技术领域
本发明涉及一种基于无人机平台的精量播种作业系统及方法。
背景技术
目前，我国农业发展迅速，农业现代化迫切需要农业机械化及作业高效精量 化。而现有农田的播种则是一项高技术，高精度的作业，且播种效果明显受各种 因素的影响，对于播种方式更是提出了很高的要求。目前的人工播种包括人力式 和机械式，人力式播种不但劳动强度大，效率低，且播种不均现象较明显，降低 了播种质量，同时花费大量时间；机械式播种取代人力播种，能够有效提高工作 效率，但现有机械式播种主要还局限于手持式机械播种和行走式机械播种两种形 式。手持式机械播种对于提高机械效率的水平非常有限；行走式机械又存在下田 困难，行进速度低下，且上述两种机械式播种都应损失农田的播种面积、农田的 平整度等许多难以应付的复杂田间环境问题。因此人们开始利用能够低空稳定飞 行的无人飞行器实现辅助播种。这种利用能够低空稳定飞行的无人飞行器辅助播 种方式解决了上述的人力式和机械式的诸多问题。如减少了劳动强度，降低了地 形的影响，也避免损失农田平整度等。
现有播种所用无人机多采用中小型无人机或者多旋翼飞行器，此种类型的飞 行器具备垂直起降、低空飞行的基本功能，其旋翼产生的风力垂直向下为飞行器 提供向上的升力。同时，这些无人机通过飞行器产生的垂直风场实现辅助播种。 但是，播种作业中种子从种子箱内按自由落体方式撒到农田中，种子间距太小； 其次，农田播种需要定量撒播，种子过密影响种子质量，过疏浪费农田资源；再 次，播种受农田大小影响，播种箱必须有开关控制。故播种作业中仍存在种子均 匀度、农田种子密度以及种子箱开关控制等诸多问题，使得无人机播种的作业效 率降低，播种效果不佳。
因此，有必要设计一种新型的基于无人机平台的精量播种作业系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无人机平台的精量播种作业系 统，该基于无人机平台的精量播种作业系统能实施精量播种作业，播种效率高， 易于实施。
发明的技术解决方案如下：
一种基于无人机平台的精量播种作业系统，其特征在于，包括无人机(1) 和固定在无人机上的播种装置(2)；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定 量播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为单独的风扇(17)或由风扇和套筒组成的送风涵道；
风力散种装置为单独的风扇时，风扇固定在固定座(16)的底部；
风力散种装置为送风涵道时，送风涵道的出口位于固定座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态。
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】。
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个，多个播种装置统一控制，或每一个播种装置单独控制。
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片。【橡胶片边缘紧贴固定座侧壁，防止种子堵 塞和硬质件破坏种子】
所述的飞行器为四旋翼飞行器。
所述的飞行器为单主旋翼飞行器。
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
动力输出机构包括油箱和发动机(6)，或者，动力输出机构包括蓄电池和 驱动电机。
一种基于无人机平台的精量播种方法，以无人机作为播种平台；在无人机上设置播种 装置(2)实现播种；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定量 播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为单独的风扇(17)或由风扇和套筒组成的送风涵道；
风力散种装置为单独的风扇时，风扇固定在固定座(16)的底部；
风力散种装置为送风涵道时，送风涵道的出口位于固定座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
通过定量播种滚轮、滚轮叶片与固定座的共同配合实现定量排种；
通过风力散种装置将排出的种子吹散实现风力散种，从而有利于播种均匀；
排种和风力散种的过程如下：
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态；
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】；
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个，多个播种装置统一控制，或每一个播种装置单独控制；
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片；【橡胶片边缘紧贴固定座侧壁，防止种子堵塞 和硬质件破坏种子】
