一种气送条播式飞播方法及装置与流程

本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种气送条播式飞播方法及装置。

背景技术：

运用小型无人飞行器实现农作物的近地面航空播种(简称飞播)，作为一种不接触地表的轻简高效化种植方式，具有工作效率高、通过性高和定位播种精度高的特点，适用于不同作业面积、地形及边界形状复杂程度的田地上油菜、芝麻、水稻、饲草等多种农作物的播种作业，是对农作物现有地面机具机械化播种方式的一种重要有益补充。对于农作物在丘陵山/坡地、滩涂地、散小田块等地面机器难以进入或进入经济效应不高的情况下的实际种植情况，发展并运用实施农作物近地面航空播种技术与装备显得尤为重要。

目前，市面上商品化的飞播装置多以离心水平齿盘式的漫撒播方式为主，作业时用种量大、播种均匀性难以保证并且不利于后期作物的生长及田间管理。不能实现一次作业同步完成多行条播效果的主要原因，是飞行器自身的旋翼气流对下落的种子具有水平面内的气流干扰，使得种子不能按照既定轨迹下落。

技术实现要素：

本发明的所要解决的技术问题是提供一种可以避免飞行器旋翼气流对下落种子的干扰，实现作物种子的成条播种气送条播式飞播方法及装置。

本发明的气送条播式飞播方法及装置，利用风机提供的气流将种子垂直于作业方向水平输送到飞行器旋翼气流场两侧外再向下投种，并配套相应的覆盖作业路径规划方法。排种系统先机械定量供种，后气流定向输送、均匀分配、加速投种，借助伸缩机构避开飞行器旋翼气流，且动作灵活、稳定、可靠，不影响飞行器起降及飞行过程，实现精量成条直播，并满足飞行器高速作业速度要求，可广泛用于油菜、芝麻、水稻、牧草种子的条播种植。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种气送条播式飞播方法，在利用飞行器进行农作物播种时，采用风机提供的气流，将种子垂直于作业方向水平输送到飞行器旋翼气流场两侧外，并均匀分配成多路后，再向下投种。

进一步的，所述气送条播式飞播方法包括以下步骤：

步骤1、确定待播种矩形地块q1的边界，边界中相邻的两边分别为横边和竖边，并将平行于横边或竖边的方向作为作业方向；

步骤2、启动飞行器，调整飞行器的航向为作业方向并使其带动飞播装置按照预设路径平移，当l＝w时，预设路径为路径一，当l＝2w时，预设路径为路径二，其中，l为飞行器螺旋桨所在平面的旋翼气流场区域直径，w为一侧条播区域宽度值；当飞播装置的移动方向平行于作业方向时，飞播装置进行播种作业，而当飞播装置的移动方向垂直于作业方向时，飞播装置不进行播种作业只进行位置移动。

进一步的，所述步骤2中，路径一包括以下步骤：

步骤2.1a、从起点出发，所述起点位于一条横边上且与一侧竖边之间的距离为w+l/2；

步骤2.2a、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.3a、沿着横边向另外一侧竖边移动距离w，沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.4a、沿着横边继续移动距离2w，返回步骤2.2a；

所述步骤2.2a-步骤2.4a中的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

进一步的，所述步骤2中，路径二包括以下步骤：

步骤2.1b、从起点出发，所述起点位于一条横边上且与一侧竖边之间的距离为w+l/2；

步骤2.2b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.3b、沿着横边向另外一侧竖边移动距离w；

步骤2.4b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.5b、沿着横边继续移动距离w；

步骤2.6b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.7b、沿着横边继续移动距离4w，返回步骤2.2b；

所述步骤2.2b-步骤2.7b的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

一种气送条播式飞播装置，包括飞行器，还包括设置在飞行器上的供种系统、导种投种系统和伸缩调节装置，所述供种系统用于按预设流量将种子输送到导种投种系统，所述导种投种系统用于将种子均匀分为多路，并相对于作业方向横向输送到飞行器旋翼气流场两侧外的投种机构向下投种，所述伸缩调节装置用于通过平移投种机构使投种机构进行展开或收拢。

