CN106347666B - 一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统，方法包括以下步骤：检测无人机的飞行速度和飞行方向；将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵打开，另一部分水泵关闭。本方法的有益效果：使植保物飘落在无人机的后方，不会飘落到无人机上，不会因此使无人机寿命缩减、农作物损坏，并且节约了植保物。系统包括：飞行数据检测单元、矢量分解单元以及控制单元，本系统的有益效果：实现植保物雾化程度的控制，可根据农作物的不同调整不同雾气颗粒，达到不损坏农作物的目的。

Description

一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统

技术领域

本发明涉及植保无人机领域，具体涉及一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，农业土地生产规模化逐步推进，但是农村劳动力的短缺与其背道而驰，一定程度上影响了推进，节省劳动力且能规模化已经成为农业从事者中普遍化的需求。使用无人机进行植保解决了劳动力短缺的问题，并且提高了生产效率，降低了生产成本。

通过无人机进行植保的方法为：对植保作业区进行测量；根据作业区面积设计通电导轨支杆分布位置；安装通电导轨支杆、通电导轨和导电滑块；接通电源和无人机，实施农业植保作业。通过无人机实施植保作业包括多旋翼无人机喷洒方法，现有技术中的喷洒控制方法为：控制器根据气象检测(风向和风速)、飞行数据检测(飞行高度和飞行速度)而来的信息，再控制喷洒装置完成药物、水、保养物等植保物的喷洒，达到植物保护的目的。

现有技术的不足之处在于，1)未考虑植保物对无人机本身的影响，在多数情况下会导致植保物喷洒于无人机上，腐蚀、渗透无人机，使无人机寿命大大缩减；2)亦未考虑植保物对农作物的影响，飘落至无人机上的植保物会凝结成液滴，滴落至农作物上损坏农作物；3)造成植保物的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统，以解决1)植保物对无人机本身的影响问题；2)植保物对农作物的影响问题；3)植保物的浪费问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法，包括以下步骤：

检测无人机的飞行速度和飞行方向；

将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；

根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵打开，另一部分水泵关闭。

上述的喷洒控制方法，当所述机头朝向的分速度V1或V2低于设定阈值时，关闭所有水泵。

上述的喷洒控制方法，根据无人机工作环境中风速度、方向和所述V1、V2调节喷头的喷洒角度。

上述的喷洒控制方法，在无人机飞行时，控制在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，包括：飞行数据检测单元、矢量分解单元以及控制单元，

所述飞行数据检测单元，用以检测无人机的飞行速度和飞行方向；

所述矢量分解单元与控制单元连接，用以将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；

所述控制单元与所述飞行数据检测单元连接，用以根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵打开，另一部分水泵关闭。

上述的喷洒控制系统，所述控制单元与喷洒系统连接，所述喷洒系统包括：前方喷洒系统和后方喷洒系统，用以对农作物进行喷洒。

上述的喷洒控制系统，所述控制单元与前方喷洒系统连接，用以在无人机飞行时，控制前方喷洒系统在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

所述控制单元与后方喷洒系统连接，用以在无人机飞行时，控制前方喷洒系统在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

上述的喷洒控制系统，当所述机头朝向的分速度V1低于设定阈值时，控制前方喷洒系统和/或后方喷洒系统关闭所有水泵。

上述的喷洒控制系统，所述喷洒系统包括：水泵、喷头及喷头角度控制装置，

所述水泵，用以采集植物保护液；

所述喷头与水泵连接，用以将植物保护液喷洒至外界；

所述喷头角度控制装置与所述喷头连接，用以根据无人机工作环境中风速度、风向和所述V1、V2调节喷头的喷洒角度；

上述的喷洒控制系统，所述喷头包括雾化器、驱动装置，

所述雾化器，用以将植物保护液转换为雾气颗粒；

所述驱动装置和雾化器连接，用以调节雾化程度的大小。

本发明的有益效果：

在上述技术方案中，本发明提供的基于多旋翼无人机速度检测的喷洒控制方法，包括获取机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2，并通过其对水泵实施控制，具有以下有益效果：

1)通过对水泵的控制使无人机前进方向上的水泵关闭，后方的水泵打开，使植保物在无人机的后方，不会飘落到无人机上，不会因此使无人机寿命缩减、农作物损坏，并且节约了植保物；