【所述的飞行器也可以是四旋翼飞行器；】
所述的飞行器为单旋翼飞行器，采用电池或燃油驱动；
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
有益效果：
本发明的基于无人机平台的精量播种作业系统和方法，可适用于水稻、小 麦、油菜等小颗粒种子的农作物播种。此机载装置采取的为远程操作方式，大大 减轻了作业人员的劳动强度，提高作业效率。此机载装置无需作业人员步入田间 作业，无需在田间留有界线，故而能在不影响田间平整度、不增加农田面积的情 况下提高农田的播种面积。在某些地区，水田内存在大量影响人身健康的微生物 或者有毒虫体，而此机载装置无需作业人员进入田间，故而增加了作业人员的安 全性。
本发明中的飞行器精量播种作业的机载装置中伺服电机速度可调，具体实施 时，播种滚轮中的叶片间距可按播种颗粒的大小而预先设定而制造，可以满足不 同种子、同种种子不同地区所需要的各种播种密度的需求。
本发明中的飞行器精量播种作业的机载装置中飞行器的控制器采取GPS定 位系统，可自主调整飞行器自身姿态，当遥控器失灵或者无电的情况下可自主悬 停，保障了作业人员的安全性，同时降低了飞行器的操作难度，使得飞行器操作 简单，使用方便。
本发明的播种装置为本发明的核心结构，结构简单，设计巧妙，可以依据转 速而调整播种量，实现精量播种，另外，采用风力散种装置使得播种更加均匀。
总而言之，本无人机精量播种作业的机载装置操作简单，劳动强度低，作业 效率高且大大改善了作业人员的人身安全。
本发明能大大降低作业人员的劳动强度、在不影响农田表面平整度的状态下 提高农田播种面积、且此机载装置采取的为远程操作方式，操作需简单，使用方 便。
附图说明
图1为基于无人机平台的精量播种作业系统的总体结构示意图(主视图)；
图2为基于无人机平台的精量播种作业系统的俯视图；
图3为种子喷洒时的效果图；
图4为播种机载装置的结构图(主视图)；
图5为播种机载装置的结构图(侧视图)；
图6为动力传递结构图；
图中标号说明：1.无人机、2.播种装置、3.固定管、4.档片5.机身、6.发 动机7.主同步带、8.变速箱、9.主旋翼、10.尾旋翼、11.尾同步带、12.脚 架、13.电子控制元件部分、14.主轴、15.种子箱、16.固定架、17.风扇、18. 播种滚轮19.滚轮叶片、20.连接轴、21.联轴器、22.伺服电机、23.挂件。24- 种子，W为种子幅宽。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
如图1-6，一种基于无人机平台的精量播种作业系统，包括无人机(1)和 固定在无人机上的播种装置(2)；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定 量播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为单独的风扇(17)，风扇固定在固定座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态。
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】。
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个(本实施例中为2个)，多个播种装置统一控制，或每一个播 种装置单独控制。
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片，防止硬质件破坏种子。
所述的飞行器为四旋翼飞行器。
所述的飞行器为单主旋翼飞行器。
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
动力输出机构包括油箱和发动机(6)。
动力输出机构包括蓄电池和驱动电机。
实施例2：与实施例1的不同之处在于风力散种装置采用涵道；
一种基于无人机平台的精量播种作业系统，包括无人机(1)和固定在无人 机上的播种装置(2)；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定 量播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为由风扇和套筒组成的送风涵道；送风涵道的出口位于固定 座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态。
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】。
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个(本实施例中为2个)，多个播种装置统一控制，或每一个播 种装置单独控制。
