植保无人机的制作方法

1.本实用新型涉及无人机技术领域，更具体地涉及一种植保无人机。


背景技术：

2.植保无人机已经被广泛应用于农业以及林业，利用无人机喷洒农药，不仅可以节省人力物力，还可以远距离遥控操作，避免喷洒作业人员暴露于农药中，大大提高了作业的安全性，显著地提高了农药喷洒效率。
3.常见的植保无人机施药通常具有两种雾化方案：压力喷头雾化和离心喷头雾化，其中，压力喷头雾化，只需要一个喷头连接水管即可；而离心喷头除了水管连接，还需要在内部装配用于离心雾化的电机，以及连接电机的电气线路，因此导致离心喷头的成本更高，导线连接更加复杂。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题中的至少一个而提出了本技术。具体地，本技术一方面提供一种植保无人机，包括：
5.机架，所述机架包括机臂；
6.第一电机，安装在所述机臂上；
7.喷洒部件，与所述第一电机的转子机械耦合，通过所述第一电机的转子能够带动所述喷洒部件工作，以使所述喷洒部件喷洒液体；
8.减速器，与所述第一电机的转子机械耦合，所述减速器被配置为能够在输出轴输出第一转速，所述第一转速低于所述第一电机的转子的转速；以及
9.第一桨叶，与所述减速器的输出轴机械耦合，所述第一电机的转子通过所述减速器的输出轴能够带动所述第一桨叶旋转，以使所述第一桨叶提供所述植保无人机的飞行动力。
10.可选地，所述减速器位于所述第一电机下方，所述第一桨叶位于所述减速器下方，所述喷洒部件位于所述第一桨叶下方。
11.可选地，还包括与所述第一桨叶共轴的第二桨叶，所述第二桨叶位于所述第一电机上方。
12.可选地，所述机臂上还设置有第二电机，所述第二桨叶与所述第二电机的转子机械耦合，通过所述第一电机的转子能够带动所述第二桨叶旋转。
13.可选地，所述第二桨叶位于所述机臂的上方，所述第一桨叶和所述喷洒部件位于所述机臂的下方。
14.可选地，所述第一电机还包括转轴，所述转轴与所述转子机械耦合，所述转轴贯穿所述减速器的输出轴，且位于所述输出轴内的转轴的外侧壁和所述输出轴的内侧壁之间具有间隔，所述喷洒部件通过所述转轴的输出端与所述第一电机的转子机械耦合。
15.可选地，所述减速器位于所述第一电机上方，所述第一桨叶位于所述减速器上方，
所述喷洒部件位于所述第一电机下方。
16.可选地，所述第一桨叶位于所述机臂的上方，所述喷洒部件位于所述机臂的下方。
17.可选地，所述第一电机还包括转轴，部分所述转轴位于所述转子内，所述喷洒部件通过所述转轴的输出端与所述第一电机的转子机械耦合。
18.可选地，所述转轴为内部具有中空结构的空心转轴，所述植保无人机还包括储液器和进液管，所述进液管的进液口与所述储液器内部连通，所述进液管的出液口与所述空心转轴的所述中空结构连通，所述储液器内的液体经由所述进液管、所述空心转轴的中空结构输送至所述喷洒部件。
19.可选地，所述植保无人机还包括储液器和进液管，所述进液管的进液口与所述储液器内部连通，所述进液管的出液口连通所述喷洒部件。
20.可选地，所述进液管的出液口位于所述喷洒部件上方，且与所述喷洒部件之间存在间隔。
21.可选地，所述第一电机为内转子电机，所述内转子电机还包括定子，所述转子设置在所述定子内，或者，
22.所述第二电机为外转子电机，所述外转子电机还包括定子，所述转子设置在所述定子外。
23.可选地，所述减速器为行星齿轮减速器，所述行星齿轮减速器与所述转子同轴设置，所述行星齿轮减速器的输入端与所述第一电机的转子机械耦合。
24.可选地，所述第一电机包括转轴，所述转轴与所述转子机械耦合，所述转轴的输出端与所述行星齿轮减速器的输入端传动连接。
25.可选地，所述转轴用于和所述行星齿轮减速器的输入端连接的部位设置有外齿，所述转轴的输出端与所述行星齿轮减速器的输入端通过所述外齿啮合连接。
26.可选地，所述喷洒部件包括离心甩盘，所述第一电机的转子带动所述离心甩盘转动，而将所述离心甩盘内的液体甩出。
27.可选地，所述第一桨叶的转轴、所述第一电机的转轴、以及所述离心甩盘的转轴共轴设置。
