CN105404309B - 一种无人机控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机控制系统及控制方法，无人机控制系统包括：飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态；微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；微波液面高度计，所述微波液面高度计安装在农药喷洒装置的农药储存箱内，位于农药液面的上方；微波液面高度计与所述飞行控制器相连，用于检测农药储存箱内的农药液面高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器。本发明无人机控制系统及控制方法使无人机飞行安全性更高，防止机体与障碍物碰撞损坏。此外，无人机的飞行高度能够随着农药喷洒的进行及时调整，使农药喷洒更加均匀、有效。
Description
技术领域
本发明属于无人机飞行控制技术领域，特别是涉及一种无人机控制系统，以及利用该控制系统实现的无人机控制方法。
背景技术
在现代农业中，为了抑制农作物的病、虫、草害，需要给农作物喷洒农药。对于小块作物地，普通的人工施药器械性价比较高，但是对于平原上的辽阔的作物地，往往需要利用无人机来喷洒农药。与传统人工作业相比，植保无人机喷防效果好、突击性能强、单位面积施药液量小、不受作物长势的限制，且适应各种地形。
但是，使用无人机进行农药喷洒的实际应用中面临以下两个问题和挑战：第一，在农田上空飞行过程中，无法对飞行路线上的障碍物进行探测和规避，因此造成碰撞、坠机，由于目前的无人机成本很高，碰撞或坠机事故会大大增加使用者的成本。第二，农药喷洒过程中，随着农药药液重量的减少，会带来无人机整体的重量变化，使无人机飞行高度上升；但是常规无人机控制方法无法自动调节飞行高度，确保飞行高度的稳定，影响农药喷洒的均匀度。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种无人机控制系统。
本发明的第二目的是提供一种无人机控制方法。
为了实现上述第一目的，本发明提供一种无人机控制系统，所述无人机包括机体和农药喷洒装置，所述农药喷洒装置安装在所述机体上；无人机控制系统包括：
飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；
微波液面高度计，所述微波液面高度计安装在农药喷洒装置的农药储存箱内，位于农药液面的上方；微波液面高度计与所述飞行控制器相连，用于检测农药储存箱内的农药液面高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器。
本发明如上所述的无人机控制系统，进一步，所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
本发明如上所述的无人机控制系统，进一步，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
本发明如上所述的无人机控制系统，进一步，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
为了实现上述第二目的，本发明提供一种无人机控制方法，基于如上任一项所述的无人机控制系统，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
为了实现上述第二目的，本发明提供一种无人机控制方法，基于如上任一项所述的无人机控制系统，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
为了实现上述第二目的，本发明提供一种无人机控制方法，基于如上任一项所述的无人机控制系统：
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
本发明的有益效果是：
1、无人机飞行安全性高。由于无人机控制系统包括飞行控制器和微波传感器；微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制新无人机的飞行轨迹；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务。
2、农药喷洒均匀。由于无人机控制系统包括飞行控制器和微波液面高度计，所述微波液面高度计安装在农药喷洒装置的农药储存箱内，位于农药液面的上方；微波液面高度计与所述飞行控制器相连，用于检测农药储存箱内的农药液面高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器。飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低，从而使无人机的飞行高度能够随着农药喷洒的进行及时调整，使农药喷洒更加均匀、有效。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1为本发明一种实施例的无人机及其控制系统示意图；
图2为本发明一种实施例的飞行控制器和微波传感器连接示意图；
图3为本发明一种实施例的农药喷洒装置和微波液面高度计示意图；
图4为本发明一种实施例的无人机控制方法示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、机体；
2、农药喷洒装置，21、雾化喷头，22、农药液面，23、农药储存箱；
3、微波传感器，31、雷达信号处理器，32、发射天线，33、接收天线；
4、微波液面高度计；
5、飞行控制器；
6、障碍物，61、预设飞行路径，62、新无人机的飞行轨迹。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的无人机控制系统及控制方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1示出本发明一种实施例的无人机及其控制系统，所述无人机包括机体1和农药喷洒装置2，所述农药喷洒装置2安装在所述机体1上；其还包括：
飞行控制器5，所述飞行控制器5用于控制机体1的飞行状态；
微波传感器3，所述微波传感器3安装在所述机体1，并且与所述飞行控制器5相连，用于探测机体周围的障碍物6，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器5；
微波液面高度计4，所述微波液面高度计4安装在农药喷洒装置2的农药储存箱23内，位于农药液面22的上方；微波液面高度计4与所述飞行控制器5相连，用于检测农药储存箱内的农药液面22高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器5。如图3所示，农药喷洒装置2还包括雾化喷头21，所述雾化喷头与农药储存箱23连通。由于微波液面高度计4安装在农药喷洒装置2的农药储存箱23内，位于农药液面22的上方，从上往下发射低功率的微波信号，通过计算回波的时间，来探知当前农药储存箱内的农药液面高度。