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片，防止硬质件破坏种子。
所述的飞行器为四旋翼飞行器。
所述的飞行器为单主旋翼飞行器。
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
动力输出机构包括油箱和发动机(6)。
动力输出机构包括蓄电池和驱动电机。
实施例3：
如图1-6，一种基于无人机平台的精量播种方法，以无人机作为播种平台； 在无人机上设置播种装置(2)实现播种；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定量 播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定 量播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为单独的风扇(17)，风扇固定在固定座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
通过定量播种滚轮、滚轮叶片与固定座的共同配合实现定量排种；
通过风力散种装置将排出的种子吹散实现风力散种，从而有利于播种均匀；
排种和风力散种的过程如下：
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态。
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】。
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个(本实施例中为2个)，多个播种装置统一控制，或每一个播 种装置单独控制。
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片，防止硬质件破坏种子。
所述的飞行器为四旋翼飞行器。
所述的飞行器为单主旋翼飞行器。
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
动力输出机构包括油箱和发动机(6)。
动力输出机构包括蓄电池和驱动电机。
实施例4：与实施例3的不同之处在于风力散种装置采用涵道；
一种基于无人机平台的精量播种方法，以无人机作为播种平台；在无人机上 设置播种装置(2)实现播种；
所述的播种装置(2)包括种子箱(15)、固定座(16)、风力散种装置、定量 播种滚轮(18)、滚轮叶片(19)和伺服电机(22)；伺服电机由电池驱动；【电 池属于电子控制元件部分(13)】
风力散种装置为由风扇和套筒组成的送风涵道；送风涵道的出口位于固定 座(16)的底部；
所述种子箱(15)固定在固定座(16)的顶部；伺服电机(22)安装在固 定座上；
所述的定量播种滚轮(18)安装在固定座中；所述滚轮叶片19均匀分布在 定量播种滚轮18上；定量播种滚轮(18)的转轴(20)通过联轴器(21)与伺 服电机(22)的输出轴连接，由伺服电机驱动定量播种滚轮旋转；风扇自带驱动 电机，风扇由电池驱动；所述的风扇的转动轴与定量播种滚轮(18)的转轴(20) 垂直；
固定座采用由4块竖直的侧板连接而成的顶部和底部均为开口的方形箱体 结构，固定座的顶部开口与种子箱的底部开口对接；
通过定量播种滚轮、滚轮叶片与固定座的共同配合实现定量排种；
通过风力散种装置将排出的种子吹散实现风力散种，从而有利于播种均匀；
排钟和风力散种的过程如下：
定量播种滚轮不旋转时，定量播种滚轮和滚轮叶片共同封住固定座顶部开 口和底部开口之间的通道，防止种子从固定座底部开口坠落，此时播种装置处于 暂停播种状态；
定量播种滚轮旋转时，种子先从种子箱的出口漏到相邻的滚轮叶片与定量 播种滚轮之间共同形成的储种空腔中，随着滚轮叶片的旋转，该储种空腔运行至 固定座的下方时，储种空腔中存储的种子被释放，并在风力散种装置的风力作用 下分散并坠落，此时播种装置处于播种作业状态。
飞行器的底部设有2根平行的固定管(3)；在固定座的两侧设有2个挂件 (23)，所述的挂件上设有与所述固定管适配的半圆槽，2个挂件分别挂扣在2 根固定管上【便于将播种装置安装于飞行器上】。
所述的飞行器上设有无线接收器，无线接收器接收遥控信号并控制飞行器的 飞行姿态以及控制定量播种滚轮和风扇的动作。
播种装置为多个(本实施例中为2个)，多个播种装置统一控制，或每一个播 种装置单独控制。
滚轮叶片的外沿处设有橡胶片，防止硬质件破坏种子。
所述的飞行器为四旋翼飞行器。
所述的飞行器为单主旋翼飞行器。
所述的飞行器包括机身(5)以及与机身相连的动力输出机构、变速箱(8)、 主旋翼(9)、尾旋翼(10)和脚架(12)；
动力输出机构通过主同步带传动机构(7)与变速箱传动连接；变速箱驱动 主旋翼旋转；变速箱还通过尾步带传动机构与尾旋翼传动连接；脚架设置在机身 的底部。
动力输出机构包括油箱和发动机(6)。
动力输出机构包括蓄电池和驱动电机。