28.本技术的植保无人机包括第一电机、喷洒部件、减速器和第一桨叶，喷洒部件与第一电机的转子机械耦合，而减速器与第一电机的转子机械耦合，第一桨叶与减速器的输出轴机械耦合，从而实现仅配置一个第一电机即可同时驱动喷洒部件和第一桨叶工作，无需再为喷洒部件单独配置电机，因此，降低了成本，且使得电机的导线连接更加简洁。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1示出了本技术的一个实施例中的植保无人机的示意图；
31.图2示出了本技术的一个实施例中的植保无人机的动力和水路的连接图；
32.图3示出了本技术的一个实施例中的植保无人机的局部示意图；
33.图4示出了本技术的另一个实施例中的植保无人机的局部示意图；
34.图5示出了本技术的另一个实施例中的植保无人机的局部示意图；
35.图6示出了本技术的另一个实施例中的植保无人机的局部示意图。
具体实施方式
36.为了使得本技术的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
37.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
38.应当理解的是，本技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本技术的范围完全地传递给本领域技术人员。
39.为了彻底理解本技术，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本技术提出的技术方案。本技术的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本技术还可以具有其他实施方式。
40.常见的植保无人机施药通常具有两种雾化方案：压力喷头雾化和离心喷头雾化，其中，压力喷头雾化，只需要一个喷头连接水管即可；而离心喷头除了水管连接，还需要在内部装配用于离心雾化的电机，以及连接电机的电气线路，因此导致离心喷头的成本更高，导线连接更加复杂。
41.目前存在的由同一个动力源驱动离心甩盘和螺旋桨(螺旋桨包括桨叶)的方案中，其采用的为加速器，加速器把动力电机的转速增速，驱动离心甩盘旋转。然而这种方案具有以下缺点：1、输出轴是高转速，需要高精度的配合和组装；2、仅适用于螺旋桨位于机臂上方的情况，而对于很难应用于螺旋桨安装在机臂下方的情况，因为螺旋桨在转动，增速器难以设计、难以安装固定。
42.鉴于上述问题的存在，本技术提出一种植保无人机，包括：机架，所述机架包括机臂；第一电机安装在所述机臂上；喷洒部件与所述第一电机的转子机械耦合，通过所述第一电机的转子能够带动所述喷洒部件工作，以使所述喷洒部件喷洒液体；减速器与所述第一电机的转子机械耦合，所述减速器被配置为能够在输出轴输出第一转速，所述第一转速低于所述喷洒部件的转速；以及第一桨叶与所述减速器的输出轴机械耦合，所述第一电机的转子通过所述减速器的输出轴能够带动所述第一桨叶旋转，以使所述第一桨叶提供所述植保无人机的飞行动力。
43.本技术的植保无人机仅配置一个第一电机即可同时驱动喷洒部件和第一桨叶工作，无需再为喷洒部件单独配置电机，因此，降低了成本，且使得电机的导线连接更加简洁。
44.下面结合附图，对本技术的植保无人机进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
45.在一个示例中，图1示出了本技术一个实施例中的植保无人机的示意图。
46.该植保无人机包括机架102以及负载104。在某些实施例中，负载104可以直接位于植保无人机上，而不需要承载体。植保无人机可以包括处理器101、存储器 102、动力机构106，传感系统108、以及通讯系统110。这些组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。
