CN107021225B - 一种农业无人机自动喷洒方法及农业无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业无人机自动喷洒方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）设置无人机本体；（2）于无人机本体上设置飞行主控板；（3）设置与无人机本体配合使用的移动控制端；（4）通过电子地图获取作为范围；（5）确认飞行航线；（6）飞行主控板通过无线收发器接收到飞行航线数据后，动力机构开始工作，无人机本体起飞，通过GPS信号接收机获取经纬度，并根据飞行航线数据到达航线初始位置，通过红外线高度传感器调节飞行高度，保持与农作物初始设置的高度；（7）到达航线初始位置后，喷洒装置开始工作，无人机本体开始自动作业，完成喷洒。本发明还公开了实施该方法的农业无人机。

Description

一种农业无人机自动喷洒方法及农业无人机

技术领域

本发明涉及农业无人机领域，具体涉及一种农业无人机自动喷洒方法，及实施该方法的农业无人机。

背景技术

众所周知，农作物在生长过程中会受到病虫侵害等各种有碍其生长的侵害。人工作业、传统农用机机械在喷药、施肥、播种等田间作业中都存在一定的局限性，而近来新兴的农用无人机也存在技术难点，现有技术中，无人机的移动速度比地面机车行驶的速度快很多，施药时机稍有延误，就会造成大面积的农药漏喷或多喷的现象出现，所以控制好施药时的药量就成为非常重要的因素，因此无人机对于加载的施药系统在运算速度、指令发送和反馈速度和各个机构间通讯速度都有非常高的要求，同时无人机喷洒农药对环境的适应性较高，尤其是无人机对复杂地形有着很好的适应性。

传统的人工进行田间作业 ，工作效率低下，无法快速进行大面积农田喷洒农药、播种等作业。本次发明的农用无人机喷洒农药有着显著的优势，其作业效率将提高百倍以上，农药对作业人员的危害近乎为零，大大减轻作业者的劳动强度，提高100倍以上的经济效益。

传统机械如遥控喷药机等进行田间作业，传统机械具有作业速度较慢，耗油量大，劳动强度大，作业范围小的劣势，而本次发明的农用无人机可以较传统机械提高十倍以上的工作效率，并且作业范围巨大，可以轻松完成超大面积农田的喷洒农药、施肥、播种等工作，提高10倍以上的经济效益。

有人驾驶飞机喷洒农药时，需要消耗大量财力，增加农民作业的成本，同时也存在人才局限性，需要专业人才才能完成喷药作业，而且具有一定的危险性。而本次发明的农用无人机与有人驾驶农药喷洒飞机相比将降低成本20倍以上，同时也具有安全性高、操控性简单的特点。

用地面站控制或遥控器控制的农用无人机无法实现全自动化操作，需要人工全程进行遥控，并且操作人员需要经过专业培训，学习时间过长，同时通过地面站控制的农业无人机工作范围也存在局限性，而本发明的无人机可通过手机APP软件进行自动控制。而且一人可操控多架无人机，通过简便的操作就可以使无人机进行全自动化作业，与地面站控制或遥控器控制相比，可提高10倍以上经济效益。

普通定高的农用无人机只能设定固定飞行高度进行作业，作业高度无法存在很大的危险性，而本次发明的农用无人机运用红外线感应定高器，能自动调节飞行高度，从而能够灵活地避开障碍物，让无人机作业时能更安全更合理。

普通的农用无人机如遇农药用尽或者电池电量低的情况，只能通过人工控制无人机返航，而且一人只能控制一架无人机，工作效率低，不够智能化，而本次发明的农用无人机能够自动进行检测农药是否用尽或是否低电量，并且全自动返航，而且一人可以操控多架无人机进行作业，更加智能化，能提高10倍以上的工作效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种农业无人机自动喷洒方法，及实施该方法的农业无人机。解决现有技术中，需要靠人工进行劳作，及现有无人机，需要靠人工通过遥控器操作，操作繁琐，不方便，且无法均匀作业的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种农业无人机自动喷洒方法，其包括以下步骤：

（1）设置无人机本体；于无人机本体上设有喷洒装置，水箱，GPS信号接收机，红外线高度传感器和动力机构；

（2）于无人机本体上设置飞行主控板，于飞行主控板上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计；

（3）设置与无人机本体配合使用的移动控制端，于该移动控制端内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块；