在本发明上述实施例的无人机控制系统中，所述微波传感器3包括雷达信号处理器31、发射天线32和接收天线33，所述发射天线32与雷达信号处理器31连接，所述接收天线33与雷达信号处理器31连接；发射天线32向机体1周围发射微波信号，接收天线33接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
利用本发明上述实施例的无人机控制系统对无人机进行控制时，飞行控制器5接收到来自微波传感器3的障碍物6的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径61重合，则制定新的无人机的飞行路径62；飞行控制器按照新的飞行路径62控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物6；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
利用本发明上述实施例的无人机控制系统对无人机进行控制时，飞行控制器5接收到来自微波液面高度计4的农药液面22高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
本发明实施例还提供一种无人机控制方法，基于如上任一项实施例所述的无人机控制系统；
飞行控制器5接收到来自微波传感器3的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物6位置与无人机的预设飞行路径61重合，则制定新的无人机的飞行路径62；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器5接收到来自微波液面高度计4的农药液面高度信息，飞行控制器5根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
在上述无人机控制系统中，利用微波液面高度计探知当前农药储存箱内的农药液面高度，进而利用飞行控制器控制无人机的飞行高度。上述实施例还可以进一步改进，形成以下实施例的无人机控制系统及对应的无人机控制方法。
一种无人机控制系统，所述无人机包括机体和农药喷洒装置，所述农药喷洒装置安装在所述机体上；无人机控制系统包括：
飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
微波液面高度计，所述微波液面高度计安装在农药喷洒装置的农药储存箱内，位于农药液面的上方；微波液面高度计与所述飞行控制器相连，用于检测农药储存箱内的农药液面高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器；
微波高度计，所述微波高度计安装在所述无人机的机体，微波高度计与所述飞行控制器相连，用于检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器。飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
一种实施例的飞行控制方法，利用上述改进实施例的飞行控制系统实现。飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
利用上述系统及方法，能够更为准确、稳定地控制飞机的飞行高度，是飞行高度与预定的喷洒高度高度吻合，提高农药的喷洒效果。并且只要微波液面高度计或微波高度计中有一套系统能够正常运行就能实现上述飞行高度稳定的目的，系统稳定性进一步得到增强。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。
Claims (6)
1.一种无人机控制系统，所述无人机包括机体和农药喷洒装置，所述农药喷洒装置安装在所述机体上；其特征在于，无人机控制系统包括：
飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；
微波液面高度计，所述微波液面高度计安装在农药喷洒装置的农药储存箱内，位于农药液面的上方；微波液面高度计与所述飞行控制器相连，用于检测农药储存箱内的农药液面高度，并将所述液面高度信息传输给飞行控制器；
所述飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
2.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
3.根据权利要求1或2所述的无人机控制系统，其特征在于，
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；
如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
4.一种无人机控制方法，基于权利要求1-3任一项所述的无人机控制系统，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；
如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
5.一种无人机控制方法，基于权利要求1-3任一项所述的无人机控制系统，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
6.一种无人机控制方法，基于权利要求1-3任一项所述的无人机控制系统：
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波液面高度计的农药液面高度信息，飞行控制器根据农药储存箱的底面积、总高度、农药药液的密度和农药液面高度计算出已经完成的农药喷洒重量；如果已经完成的农药喷洒重量达到阈值，则飞行控制器控制机体使机体高度降低。
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Denomination of invention: Control system and control method of unmanned aerial vehicle Effective date of registration: 20190930 Granted publication date: 20181221 Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee Pledgor: MUNIU (QINGDAO) TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2019990000302 |
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