47.在本技术示例中，机架还包括自机架的中心体向外延伸的机臂，机臂可以用于搭载动力机构106，以为植保无人机提供飞行的动力，机臂的数量为多个，多个机臂与机架的中心体之间固定连接或者可活动地连接。动力机构106可以包括一个或者多个旋转体、螺旋桨(螺旋桨具有桨叶)、引擎、电机、轮子、轴承、磁铁、喷嘴等，如，动力机构的旋转体可以是自紧固(self-tightening)旋转体、旋转体组件、或者其它的旋转体动力单元。植保无人机可以有一个或多个动力机构。所有的动力机构可以是相同的类型。可选的，一个或者多个动力机构可以是不同的类型。动力机构106可以通过合适的手段安装在飞行器上，如通过支撑元件(如驱动轴)。动力机构106可以安装在植保无人机100任何合适的位置，如顶端、下端、前端、后端、侧面或者其中的任意结合。
48.在某些实施例中，动力机构106能够使飞行器垂直地从表面起飞，或者垂直地降落在表面上，而不需要植保无人机任何水平运动(如不需要在跑道上滑行)。可选的，动力机构106可以允许植保无人机在空中预设位置和/或方向盘旋。一个或者多个动力机构106在受到控制时可以独立于其它的动力机构。
49.如图3所示，在一个示例中，本技术的动力机构包括第一电机302，该第一电机302 安装在机臂(未示出)上，第一电机302用于提供桨叶和喷洒部件307的旋转动力。第一电机302可以以任意适合的方式可拆卸地安装于机臂上，例如机臂上设置有电机固定位 303，第一电机302对应安装于该电机固定位303。
50.电机302包括转子3022和定子3021，定子3021是电机中固定的部分，其装设有成对的直流励磁的静止的主磁极例如铁芯，转子3022也称电枢铁芯，在转子3022上装设有电枢绕组。可选地，如图3所示，内转子电机的转子3022位于定子内3021。外转子电机的转子3022位于定子3021外。在如图3和如图4所示的示例中，第一电机302为内转子电机，相比外转子电机内转子电机具有更高的功率密度，在相同输出功率下，内转子电机的体积会小于外转子电机的尺寸，因此，使用内转子电机应用于植保无人机，可以减少电机在无人机的机臂上所占用的空间，有利于无人机的小型化。在不考虑体积的情况下，第一电机302为外转子电机，在如图5所示的示例中，第一电机302为外转子电机，也同样能够实现本技术的方案。
51.第一电极302还包括转轴，其转轴和转子3022机械耦合，该转轴可以是内部具有中空结构的空心转轴3023或者也可以为实心转轴。
52.值得一提的是，本技术的第一电机302为无刷电机，或者还可以是有刷电机等。
53.示例性地，植保无人机还包括安装在机架102上的起落架(未示出)。机架102 可作为植保无人机的飞行控制系统、处理器、摄像机、照相机等的安装载体。起落架安装在机架102的下方，例如微波旋转雷达的传感器可以安装在起落架上。起落架303可用于为植保无人机降落时提供支撑，在一个示例中，起落架还可以搭载储液器(也即储液容器，例如水箱等)，并用于通过喷洒部件307例如离心甩盘等喷洒液体，以对植物喷洒农药、肥料或灌溉等，或者，在其他示例中，机架的中心体可以搭载储液器。
54.在一个示例中，本技术的植保无人机还包括喷洒部件307，喷洒部件307可以包括
离心甩盘，或者其他需要类型需要第一电机302带动的喷洒部件307。喷洒部件307与第一电机302的转子3022机械耦合，通过第一电机302的转子3022能够带动喷洒部件307工作例如带动喷洒部件307旋转，以使喷洒部件307喷洒液体，可选地，该液体可以是农药、肥料或灌溉用水等。可选地，喷洒部件307包括离心甩盘，第一电机302的转子 3022带动离心甩盘转动，而将离心甩盘内的液体甩出，例如，第一电机302的转子3022 可以带动喷洒部件307以大于阈值转速的转速旋转，从而能够使自储液器流到喷洒部件 307上的液体在高速旋转下，被喷洒部件307例如离心甩盘甩出并雾化，其中，阈值转速为任意的能够使液体离心雾化的转速。例如，第一电机302的转子3022可以带动喷洒部件307旋转，可以使喷洒部件307的转速大于10000rpm，例如，喷洒部件307的转速可以为10000rpm、12000rpm、13000rpm、14000rpm、15000rpm、16000rpm、17000rpm、或18000rpm等。
55.喷洒部件307与第一电机302的转子3022可以以任意适合的方式机械耦合，例如，第一电机302还包括转轴，该转轴与转子3022机械耦合，且部分转轴位于转子3022内，喷洒部件307通过连接转轴的输出端而与第一电机302的转子3022机械耦合，喷洒部件 307可以通过任意适合的方式连接转轴的输出端，例如焊接、螺接等方式。
