CN107656536A - 一种用于植保无人机的自动喷洒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于植保无人机的自动喷洒方法。在卫星定点模式下，使无人机飞到A点和B点，记下其坐标；连接A点和B点获得线段，投影到水平面上得到线段L，在水平面上沿线段L垂直方向生成与其平行的线段，形成任务轨迹；进入自动喷洒模式，无人机向左或向右平移，沿着任务轨迹喷洒作业。判断是否需要中断或停止任务，如果是，则结束自动喷洒模式并切换到卫星定点模式，否则继续自动喷洒模式。本发明可以在无需地图和地面站设置的情况下，仅通过遥控即可让无人机进入自动喷洒模式，不会出现因GPS精度差而导致飞行效果不佳的问题。同时还有断点续飞功能，不会出现漏喷重喷现象。

Description

一种用于植保无人机的自动喷洒方法

技术领域

本发明涉及无人机植保领域，尤其涉及一种用于植保无人机的自动喷洒方法。

背景技术

目前,无人机在农业植保方面的应用越来越广泛,无人机替代人力为农作物喷洒农药不仅降低了人工成本,而且消除了农药对人的腐蚀。然而，现有的无人机自动控制技术还不够成熟，无人机驾驶员需要经过长期的培训才能熟练的操控无人机，喷洒效果受人为因素影响，容易出现漏喷和重喷情况，不利于农作物的健康生长。

为了提升无人机作业效果，有人提出了自动巡航功能，即在PC端根据卫星地图预先设定好无人机喷洒的飞行轨迹，该轨迹通过有限的任务点按顺序连接而成，将轨迹信息传递给无人机的飞行控制系统，无人机起飞后将按预先设定的轨迹自动巡航，此过程不需要无人机驾驶员进行任何操作，虽然能达到降低人为因素的影响，但是仍然存在以下不足：

第一，卫星地图的定位精度低，易受地理因素和大气环境影响。例如，在地图上设定好的飞行轨迹与实际飞行轨迹可能存在几米的偏差，导致一部分农作物没有被喷洒，甚至可能导致不需要喷洒的作物被喷洒了。

第二，无人机喷洒作业常由于农药喷完或电池电量不足而需要中断任务，此时飞行控制系统没有记录任务中断位置，只记录了即将到达的任务点信息，换上农药或新电池后无人机是从中断任务时记录下的任务点开始继续执行任务，而不是实际中断的位置，这会导致农作物漏喷。任务点的个数是有限制的，如果农作物种植面积非常大的话，则需要多次规划飞行任务。

第三，在地面站设定飞行轨迹，对普通无人机驾驶员来说是一件复杂的事情，并且无人机驾驶员们到田地里作业还需要带上电脑，这对他们而言增大了工作量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于植保无人机的自动喷洒方法，实现根据无人机实时位置规划的航线形成自动喷洒模式和路线，并在无人机飞行自动喷洒模式中精确记录断点，以及在自动喷洒模式下通过油门杆调节无人机的高度。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于植保无人机的自动喷洒方法，包括如下步骤：

操纵无人机飞行并使其进入卫星定点模式；

在卫星定点模式控制无人机飞行到预定的两个位置并分别记录两个位置的三维绝对坐标信息；

连接两个位置获得一条线段，根据两个位置的坐标信息，将该线段投影到水平面上得到线段L并生成与线段L平行的多条线段；

操纵无人机进入自动喷洒模式以控制无人机沿预设的方式飞遍各条线段；

通过操纵无人机从自动喷洒模式切换到卫星定点模式以中断或停止喷洒任务，并使无人机从中断位置重新进入自动喷洒模式以继续执行任务；

喷洒任务完成时操纵无人机进入卫星定点模式并记录下任务结束位置的三维绝对坐标信息，通过预定的两个位置和任务结束位置计算出无人机完成喷洒的面积S。

依照本发明的一个方面，所述预定的两个位置是用户根据喷洒农作物的地形规划预先设定的。

依照本发明的一个方面，所述预定的两个位置的经度、纬度和高度坐标，是无人机驾驶员通过拨遥控开关发送指令，使飞行控制系统获取的。

依照本发明的一个方面，如果标记完成的预定的两个位置不够理想，则通过遥控开关发送指令，飞行控制系统将清除预定的两个位置的信息，然后可行重新标记预定的两个位置。

依照本发明的一个方面，将喷幅定义为相邻两线段的间距，喷幅的大小可供用户自定义，用户可通过遥控器的旋钮通道，对喷幅值进行远程调节。

依照本发明的一个方面，无人机从卫星定点模式进入自动喷洒模式，是通过无人机驾驶员通过拨第一通道杆实现的。

依照本发明的一个方面，无人机向左或向右的航向可供驾驶员操控，无人机驾驶员往左拨一通道杆，则无人机向左平移，往右拨一通道杆，则无人机向右平移，调节到合适的航向后无人机将锁定航向，无人机来回喷洒过程中航向保持不变。