（4）上电工作，移动控制端通过GPS定位模块对所在工作地点进行定位，将获取的经纬度数据，发送至电子地图模块，由电子地图模块根据经纬度数据，查找所在区域的卫星照片，并根据卫星照片，对工作区域的边界进行多点标记，通过喷洒面积获取模块将多点进行连接，若有误差，则通过数据输入模块进行手动调节定位点，生成工作区域作业范围图，并确定作业面积；

（5）通过数据输入模块输入航线间距、航线高度、喷洒量和飞行速度，飞行航线确定模块根据确定的工作区域，生成飞行航线数据，并将飞行航线数据通过通信模块传输至步骤（2）所述飞行主控板，并将航线保存；

（6）飞行主控板通过无线收发器接收到飞行航线数据后，动力机构开始工作，无人机本体起飞，由陀螺仪传感器、加速度传感器和气压计获取数据，控制无人机本体的平稳飞行，通过GPS信号接收机获取经纬度，并根据飞行航线数据到达航线初始位置，并根据红外线高度传感器调节飞行高度，保持与农作物初始设置的高度；

（7）到达航线初始位置后，喷洒装置开始工作，无人机本体1开始自动作业，完成喷洒。

步骤（1）所述水箱内设有水容量传感器，通过水容量传感器判断液体余量，实施反馈给飞行主控板，当检测到液体喷尽时，发出返航指令至飞行控制板，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体返回起飞原点进行加液，加液完毕后，无人机本体根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作。

所述步骤（5）还包括：结合电子地图的地形数据，获取工作区域内的障碍物体，当障碍物高度超过预设高度时，航线自动选择为绕行，当障碍物高度未超过预设高度时，则航线自动选择为提升高度，从障碍物上方飞过，且飞过障碍物时，喷洒装置暂停工作。

所述红外线高度传感器通过发射红外光，照射农作物表面反射给镜头，通过中央处理器编译成脉冲信号反馈给飞行主控板，实时控制飞行高度；使无人机本体根据植物或山坡的不同高度自动调节，与植物或山坡保持固定的距离。

所述无人机本体上还设有电池容量检测装置，当电池容量低时，电池容量检测装置将发出自动返航的指令到飞行主控板，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体返回起飞原点，当更换电池完毕后，无人机本体根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作，且往返过程中喷洒装置不工作。

一种实施所述方法的农业无人机，其包括无人机本体，于无人机本体上设有机壳，无人机本体四周设有多个驱动装置，且驱动装置通过固定环和插接结构固定于无人机本体内部中心；于无人机本体四周还设有喷洒装置，无人机本体下部还设有与喷洒装置相连接的水箱；于机壳内设有飞行主控板和电池；其还设有一与无人机本体配合使用的移动控制装置。

所述飞行主控板上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计，所述移动控制装置内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块。

所述喷洒装置包括与水箱连接的喷水管和水泵，且喷水管呈环形绕于无人机本体周围，并向各驱动装置延伸；于喷水管端点设有喷头；所述水箱上还设有注液管。

所述驱动装置包括支撑杆，于支撑杆前端设有电动机，电动机上端连接有桨叶。

所述无人机本体底部还设有起落架。

所述移动控制端为手机、平板、电脑等移动设备，通过下载APP软件即控制系统。

本发明的有益效果是：通过APP软件平台下载地图和通过GPS信息获取无人机喷药作业的区域地图位置，通过APP软件平台提前设定无人机作业范围和作业路径（如作业途中有障碍物可以设定避开）指令无人机全自动到达预定作业区域进行作业并按照一定速度、一定间距、一定剂量喷洒农药、播种、施肥，当无人机飞行作业结束后，本次的飞行路径、位置坐标都可以保存在APP软件平台上，方便下次进行飞行作业，不需再重新设定飞行路径。

通过红外线高度传感器，普通农用无人机定高器只能规定无人机按照固定的飞行高度进行喷药作业，而通过该红外线高度传感器使无人机可以根据植物或山坡的不同高度自动调节，和植物或山坡保持固定的距离，即无人机飞行作业中对植物的高低或山坡种植的高低进行自动感应检测，自动调节飞行高度，从而能够灵活地避开不同高度的障碍物，让无人机作业时能更加精准，更加合理，更加安全。

通过本发明能达到无需经过复杂的培训，只需要一个小时便可学会，达到高智能、高效率的全自动作业要求，每人可以同时操作多架无人机，实现不少喷、不漏喷、不重喷的全方位准确喷洒，全智能化、自动化工作，从而达到全智能化工业4.0，让农民学习一小时便可轻松变为无人机飞控专家，为农民减轻了工作负担，大大提高了10—100倍的工作效率和经济效益，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明无人机结构示意图；