56.进一步，继续参考图3，本技术植保无人机还包括减速器304，减速器304与第一电机302的转子3022机械耦合，减速器304被配置为能够在其输出轴输出第一转速，第一转速低于第一电机302的转子3022的转速；植保无人机还包括第一桨叶305，该第一桨叶305与减速器304的输出轴3041机械耦合，第一电机302的转子3022通过减速器304 的输出轴3041能够带动第一桨叶305旋转，以使第一桨叶305提供植保无人机的飞行动力。由于桨叶旋转速度需要低于喷洒部件307的旋转速度，因此，本技术通过的植保无人机通过配置减速器304以降低第一电机302的转子3022输出给桨叶的转速，从而带动第一桨叶305旋转。
57.可选地，第一转速可以是任意能够带动无人机飞行的转速，例如第一转速可以在 1400rpm至3000rpm之间，例如1400rpm、1500rpm、1600rpm、1700rpm、2000rpm、2500rpm 或3000rpm，或者其他适合的转速。
58.第一桨叶305可以以任意适合的方式机械耦合减速器304的输出轴3041，例如第一桨叶305可以通过桨夹306夹持固定于减速器304的输出轴3041，或者还可以以其他方式固定，例如螺接、焊接等，在此不做具体限定。
59.减速器304可以是本领域技术人员熟知的任意适合的减速器304，例如可是行星齿轮减速器、圆柱齿轮减速器、或蜗杆减速器等。
60.可选地，减速器304可以与第一电机302的转子3022同轴设置，减速器304的输入端与第一电机302的转子3022机械耦合。可选地，第一桨叶305的转轴、第一电机302 的转轴、以及离心甩盘的转轴共轴设置。
61.减速器304的输入端与第一电机302的转子3022机械耦合例如第一电机302的转轴与转子3022机械耦合，而转轴的输出端与减速器304的输入端传动连接，该传动连接可以为啮合连接或者其他适合的连接方式。以减速器304为行星行星齿轮减速器为例，转轴用于和行星齿轮减速器的输入端连接的部位设置有外齿，转轴的输出端与行星齿轮减速器的输入端通过外齿啮合连接。
62.在如图3所示的示例中，第一电机302的转轴与转子3022机械耦合，转轴贯穿减速器304的输出轴3041，且位于输出轴内的转轴的外侧壁和输出轴的内侧壁之间具有间隔，喷
洒部件307通过转轴的输出端与第一电机302的转子3022机械耦合，通过在位于输出轴内的转轴的外侧壁和输出轴的内侧壁之间设置间隔，可以使得第一电机302的转轴的转动和减速器304的输出轴3041之间的转动不会相互干扰，从而实现对不同转速的输出。
63.由于本技术的方案中通过第一电机302配合减速器304的方案实现第一桨叶305和喷洒组件共用同一个动力源，因此，本技术的方案适用范围广，既可以用于正常的桨叶在上方的安装方式，也适用于桨叶在下方安装的无人机、或共轴双桨无人机。
64.例如，如图3所示，桨叶在下方安装的无人机中，减速器304位于第一电机302下方，第一桨叶305位于减速器304下方，喷洒部件307位于第一桨叶305下方。再例如，当植保无人机为共轴双桨无人机时，本技术的植保无人机还包括与第一桨叶305共轴的第二桨叶(未示出)，第二桨叶则位于第一电机302上方。示例性地，第二桨叶位于机臂的上方，第一桨叶305和喷洒部件307位于机臂的下方。可选地，图3中的第一电机302为内转子电机，通过内转子电机并配合减速器304可以实现将桨叶置于第一电机302下方，进而能够实现共轴双桨。
65.可选地，机臂上还设置有第二电机，第二桨叶与第二电机的转子机械耦合，通过第一电机的转子能够带动第二桨叶旋转，第一桨叶和第二桨叶均用于为植保无人机提供飞行动力。第一桨叶305和第二桨叶由两个独立的电机分别控制，因此，可以实现对两个桨叶转速等的独立控制。
66.在另一个示例中，桨叶在上方的安装方式如图4和图5所示，减速器304位于第一电机302上方，第一桨叶305位于减速器304上方，喷洒部件307位于第一电机302下方。第一桨叶305位于机臂的上方，喷洒部件307位于机臂的下方。