2)通过分速度V1使农作物对于植保物的摄取量维持在一个对其没有反作用的状态；

3)调节喷洒角度可消除风对喷洒的影响，使植保物在有风的情况下也能喷洒至相应的位置，且不会飘落至无人机上。

在上述技术方案中，本发明提供的基于多旋翼无人机速度检测的喷洒控制系统，包括飞行数据检测单元、矢量分解单元、控制单元、喷洒系统，具有以下有益效果：

1)通过飞行数据检测单元、矢量分解单元、控制单元实现在无人机前进方向上的水泵关闭，后方的水泵打开，使植保物在无人机的后方，不会飘落到无人机上，不会因此使无人机寿命缩减、农作物损坏，并且节约了植保物；

2)通过喷洒系统中的喷头角度控制装置消除风对喷洒的影响，使植保物在有风的情况下也能喷洒至相应的位置，且不会飘落至无人机上；

3)通过分速度V1使农作物对于植保物的摄取量维持在一个对其没有反作用的状态；

4)通过喷洒系统中的喷头实现植保物雾化程度的控制，可根据农作物的不同调整不同雾气颗粒，达到不损坏农作物的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的多旋翼无人机喷洒控制方法流程示意图；

图2为本发明一实施例的多旋翼无人机喷洒控制系统结构示意图；

图3为本发明一优选实施例的前方/后方喷洒系统结构示意图；

图4(A)-图4(B)多旋翼无人机的工作状态对比图；

图5为本发明一实施例的飞行速度、方向矢量正交分解的示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例的多旋翼无人机喷洒控制方法流程示意图，包括以下步骤：

S101、检测无人机的飞行速度和飞行方向；具体的，通过飞行数据检测技术对无人机的飞行速度和飞行方向进行检测，飞行数据检测技术包括但不限于，速度检测传感技术、加速度传感技术、电子磁罗盘技术等。优选的，首先，人员通过无人机控制器控制无人机以一定的速度沿一个方向飞行，然后无人机自动触发检测，最后，对无人机的飞行数据进行检测；也可是，人员通过控制器发送一个检测信号，无人机收到该检测信号开始对飞行数据进行检测；检测得到的飞行数据进入缓存。

在一些实施例中，飞行数据包括但不限于，无人机飞行速度、无人机飞行方向、风速度、风方向等数据。

S102、将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；机头朝向是指为机器提供参照的方向量，理论上机头朝向可以是以无人机所在的面为基准面以无人机为中心的任意一个方向，无论哪个方向得到的对水泵11的最终控制效果实际上一致，因此只需要选择其中一个方向即可；矢量的正交分解如图5所示，为带有方向的速度的分解，并且分成两个相互垂直的分速度；具体的，对飞行速度和飞行方向进行矢量正交分解，分解为相互垂直的两个分速度，分别为机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2，并将上述数据进入缓存。

在一些实施例中，所述无人机为四旋翼的，且依次呈90度设置于所述无人机上，则机头朝向在分别与两个旋翼均呈45度处，使人员更容易辨别方位实施飞行操作，使无人机有参照量，省去繁杂、多余的计算过程亦能达到测速、测方向的效果。

在一些实施例中，所述无人机为六旋翼的，且依次呈60度设置于所述无人机上，则机头朝向在分别与两个旋翼均呈30度处，同上述实施例有益效果，并且加大了无人机的飞行可控性。

在一些实施例中，根据无人机工作环境中风速度、风方向和所述V1、V2调节喷头12的喷洒角度，通过对风速、风向以及结合V1、V2的分析，达到调节喷头12的目的，从而消除风对无人机最终喷洒效果的影响，使其仍可以对相应的农作物实施较为准确的喷洒。

S103、根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵11打开，另一部分水泵11关闭。在无人机飞行时，控制在前进方向后方的水泵11打开，前方的水泵11关闭。具体的，通过对机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2的分析，控制前进方向后方的水泵11打开，控制前方的水泵11关闭，前方和后方的控制触发方式不一致，当触发控制前方水泵11的同时必然会让后方水泵11停止，反之亦然。使植保物始终飘落在无人机的后方，不会飘落到无人机上，不会因此使无人机寿命缩减、农作物损坏，并且在一定程度上避免了植保物的浪费。