图2为图1内部结构示意图。

图中：1.无人机本体 2.水箱 3.飞行主控板 4.机壳 5.固定环

6.电池 7.喷水管 8.水泵 9.喷头 10.注液管

11.支撑杆 12.电动机 13.桨叶 14.起落架。

具体实施方式

实施例：参见图1和图2，本实施例提供一种农业无人机自动喷洒方法，其包括以下步骤：

（1）设置无人机本体1；于无人机本体1上设有喷洒装置，水箱2，GPS信号接收机，红外线高度传感器和动力机构；

（2）于无人机本体1上设置飞行主控板3，于飞行主控板3上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计；

（3）设置与无人机本体1配合使用的移动控制端，于该移动控制端内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块；

（4）上电工作，移动控制端通过GPS定位模块对所在工作地点进行定位，将获取的经纬度数据，发送至电子地图模块，由电子地图模块根据经纬度数据，查找所在区域的卫星照片，并根据卫星照片，对工作区域的边界进行多点标记，通过喷洒面积获取模块将多点进行连接，若有误差，则通过数据输入模块进行手动调节定位点，生成工作区域作业范围图，并确定作业面积；

（5）通过数据输入模块输入航线间距、航线高度、喷洒量和飞行速度，飞行航线确定模块根据确定的工作区域，生成飞行航线数据，并将飞行航线数据通过通信模块传输至步骤（2）所述飞行主控板，并将航线保存；

（6）飞行主控板通过无线收发器接收到飞行航线数据后，动力机构开始工作，无人机本体1起飞，由陀螺仪传感器、加速度传感器和气压计获取数据，控制无人机本体1的平稳飞行，通过GPS信号接收机获取经纬度，并根据飞行航线数据到达航线初始位置，并根据红外线高度传感器调节飞行高度，保持与农作物初始设置的高度；

（7）到达航线初始位置后，喷洒装置开始工作，无人机本体1开始自动作业，完成喷洒。

步骤（1）所述水箱2内设有水容量传感器，通过水容量传感器判断液体余量，实施反馈给飞行主控板3，当检测到液体喷尽时，发出返航指令至飞行控制板，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体1返回起飞原点进行加液，加液完毕后，无人机本体1根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作。

所述步骤（5）还包括：结合电子地图的地形数据，获取工作区域内的障碍物体，当障碍物高度超过预设高度时，航线自动选择为绕行，当障碍物高度未超过预设高度时，则航线自动选择为提升高度，从障碍物上方飞过，且飞过障碍物时，喷洒装置暂停工作。

所述红外线高度传感器通过发射红外光，照射农作物表面反射给镜头，通过中央处理器编译成脉冲信号反馈给飞行主控板3，实时控制飞行高度；使无人机本体1根据植物或山坡的不同高度自动调节，与植物或山坡保持固定的距离。

所述无人机本体1上还设有电池容量检测装置，当电池容量低时，电池容量检测装置将发出自动返航的指令到飞行主控板3，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体1返回起飞原点，当更换电池完毕后，无人机本体1根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作，且往返过程中喷洒装置不工作。

一种实施所述方法的农业无人机，其包括无人机本体1，于无人机本体上设有机壳4，无人机本体1四周设有多个驱动装置，且驱动装置通过固定环5和插接结构固定于无人机本体1内部中心；于无人机本体1四周还设有喷洒装置，无人机本体1下部还设有与喷洒装置相连接的水箱2；于机壳4内设有飞行主控板3和电池6；其还设有一与无人机本体1配合使用的移动控制装置。

所述飞行主控板3上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计，所述移动控制装置内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块。

所述喷洒装置包括与水箱2连接的喷水管7和水泵8，且喷水管7呈环形绕于无人机本体1周围，并向各驱动装置延伸；于喷水管7端点设有喷头9；所述水箱2上还设有注液管10。

所述驱动装置包括支撑杆11，于支撑杆11前端设有电动机12，电动机12上端连接有桨叶13。

所述无人机本体1底部还设有起落架14。

所述移动控制端为手机、平板、电脑等移动设备，通过下载APP软件即控制系统。

但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明中记载的其他实施例，及所作的等效变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种农业无人机自动喷洒方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）设置无人机本体；于无人机本体上设有喷洒装置，水箱，GPS信号接收机，红外线高度传感器和动力机构；于无人机本体上还设有机壳，无人机本体四周设有多个驱动装置，且驱动装置通过固定环和插接结构固定于无人机本体内部中心；所述喷洒装置包括与水箱连接的喷水管和水泵，且喷水管呈环形绕于无人机本体周围，并向各驱动装置延伸；于喷水管端点设有喷头；