67.为了将储液器中的液体引流到喷洒部件307，本技术的植保无人机还包括进液管301，进液管301的进液口与储液器内部连通，可选地，进液管301的进液口与储液器可以通过例如抽水泵等连通，通过抽水泵将储液器中的液体抽出后经进液口进入进液管301，进液管301的出液口与喷射部件连通，例如，如图3所示，第一电机302的转轴为内部具有中空结构的空心转轴3023，进液管301的出液口与空心转轴3023的中空结构连通，如图2 所示，储液器内的液体例如水经由进液管301、空心转轴3023的中空结构(也即经过第一电机302例如内转子无刷电机)输送至喷洒部件307例如离心甩盘，由于液体例如水会经过空心转轴3023的中空结构，因此，能够对第一电机302进行冷却降温，从而提高植保无人机的负载能力。
68.在另一个示例中，当不考虑冷却降温的作用时，如图5所示，进液管301的出液口还可以位于喷洒部件307上方，且与喷洒部件307之间存在间隔，以在保证液体能够输送到喷洒部件307的同时，还可以避免桨叶转动划破进液管301。
69.在一个示例中，继续参考图1，本技术的植保无人机传感系统108可以包括一个或者多个传感器，以感测植保无人机的空间方位、速度及/或加速度(如相对于多达三个自由度的旋转及平移)。一个或者多个传感器包括gps传感器、运动传感器、惯性传感器、近程传感器或者影像传感器。传感系统108提供的感测数据可以用于追踪目标的空间方位、速度及/或加速度等。选的，传感系统108可以用于采集植保无人机的环境的数据，如气候条件、要接近的潜在的障碍、地理特征的位置、人造结构的位置、图像信息等。
70.通讯系统110能够实现与具有通讯系统114的控制装置112通过无线信号116进行通讯。通讯系统110、114可以包括任何数量的用于无线通讯的发送器、接收器、及/或收发
器。通讯可以是单向通讯，这样数据可以从一个方向发送。
71.在某些实施例中，控制装置112可以向植保无人机、承载体102及负载104中的一个或者多个提供控制数据，并且从植保无人机、承载体102及负载104中的一个或者多个中接收信息(如飞行器、承载体或者负载的位置及/或运动信息，负载感测的数据等)。在某些实施例中，控制装置的控制数据可以包括关于位置、运动、致动的指令，或者对飞行器、承载体及/或负载的控制。
72.可选的，控制装置可以是手持的或者穿戴式的。例如，控制装置可以包括智能手机、平板电脑、桌上型电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或者其中任意的结合。控制装置可以包括用户界面，如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或者显示装置。任何适合的用户输入可以与控制装置交互，如手动输入指令、声音控制、手势控制或者位置控制(如通过控制装置的运动、位置或者倾斜)。
73.请参阅图6，通过水泵309泵取液体，并输送至喷洒部件307，通过喷洒部件307喷洒出去。控制器308用于控制所述水泵的泵速。为了有效控制喷洒部件307的喷洒液体的密度，控制器308根据电机302的转速，调节水泵309的泵速。当电机302的转速增大时，控制器308控制水泵309的泵速也随之增加。当电机302的转速减小时，控制器308控制水泵309的泵速也随之减小。例如，为了保证喷洒部件307喷洒较为均匀，在植保无人机加速飞行时，控制器308控制水泵309的泵速增大；在植保无人机减速飞行时，控制器308控制水泵309的泵速减小。
74.对于完整的植保无人机还可能包括其他的部件，在此不再一一描述。
75.综上所述，本技术的植保无人机仅配置一个第一电机即可同时驱动喷洒部件和第一桨叶工作，无需再为喷洒部件单独配置电机，因此，降低了成本，且使得电机的导线连接更加简洁。
76.本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
77.应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。