进一步的，所述供种系统包括种箱、充种室、双联齿盘、舵机、风机和外壳，所述种箱设置在充种室上方且用于种子存储并提供种子给充种室，所述风机的出风口通过连通管道与导种投种系统连接，所述充种室通过双联齿盘与连通管道连接，所述双联齿盘的轴线与连通管道的轴线平行，所述双联齿盘包括同心设置的上层齿盘和下层齿盘，所述双联齿盘设置在外壳内，所述外壳内设置有肋板，肋板上开有两个安装槽，所述上层齿盘和下层齿盘分别穿过两个安装槽，所述上层齿盘和下层齿盘的外周上均匀设有多个凸条，所述上层齿盘上的上凸条与下层齿盘上的下凸条交错设置，相邻上凸条和下凸条之间形成u形间隙，所述双联齿盘外周的一部分位于连通管道内。

进一步的，所述导种投种系统包括总连接管、一阶分配器、二阶连接管、二阶分配器、三阶连接管和投种管，所述总连接管两端分别连通供种系统和一阶分配器，所述总连接管通过一阶分配器分别连通两个二阶连接管，两个二阶连接管对称设置在飞行器左右两侧，每侧二阶连接管均通过二阶分配器连通n个三阶连接管，所述三阶连接管连接投种管，位于同一侧的n个投种管安装在同一个固定杆上，多个所述投种管相对于飞行器左右对称设置。

进一步的，位于飞行器同一侧的n个投种管中，相邻两个投种管之间的距离为l,则一侧条播区域宽度w＝n*l，所述飞行器左右两侧相距最远的两个旋翼最外端之间的距离为所在平面旋翼气流场区域直径l，则l＝w或l＝2w。

进一步的，所述伸缩调节装置包括支撑架和左右对称设置在飞行器两侧的齿条平移机构，所述齿条平移机构包括电机、大齿轮和齿条，所述大齿轮与齿条啮合，齿条水平设置且与投种管固定连接，所述电机用于通过驱动大齿轮转动带动齿条水平左右移动，所述支撑架用于支撑齿条平移机构，所述支撑架包括架体、小齿轮和滚轮，所述小齿轮和滚轮分别置在齿条上下两侧且均固定在架体上，所述小齿轮与齿条啮合，滚轮对齿条进行支撑。

本发明的有益效果为：本发明的供种系统采用机械定量供种，导种投种系统采用气流定向输送、均匀分配、加速投种，借助伸缩调节装置可以避开飞行器旋翼气流，且动作灵活、稳定、可靠，不影响飞行器起降及飞行过程，实现精量成条直播，并满足飞行器高速作业速度要求，可广泛用于油菜、芝麻、水稻、牧草种子的条播种植。本发明以“机械定量供种+气流分配”的原理进行排种器的设计；双联齿盘供种系统及气流输送及分配排种过程稳定高效，通过控制双联齿盘的转速，即可对排种流量进行控制，实现定量供种；伸缩式导种机构动作灵活、稳定、可靠，不影响飞行器起降及飞行过程，能够满足飞行器高速作业速度要求。根据不同的装置结构，采用特定的预设播种路径，可以确保播种区域全覆盖且无重复。

附图说明

图1为本发明的伸缩调节装置伸开时的整体结构示意图；

图2为本发明的伸缩调节装置收缩时的整体结构示意图；

图3为供种系统的剖视结构示意图；

图4为双联齿盘的立体结构示意图；

图5为双联齿盘俯视结构示意图；

图6为导种投种系统结构示意图；

图7为伸缩调节装置结构示意图；

图8为本发明的实施例1播种区域和路径示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、供种系统；2、导种投种系统；3、伸缩调节装置；4、飞行器；31、种箱；32、充种室；33、双联齿盘；34、舵机；35、风机；36、外壳；37、肋板；331、上层齿盘；332、下层齿盘；333、上凸条；334、下凸条；335、u形间隙；21、总连接管；22、一阶分配器；23、二阶连接管；24、二阶分配器；25、三阶连接管；26、投种管；27、固定杆；31、电机；32、齿条；33、架体；34、小齿轮；35、滚轮；36、大齿轮；37、肋板；38、连通管道