在一些实施例中，当所述机头朝向的分速度V1低于设定阈值V0时，关闭所有水泵11，如此可避免在作业中由于速度过慢导致的农作物受料过多的情况，并且避免了对药物的浪费。

在一些实施例中，当所述机头朝向的分速度V1高于设定阈值V0时，控制在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

在一些实施例中，前方/后方(以机头方向为基准，前方即机头方向)水泵11的控制方式为继电器控制，当V1大于V0，且前进方向上的水泵11为前方水泵11，输入高电平，则继电器控制与后方水泵11连接的常开开关闭合，与前方水泵11连接的常闭开关打开；若前进方向上的水泵11为后方水泵11，输入低电平，则继电器不动作，后方水泵11停止，前方水泵11动作。可选的，水泵的控制方式也可以现有技术中的是其他控制方式，如基于plc的软件控制、单片机控制等。

在一些实施例中，设定阈值为0.5m/s，所述继电器与电源之间连接有总开关，当V1小于或等于0.5m/s时，总开关不动作，所述继电器处于无电状态；当V1大于0.5m/s时，总开关闭合，所述继电器根据上述控制方式控制打开相应的水泵11。

在一些实施例中，所述水泵11与储物盒连接，所述储物盒用以存放植物保护液，使无人机能够通过其承载一定量的植物保护液。

在一些实施例中，所述水泵11，用以采集植物保护液；所述喷头12与水泵11连接，用以将植物保护液喷洒至外界，使植物保护液以适合农作物的形态飘落。

在一些实施例中，所述喷头12包括雾化器122、驱动装置121，所述雾化器122，用以将植物保护液转换为雾气颗粒；所述驱动装置121和雾化器122连接，用以调节雾化程度的大小，使植物保护液雾化飘落，消除了液体、液流等形态对农作物的不良影响，并使农作物可以被充分灌溉；也可以通过改变液滴的大小减小植保液的漂移。

在上述技术方案中，本发明提供的基于多旋翼无人机速度检测的喷洒控制方法，包括获取机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2，并通过其对水泵11实施控制，具有以下有益效果：

1)通过对水泵11的控制使无人机前进方向上的水泵11关闭，后方的水泵11打开，使植保物在无人机的后方，不会飘落到无人机上，不会因此使无人机寿命缩减、农作物损坏，并且节约了植保物；

2)通过分速度V1使农作物对于植保物的摄取量维持在一个对其没有反作用的状态；

3)调节喷洒角度可消除风对喷洒的影响，使植保物在有风的情况下也能喷洒至相应的位置，且不会飘落至无人机上。

如图2所示，本发明实施例的多旋翼无人机喷洒控制系统结构示意图；包括：飞行数据检测单元20、矢量分解单元30以及控制单元10，

所述飞行数据检测单元20，用以检测无人机的飞行速度和飞行方向；

所述矢量分解单元30与控制单元10连接，用以将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；

所述控制单元10与所述飞行数据检测单元20连接，用以根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵11打开，另一部分水泵11关闭。

在一些实施例中，所述控制单元10还与喷洒系统40连接，所述喷洒系统40包括：前方喷洒系统40和后方喷洒系统40，前方/后方系统均用以当所述机头朝向的分速度V1或横向分速度V2高于第二设定阈值V0时，控制前方/后方喷洒系统40在前进方向后方的水泵11打开，前方的水泵11关闭。