（2）于无人机本体上设置飞行主控板，于飞行主控板上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计；

（3）设置与无人机本体配合使用的移动控制端，于该移动控制端内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块；

（4）上电工作，移动控制端通过GPS定位模块对所在工作地点进行定位，将获取的经纬度数据，发送至电子地图模块，由电子地图模块根据经纬度数据，查找所在区域的卫星照片，并根据卫星照片，对工作区域的边界进行多点标记，通过喷洒面积获取模块将多点进行连接，若有误差，则通过数据输入模块进行手动调节定位点，生成工作区域作业范围图，并确定作业面积；

（5）通过数据输入模块输入航线间距、航线高度、喷洒量和飞行速度，飞行航线确定模块根据确定的工作区域，生成飞行航线数据，并将飞行航线数据通过通信模块传输至步骤（2）所述飞行主控板，并将航线保存；

所述步骤（5）还包括：结合电子地图模块的地形数据，获取工作区域内的障碍物体，当障碍物高度超过预设高度时，航线自动选择为绕行，当障碍物高度未超过预设高度时，则航线自动选择为提升高度，从障碍物上方飞过，且飞过障碍物时，喷洒装置暂停工作；

（6）飞行主控板通过无线收发器接收到飞行航线数据后，动力机构开始工作，无人机本体起飞，由陀螺仪传感器、加速度传感器和气压计获取数据，控制无人机本体的平稳飞行，通过GPS信号接收机获取经纬度，并根据飞行航线数据到达航线初始位置，并根据红外线高度传感器调节飞行高度，保持与农作物初始设置的高度；

（7）到达航线初始位置后，喷洒装置开始工作，无人机本体开始自动作业，完成喷洒。

2.根据权利要求1所述的农业无人机自动喷洒方法，其特征在于，步骤（1）所述水箱内设有水容量传感器，通过水容量传感器判断液体余量，实施反馈给飞行主控板，当检测到液体喷尽时，发出返航指令至飞行控制板，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体返回起飞原点进行加液，加液完毕后，无人机本体根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作。

3.根据权利要求1所述的农业无人机自动喷洒方法，其特征在于，所述红外线高度传感器通过发射红外光，照射农作物表面反射给镜头，通过中央处理器编译成脉冲信号反馈给飞行主控板，实时控制飞行高度；使无人机本体根据植物或山坡的不同高度自动调节，与植物或山坡保持固定的距离。

4.根据权利要求1所述的农业无人机自动喷洒方法，其特征在于，所述无人机本体上还设有电池容量检测装置，当电池容量低时，电池容量检测装置将发出自动返航的指令到飞行主控板，通过GPS卫星信号接收机标记当前位置后，无人机本体返回起飞原点，当更换电池完毕后，无人机本体根据标记的坐标飞回到待喷位置继续工作，且往返过程中喷洒装置不工作。

5.一种实施权利要求1~4之一所述方法的农业无人机，其特征在于，其包括无人机本体，于无人机本体上设有机壳，无人机本体四周设有多个驱动装置，且驱动装置通过固定环和插接结构固定于无人机本体内部中心；于无人机本体四周还设有喷洒装置，无人机本体下部还设有与喷洒装置相连接的水箱；于机壳内设有飞行主控板和电池；其还设有一与无人机本体配合使用的移动控制装置。

6.根据权利要求5所述的农业无人机，其特征在于，所述飞行主控板上设有中央处理器，陀螺仪传感器，加速度传感器，无线收发器和气压计，所述移动控制装置内嵌入有控制系统，该控制系统包括：电子地图模块，GPS定位模块，喷洒面积获取模块，飞行航线确定模块，数据输入模块和通信模块。

7.根据权利要求5所述的农业无人机，其特征在于，所述喷洒装置包括与水箱连接的喷水管和水泵，且喷水管呈环形绕于无人机本体周围，并向各驱动装置延伸；于喷水管端点设有喷头；所述水箱上还设有注液管。

8.根据权利要求5所述的农业无人机，其特征在于，所述驱动装置包括支撑杆，于支撑杆前端设有电动机，电动机上端连接有桨叶。

9.根据权利要求5所述的农业无人机，其特征在于，所述无人机本体底部还设有起落架。

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