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，一种气送条播式飞播方法，在利用飞行器进行农作物播种时，采用风机提供的气流，将种子垂直于作业方向水平输送到飞行器旋翼气流场两侧外，并均匀分配成多路后，再向下投种。

所述气送条播式飞播方法包括以下步骤：

步骤1、确定待播种矩形地块q1的边界，边界中相邻的两边分别为横边和竖边，并将平行于横边或竖边的方向作为作业方向；

步骤2、启动飞播装置上的飞行器，调整飞行器的航向为作业方向并使其带动飞播装置按照预设路径平移，当l＝w时，预设路径为路径一，当l＝2w时，预设路径为路径二，其中，l为飞行器螺旋桨所在平面的旋翼气流场区域直径，w为一侧条播区域宽度值；当飞播装置的移动方向平行于作业方向时，飞播装置进行播种作业，而当飞播装置的移动方向垂直于作业方向时，飞播装置不进行播种作业只进行位置移动。

所述步骤2中，路径一包括以下步骤：

步骤2.1a、从起点出发，所述起点位于一条横边上且与一侧竖边之间的距离为w+l/2；

步骤2.2a、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.3a、沿着横边向另外一侧竖边移动距离w，沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.4a、沿着横边继续移动距离2w，返回步骤2.2a；

所述步骤2.2a-步骤2.4a中的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

所述步骤2中，路径二包括以下步骤：

步骤2.1b、从起点出发，所述起点位于一条横边上且与一侧竖边之间的距离为w+l/2；

步骤2.2b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.3b、沿着横边向另外一侧竖边移动距离w；

步骤2.4b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.5b、沿着横边继续移动距离w；

步骤2.6b、沿着平行于竖边的作业方向移动到对侧横边；

步骤2.7b、沿着横边继续移动距离4w，返回步骤2.2b；

所述步骤2.2b-步骤2.7b的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

一种气送条播式飞播装置，包括飞行器4，还包括设置在飞行器上的供种系统1、导种投种系统2和伸缩调节装置3，所述供种系统用于按预设流量将种子输送到导种投种系统2，所述导种投种系统2用于将种子均匀分为多路，并相对于作业方向横向输送到飞行器4旋翼气流场两侧外的投种机构向下投种，所述伸缩调节装置3用于通过平移投种机构使投种机构进行展开或收拢。

如图3-图5所示，作为一种实施方式，所述供种系统1包括种箱31、充种室32、双联齿盘33、舵机34、风机35和外壳36，所述种箱31设置在充种室32上方且用于种子存储并提供种子给充种室32，所述风机35的出风口通过连通管道38与导种投种系统2连接，所述充种室32通过双联齿盘33与连通管道38连接，所述双联齿盘33的轴线与连通管道38的轴线平行，所述双联齿盘33包括同心设置的上层齿盘331和下层齿盘332，所述双联齿盘33设置在外壳36内，所述外壳36内设置有肋板37，肋板37上开有两个安装槽，所述上层齿盘331和下层齿盘332分别穿过两个安装槽，所述上层齿盘331和下层齿盘332的外周上均匀设有多个凸条，所述上层齿盘331上的上凸条333与下层齿盘332上的下凸条334交错设置，相邻上凸条333和下凸条334之间形成u形间隙335，所述双联齿盘33外周的一部分位于连通管道38内。

如图6所示，作为一种实施方式，所述导种投种系统2包括总连接管21、一阶分配器22、二阶连接管23、二阶分配器24、三阶连接管25和投种管26，所述总连接管21两端分别连通供种系统1和一阶分配器22，所述总连接管21通过一阶分配器22分别连通两个二阶连接管23，两个二阶连接管23对称设置在飞行器4左右两侧，每侧二阶连接管23均通过二阶分配器24连通n个三阶连接管25，所述三阶连接管25连接投种管26，位于同一侧的n个投种管26安装在同一个固定杆27上，多个所述投种管26相对于飞行器4左右对称设置。

