一种基于无人机的水稻撒肥机的设计

吕霞

摘要：为了实现不受地形限制、效率高、施肥精准等作业效果，研制一种基于无人机的水稻撒肥机机具。介绍该机具的整体结构、工作原理和主要零部件功能设计，以期为该机具的改进和应用提供参考。

关键词：撒肥机;无人机;设计;零部件

中图分类号：S221    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）03-0043-02

水稻是我国重要的粮食作物之一，提高水稻的产量和质量对于我国粮食安全至关重要。水稻分蘖期需要大量的氮、钾、磷元素，传统水稻施肥大多是人工施撒，效率低，耗费大量人力资源，而现有的机械施肥装置体积大，行走受限，颗粒肥易受潮结块容易造成施撒不均甚至堵塞等问题。为此，设计一种无人机投放化肥的装备，可以实现不受地形限制、效率高、施肥精准等功能。

1 机具总体设计

1.1 整体结构

撒肥机主要由三层平台（顶层平台、底层平台、控制平台），撒肥箱，搅拌棒，整体结构如图1所示。 1.2 工作原理

撒肥机采用3层平台（3层平台采用亚克力板，防止产生水解、泛黄等问题，质量较轻）连接，顶层平台上搭建两个撒肥机箱，撒肥机箱左右底部有

3.3 cm×1 cm的投放漏口（使撒肥机箱的肥料能够流出），同时在顶层平台的中箱上开周长为12 cm的搅拌轨道，轨道中安装底部为球形，上部分为螺旋状的螺旋棒，能够实现一边自传一边跟随轨道前进的功能，即搅拌装置（颗粒肥受潮易粘连结块，安装一个螺旋形的搅拌棒，能够减少颗粒肥大块粘连的情况，同时能够防止堵塞机器）。顶层平台上开22 cm×4.9 cm的方形凹槽用于固定撒肥机箱，在移动面板上左右开直径大约为2.8 cm的移动漏口，面板内部有“工”型凹槽（方便链条驱动），控制平台上居中开有20 cm×4.9 cm的控制漏口，底层平台安装芯片及模块，投放轨道下部倾斜角60 °，可设计成活动连接（可以根据稻田所要接收的喷洒面积调节）。

2 主要工作部件和功能设计

2.1 3层平台

3层平台如图2所示，分别为顶层平台、控制平台、底层平台。顶层平台用于固定撒肥箱，并提供搅拌装置轨道（搅拌装置安装在撒肥机中箱），顶层平台两端漏口可以使肥料平稳流出，顶层底板的卡槽可以使移动面板在其中滑行，而顶层平台的两端漏口可以保证移动面板不会与撒肥机箱卡死;控制平台能够让投放卡槽按照固定的轨道滑行，移动面板的移动带动肥料的运动;底层平台主要安装单片机芯片、两个电机、电源、Gaiasky-mini内置推扫式机载高光谱成像系统及杜邦线等元件。

2.2 撒肥箱

撒肥箱结构如图3所示。为了防止肥料在撒肥机内受潮结块，特做以下处理，在撒肥机箱中箱中做一个圆形轨道凹槽，在凹槽上设立搅拌棒，在接收到作用范围后，启动搅拌器，保证肥料中没有结块问题，以免是机械发生堵塞或者出现施撒不均的情况，在发出启动信号后，关闭搅拌器，以免出现搅拌器干扰正常流速问题;使用两个挡板（挡板底部留有1 cm高度的空隙，肥料在中箱搅拌后，能够流入左右两箱），将撒肥机箱分成撒肥机左箱、中箱、右箱三部分，左右箱箱底开有漏口，箱底与移动面板相连。

2.3 移动面板，投放控制开关

移动面板，投放控制开关结构如图4所示。移动面板其长度介于撒肥机箱与顶层平台之间，移动板漏口位于距离左右两边2 cm处，其直径2.8 cm，位于控制平台上。移动板上有两个呈“工”型结构的凹槽。固定有1模齿轮齿条在移动版底部，能够使移动板工作时在投放卡槽内左右运动，通过左右运动，将肥料带出，安装两个前后特制投放槽在撒肥机箱上。在每个移动面板的圆形漏口处都有1个控制开关和转动轴。

2.4 投放轨道

投放轨道（如图5所示）共有4个，分为两部分：上部分竖直轨道和下部分可倾斜轨道。上部分轨道竖直，紧贴在漏口处，下部分轨道呈60 °倾斜（可以根据施撒的面积不同，调节适当的角度）。肥料通过轨道按照规定运动，随着无人机飞行的轨迹控制施撒量，当右边需求量大于左边的时候，可以控制无人机倾斜达到调整施撒的含量變化。

参考文献

[1] 胡东彬. 锥盘式撒肥装置的参数优化与试验研究[D].石河子：石河子大学，2021.

[2] 药林桃，曹晓林，宋思明，等.水稻插秧同步精量施肥机的设计[J].农机化研究，2020，42（10）：75-80.

[3] 童玲，炼晨.无人机施肥加速现代农业机械化进程[J].中国农资，2021（4）：16.

Design of A Rice Fertilizer Spreader Based on UAV

LÜ Xia

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to achieve the effect of not being limited by terrain， high efficiency and accurate fertilization， a rice fertilizer spreader based on UAV was developed. The overall structure， working principle and function design of main parts are introduced， so as to provide reference for the improvement and application of the machine.

Key words： fertilizer spreader; UAV; design; parts