设置喷头支撑杆、水管和喷头，使喷头支撑杆、水管和喷头的结构布局成分别为短工字型、长工字型、王字型、X型、三字型。

所述的星形中心管件具体为六根相同的管件成放射状等距离设置，在六根管件底部设有正六边形固定框。

所述的药箱顶部设有个星形沟槽，星形中心管件整体嵌入星形沟槽中。

所述的机臂与支撑腿23通过胶结方式连接。

所述的水泵置于药箱上。

所述的机臂19采用碳纤维管。

本实用新型以星形中心管件为总连接部件，星形中心管件采用铝合金管件，将中心承载板与其胶结，中心承载板采用复合材料压制而成，用于安装飞控盒与电池；同时具有较强的减震耐腐蚀性能；在星形中心管件的下方通过减震垫和药箱牵拉装置把药箱与其进行连接固定，药箱顶部有个星状沟槽，星形中心管件嵌入沟槽中；在中心铝合金管件的六个轴向方向分别连接一个机臂，每个支撑腿都通过一个可以“上下左右”四个方向调节的管夹结构连接喷头支撑杆，喷头支撑杆上安装有喷头，喷头之间通过水管连接，水管的向内一端与水泵的出水口连接，水泵安装中心铝合金管件下方。

参见图1，图1所示为星形中心管件，由铝合金管件焊接而成，其上部与中心承载板进行胶结构成一体化的中心部件，其下部表面覆盖一层减震垫，药箱通过药箱牵拉装置3与其固定在一起。

所述的星形中心管件的另一实施例的结构示意图，星形中心管件由三根铝合金管交叉组合或者由6根铝合金管的一端固定连接后按照放射状均匀排布成星形(*)结构，组成六旋翼机架，星形中心管件下侧设有六边形固定框架。

图2所示为星形中心管件下部减震垫32，为橡胶材质，双面带胶，放置在药箱与星形中心管件之间，起到粘合、减震、吸能、粘合的作用。

图3所示为药箱牵拉装置，按照星形交叉方式对药箱进行牵拉固定，其中心部是一个圆环4，圆环按60度为划分开有六个孔5，孔5用于固定牵引的钢丝绳6，圆环中间位置与药箱的底部中间位置叠加，用于支撑药箱，从圆环上牵引出的六个钢丝绳分别与星形中心管件的六个延伸轴相连接，通过铝 合金卡子7对钢丝绳进行锁紧，避免滑脱。水泵安装在药箱上，通过软钢丝进行固定安装在药箱上，即能减少水管转接造成的压力浪费，也能减少水泵运行时对飞控系统的影响。

参见图4、5，图4和图5所示为中心承载板的上部分和下部分。中心承载板为碳纤维布、玻纤维与聚苯乙烯高强度泡沫通过环氧树脂胶结而成，其结构剖面如图6所示，超薄型玻纤维9附着在聚苯乙烯高强度泡沫8表面，碳纤维布10作为强化层敷在玻纤维表面，通过浸润环氧树脂在高压模具内压制而成。可制作为圆形或多边形。本申请以圆形为例，在中心承载板上部分开有两个槽用于安装电池，槽的深度根据所选用的电池而定，一般为2-4厘米深，可以有效地固定电池。同时大槽的尺寸为不规则的四边形，在两头分别有外延的一部分2，此功能用于安装不同容量的电池。如图4所示的尺寸可以安放通用的30000mah、22000mah、16000mah、10000mah容量的四类电池，以此类推可将大槽33的尺寸进行变化以适应不同的电池。中心板的一端还开有一个小槽34，放置小电池，用于给一些外设设备进行供电，避免共用大电池造成的电源不稳定的问题。同时中心承载板上部的中心位置11为飞控盒的安装部位，飞控盒如图7所示，中心承载板上开有两个贯穿上下板的走线孔12，走线孔的上部与飞控盒的预留孔位对应，用于通过电源线、信号线，能够确保飞机的电力系统具有良好的物理防水性和防尘性。中心承载板的底部如图5所示，开有走线槽13，用于从下部走电源线和信号线。整个中心承载板与机架的星形中心管件进行胶结，使其全面结合在一起形成一体。该中心承载板具有强度高、耐腐蚀、高减震、防水防尘、集成性强的特点和功用。

参见图7，图7所示为飞控盒，其左右两侧分别安装两对插头一15，用于连接动力电池，其正面安装有一对插头16，用于连接飞控电池，其顶部安装有一个垂直的支撑杆17用于放置外置GPS等设备，其底部开有两个孔位，与中心承载板的孔位一致，相对应，用于走线。飞控盒与中心承载板之间通 过胶结进行固定。