在一些实施例中，当所述机头朝向的分速度V1低于设定阈值时，控制前方喷洒系统40和/或后方喷洒系统40关闭所有水泵11。

在一些实施例中，所述喷洒系统40包括：水泵11、喷头12及喷头12角度控制装置13，

所述水泵11，用以采集植物保护液；

所述喷头12与水泵11连接，用以将植物保护液喷洒至外界；

所述喷头角度控制装置13与所述喷头12连接，用以根据无人机工作环境中风速度、风向和所述V1、V2调节喷头12的喷洒角度；

具体的，首先通过飞行数据检测技术对无人机的飞行速度、飞行方向、风速度、风方向进行检测，飞行数据检测单元20包括但不限于，速度检测传感器、加速度传感器、电子磁罗盘等；通过矢量分解单元30完成对检测得到的飞行数据中飞行速度、飞行方向的矢量分解，获得机头朝向的分速度V1和横向分速度V2，并通过喷头角度控制装置13中无人机工作环境风速度、方向和所述V1、V2调节喷头12的喷洒角度；最后判断V1、V2是否达到阈值，若达到，控制相应的喷洒系统40(前方或后方)完成喷洒，若未达到，人员控制无人机加速飞行以达到或超过阈值；当达到阈值时，首先控制相应的泵动作，从储物盒中泵取植保液，进入喷头12，通过喷头12处理将植物保护液喷洒至外界。

如图3所示，,本发明一优选实施例的前方/后方喷洒系统40结构示意图；进一步的，所述喷头12包括雾化器122、驱动装置121，

所述雾化器122，用以将植物保护液转换为雾气颗粒；

所述驱动装置121和雾化器122连接，用以调节雾化程度的大小。

具体的，将泵取的植保液送入喷头12，经过驱动装置121驱动喷头12中的雾化器122，使植保液转化为雾气颗粒，并最终喷洒到农作物上；并且可以通过改变驱动装置121的输出大小而改变雾化程度。使植物保护液雾化飘落，消除了液体、液流等形态对农作物的不良影响，并使农作物可以被充分灌溉；也可以通过改变液滴的大小减小植保液的漂移。

如图4(A)-图4(B)所示，为多旋翼无人机的工作状态对比图。未采用了本喷洒控制方法或系统的多旋翼无人机与采用上述系统和方法的比较，前者植保物容易喷到机身上，而后者不会。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测无人机的飞行速度和飞行方向；

将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；

根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵打开，另一部分水泵关闭。

2.根据权利要求1所述的喷洒控制方法，其特征在于，当所述机头朝向的分速度V1低于设定阈值时，关闭所有水泵。

3.根据权利要求1所述的喷洒控制方法，其特征在于，根据无人机工作环境中风速度、方向和所述V1、V2调节喷头的喷洒角度。

4.根据权利要求1或2所述的喷洒控制方法，其特征在于，当所述机头朝向的分速度V1高于设定阈值时，控制在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

5.一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，包括：飞行数据检测单元、矢量分解单元以及控制单元，

所述飞行数据检测单元，用以检测无人机的飞行速度和飞行方向；

所述矢量分解单元与控制单元连接，用以将飞行速度和方向按机头朝向进行矢量的正交分解，确定机头朝向的分速度V1和横向的分速度V2；

所述控制单元与所述飞行数据检测单元连接，用以根据所述机头朝向的分速度V1和所述横向分速度V2，控制一部分水泵打开，另一部分水泵关闭。

6.根据权利要求5所述的基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，所述控制单元与喷洒系统连接，所述喷洒系统包括：前方喷洒系统和后方喷洒系统，用以对农作物进行喷洒。

7.根据权利要求6所述的基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，所述控制单元与前方喷洒系统连接，用以当所述机头朝向的分速度V1高于第二设定阈值时，控制前方喷洒系统在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭；

所述控制单元与后方喷洒系统连接，用以当所述机头朝向的分速度V1高于第二设定阈值时，控制后方喷洒系统在前进方向后方的水泵打开，前方的水泵关闭。

8.根据权利要求6所述的基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，当所述机头朝向的分速度V1低于设定阈值时，控制前方喷洒系统和/或后方喷洒系统关闭所有水泵。

9.根据权利要求6所述的基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，所述喷洒系统包括：水泵、喷头及喷头角度控制装置，

所述水泵，用以采集植物保护液；

所述喷头与水泵连接，用以将植物保护液喷洒至外界；

所述喷头角度控制装置与所述喷头连接，用以根据无人机工作环境中风速度、风向和所述V1、V2调节喷头的喷洒角度。

10.根据权利要求9所述的基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制系统，其特征在于，所述喷头包括雾化器、驱动装置，

所述雾化器，用以将植物保护液转换为雾气颗粒；

所述驱动装置和雾化器连接，用以调节雾化程度的大小。