作为一种实施方式，位于飞行器4同一侧的n个投种管26中，相邻两个投种管26之间的距离为l,则一侧条播区域宽度w＝n*l，所述飞行器4左右两侧相距最远的两个旋翼最外端之间的距离为所在平面旋翼气流场区域直径l，则l＝w或l＝2w。

如图7所示，作为一种实施方式，所述伸缩调节装置3包括支撑架和左右对称设置在飞行器4两侧的齿条平移机构，所述齿条平移机构包括电机31、大齿轮36和齿条32，所述大齿轮36与齿条32啮合，齿条32水平设置且与投种管26固定连接，所述电机31用于通过驱动大齿轮36转动带动齿条32水平左右移动，所述支撑架用于支撑齿条平移机构，所述支撑架包括架体33、小齿轮34和滚轮35，所述小齿轮34和滚轮35分别置在齿条32上下两侧且均固定在架体33上，所述小齿轮34与齿条32啮合，滚轮35对齿条32进行支撑。

本发明播种作业时，飞播装置到达待播种地块的上方，此时伸缩调节装置处于收缩状态，进行播种时，伸缩调节装置带动飞行器两侧固定杆及投种管向外移动，完成伸展过程，供种系统启动，种子由种箱进入充种室，充种室内的种子进入双联齿盘上的u形间隙中，随着双联齿盘的转动，u形间隙内的种子被有序移动至风机的上方的连通管道旁边，风机产生气流将种子通过连通管道向上输送到导种投种系统的总连接管。种子经总连接管到达一阶分配器，在一阶分配器处分为两路，从一阶分配器出来的种子沿二阶连接管至二阶分配器处，在二阶分配器处种子再次被分为四路，从二阶分配器出来的种子沿三阶连接管到达投种管并由此排出，完成排种。整个地块播种完毕后，伸缩调节装置回到收缩状态，飞播装置进行降落。

一种利用上述的气送条播式飞播装置进行播种的方法，包括以下步骤：

步骤1、确定待播种矩形地块q1的边界，边界中相邻的两边分别为横边和竖边；

步骤2、启动气送条播式飞播装置，气送条播式飞播装置按预设流量将种子将种子均匀分为多路，并相对于作业方向横向输送到飞行器4旋翼气流场两侧外向下投种，所述气送条播式飞播装置在安全飞行高度飞行，并按照预设路径进行播种，当l＝w时，预设路径为路径一，当l＝2w时，预设路径为路径二，其中，l为飞行器4的气流场区域，w为一侧条播区域。

所述步骤2中，路径一包括以下步骤：

步骤2.1a、从一侧横边出发，沿着平行于的竖边方向移动到对侧横边；

步骤2.2a、沿着横边移动距离w，沿着平行于的竖边方向移动到对侧横边；

步骤2.3a、沿着横边移动距离2w，返回步骤2.1a；

所述步骤2.1a-步骤2.3a的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

所述步骤2中，路径二包括以下步骤：

步骤2.1b、从一侧横边出发，沿着平行于的竖边方向移动到对侧横边；

步骤2.2b、沿着横边移动距离w；

步骤2.3b、沿着平行于的竖边方向移动到对侧横边。

步骤2.4b、沿着横边移动距离w；

步骤2.5b、沿着平行于的竖边的方向移动到对侧横边。

步骤2.6b、沿着横边移动距离4w，返回步骤2.1b；

所述步骤2.1b-步骤2.6b的任何一个步骤中，播种区域完全覆盖矩形地块q1时，路径到达终点。

实施例1中，气流场区域l等于两倍的一侧条播区域w，因此预设路径采用路径二，如图8所示，图8中，粗实线为预设路径，剖面线为条播区域l，点划线为单个投种管的播种路径，由图7可看出，l＝2w时，采用路径二作为预设路径，可以确保播种区域全覆盖且无重复，同理，l＝w时，采用路径一作为预设路径，可以确保播种区域全覆盖且无重复。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。