参见图8、9，图8和图9所示均为“机臂、动力系统、支撑腿、喷头支撑杆、可旋转调节管夹、喷洒装置”的整体结构示意图，其中图8为喷洒支撑杆水平放置结构，图9为喷洒支撑杆倾斜放置结构。以图9为例，其一端与星形中心管件1连接，另一端在其上方通过安装的管夹31和电机底座22，电机底座为高强度板材加工而成，用于固定装有螺旋桨21的电机20。电机底座下方的机臂19位置向下安装有一个支撑腿23用于支撑机体重量。支撑腿与机臂19之间为胶结结构，在意外坠机时此处可实现对最初冲击力的抵抗，一旦冲击力大于胶结处的最大耐受力，此处可以先行断裂，以其自身的损坏来减弱冲击力对整机的毁伤，同时支撑腿还用于安装指示灯30和喷头支撑杆24，喷头支撑杆与支撑腿之间通过一个可进行“上下左右”四个方向进行角度调节的连接部件27，喷头支撑杆上安装有喷头25，喷头之间有水管26连接，水管的一端与水泵的出水孔29连接。该喷头支撑杆可以进行全向转动用以实现对喷洒幅度、喷头布局、喷洒密度的变换，可实现喷头距离在1m-2.5m之间变化，喷头布局可根据机型的不同，可变换为短工字形、长工字形、王字形、X形、三字形以及三角型等形态，可大大增加植保无人机的使用场景。

参见图10、11，图10和图11所示分别为星形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置爆炸状态图和组合后的结构示意图。

参见图12、13、14、15、16，图12、图13、图14、图15、图16所示分别为整机展开时的短工字形、长工字形、王字形、X形、三字形结构状态示意图。

参见图17，图17为以长工字形为例喷头支撑杆收回后整机的结构状态示意图。

参见图18，图18为该型号植保无人机配套的铝合金存储运输箱，存储运输箱为铝合金机箱壁，包括机箱上盖和机箱盖的把手。其内部尺寸与配套植 保无人机带螺旋桨的尺寸相当，放置无人机后箱体内部的空间用于放置充电器、遥控器、电池、工具盒、自动加药泵、备用螺旋桨、水壶等设备，方便转场。同时实现开箱即飞，无需再次展开飞机、装卸螺旋桨等工作，减少装拆飞机所产生的无谓损耗。

图19为星形中心管件的另一实施例的结构示意图，星形中心管件由两根铝合金管交叉组合或者由四根铝合金管的一端固定连接后按照放射状均匀排布成星形(*)结构，组成四旋翼机架，星形中心管件下侧设有正方形固定框架。

图20为十字形中心管件下部减震垫示意图，减震架的结构与十字形中心管件的结构相似，由一个正方形的框体和正方形的两条对角线组成的减震垫。

图21为药箱牵拉固定装置另一实施例的示意图，所述的药箱牵拉装置3包括一圆环4，圆环上按照星形结构设有4个连接孔5；连接孔内设有钢丝绳6，钢丝绳6的通过铝合金卡子7与星形中心管件2相连。

图22，为十字形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置进行组合前位置示意图，星形中心管件为十字形中心管件，减震垫的结构也是十字形减震垫，药箱牵拉固定装置的钢丝绳有4根。

图23为十字形中心管件与中心承载板、减震垫、药箱和药箱牵拉固定装置组装后的结构示意图。

图24、图25、图26分别为本实用新型十字形旋翼整机的工字型展开时的结构示意图、十字形旋翼整机三角型展开时的结构示意图、十字形旋翼喷头支撑杆收回后整机的结构示意图。

本实用新型的工作原理：

使用时，用户打开机箱将整机取出放置在水平地面上，检查螺旋桨、电机、飞控盒、GPS天线等部位的是否有松动，检查完毕后给飞控盒供电，进行磁罗盘的校准，再放置动力电源，并根据农作物的不同类型，将喷洒系统进 行调整(短工字形、长工字形、王字形、X形、三字形以及三角型等形态)，选取好适合的喷头布局以及喷嘴规格和喷嘴出水扇面的方向，测试水泵工况以及喷嘴出水雾化情况；完成以上准备工作后，即可添加药剂进行飞防作业。

本实用新型分为三个独立部分，一是一体化的碳纤维机架平台，二是中心板，三是全向可调节喷洒系统。机架中心由星形中心管件构成，六个或四个碳纤维管分别与星形中心管件结合，在每个机臂的外端都安装有电机底座和管夹，在电机底座的下方有一个向下的支撑腿，在支撑腿的上安装有一个可以转动的管夹，该管夹安装有一个喷头支撑杆子，与管夹是随动关系；中心承载板由碳纤维、玻纤维、聚苯乙烯材料、环氧树脂制作而成，分为圆形和多边形，上部有若干个电池安装槽、飞控盒承载平台，下部有走线槽，有两个过线孔穿过整个中心板并与上部的飞控盒的下部开孔直接对应，具有强度高、耐腐蚀、高减震、防水的特点；喷洒系统由药箱、水泵、水管、喷头、喷头支撑杆组成。其中药箱安装在中心板承载板下方，通过在其四周安装软钢丝与机架的星形中心管件连接，药箱与机架的星形中心管件之间有一层减震胶垫。水泵安放在药箱上。喷头分布在机臂下方，随着喷头支撑杆的转动而转动，进而实现对喷副大小、喷头分布、喷洒密度的全向性调整。