依照本发明的一个方面，在自动喷洒模式下，无人机的高度可通过油门杆调节；当不调节油门杆时，无人机将保持当前的高度执行任务。

依照本发明的一个方面，在自动喷洒模式下，无人机的水平面移动速度可供用户自定义。

本发明实施的优点：

本发明可以在无需地图和地面站设置的情况下，仅通过遥控即可让无人机进入自动喷洒模式，并且不会出现因GPS精度差而导致飞行效果不佳的问题。同时还有断点续飞功能，任务中断的位置就是下次任务开始的位置，绝不会出现漏喷重喷现象。通过油门杆实时控制无人机的高度，避免了由于传感器误差而导致的高度变化问题，同时能用于凹凸不平的丘陵地貌。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的流程图。

图2是本发明在自动喷洒模式下无人机飞行轨迹的计算结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于植保无人机的自动喷洒方法，包括如下步骤：

步骤一，操纵无人机飞行并使其进入卫星定点模式；

操纵无人机使其飞行在卫星定点模式下，如果没有成功进入卫星定点模式，则结束，无法进入下一步操作。

步骤二，在卫星定点模式控制无人机飞行到预定的两个位置并分别记录两个位置的三维绝对坐标信息；

在卫星定点模式下，无人机驾驶员控制无人机飞行到第一位置，记录第一位置的三维绝对坐标信息；继续控制无人机飞行到第二位置，记录第二位置的三维绝对坐标信息。

步骤三，连接两个位置获得一条线段，根据两个位置的坐标信息，将该线段投影到水平面上得到线段L并生成与线段L平行的多条线段

连接第一位置和第二位置获得一条线段，根据第一位置和第二位置的坐标信息，将该线段投影到水平面上得到线段L，在水平面上在线段L的左右两侧沿其垂直方向生成多条与其平行的线段。

步骤四，操纵无人机进入自动喷洒模式以控制无人机沿预设的方式飞遍各条线段；

使无人机从卫星定点模式进入自动喷洒模式；在自动喷洒模式下，飞行控制系统控制无人机从第二位置向左或向右沿线段L的垂直方向飞行到与线段L相邻的第一线段的一个端点，然后沿着第一线段飞行到其另一个端点；继续沿第一线段的垂直方向飞行到与第一线段相邻的第二线段的一个端点，然后沿着第二线段飞行到其另一个端点；以此类推，飞遍各条线段。

步骤五，通过操纵无人机从自动喷洒模式切换到卫星定点模式以中断或停止喷洒任务，并使无人机从中断位置重新进入自动喷洒模式以继续执行任务；

判断是否需要中断或停止喷洒任务，如果是，自动切换飞行模式，无人机从自动喷洒模式切换到卫星定点模式；无人机返航并重新起飞，飞到合理的喷洒高度后，通过拨遥控器设定好的开关，使无人机重新进入自动喷洒模式，并且飞到刚刚任务中断的位置，按照步骤四所述的轨迹，继续执行任务。

步骤六，喷洒任务完成时操纵无人机进入卫星定点模式并记录下任务结束位置的三维绝对坐标信息，通过预定的两个位置和任务结束位置计算出无人机完成喷洒的面积S。

喷洒任务完成时，无人机驾驶员通过遥控开关使无人机进入卫星定点模式，飞行控制系统记下任务结束时无人机所在的第三位置的三维绝对坐标信息，通过第一位置、第二位置和第三位置计算出无人机完成喷洒的面积S。

本发明包括如下具体实施方式：

首先，确保无人机在卫星定点模式下，能够飞卫星定点模式说明GPS模块是正常的，GPS模块的作用是实时记录无人机当前时刻的三维绝对坐标信息。

用户根据喷洒农作物的地形规划设定Point A和Point B，无人机驾驶员控制无人机飞到Point A和Point B的位置，然后通过遥控开关发送指令，让飞行控制系统获取到point A和point B的经度、纬度和高度坐标。如果标记完成的Point A和Point B的位置不够理想，则通过遥控开关，发送指令后飞行控制系统将会清除Point A和Point B的信息，然后可行重新标记Point A和Point B。

连接point A和point B获得一条线段，将该线段投影到水平面上得到线段L，根据线段L沿其垂直方向可以生成无数与其平行的线段。将喷幅定义为两线段的间距，喷幅大小可供用户自定义，因为不同用户的无人机大小不同。合理的喷幅有助于高效的完成农作物喷洒作业，为此本发明为用户提供喷幅远程调节功能，根据遥控器的旋钮通道，对喷幅值进行微调，以便获得最佳的喷幅大小。

无人机驾驶员在完成point A和point B的标记后，通过拨通道1副翼摇杆，此时无人机从卫星定点模式进入自动喷洒模式。此时无人机的前后左右方向无需控制，飞行控制系统会依据point A和point B自动规划好飞行轨迹，无人机的初始航向可供驾驶员操控，调节到合适的航向后无人机就会锁定航向，无人机来回喷洒过程中航向保持不变。无人机的高度可通过油门杆调节，主要是防止由于外部因素，如气压计受螺旋桨气流影响导致的气压高度变化，致使无人机在不操纵油门杆的情况下出现高度变化现象，在高低不平的丘陵地带也可控制高度防止无人机离农作物太近或太远。当然，一般情况下是不需要调节油门杆的，此时无人机会保持当前的高度执行任务。自动喷洒模式下无人机的水平面移动速度可供用户自定义。

当任务还在执行的过程中，无人机装载的农药喷洒完了或者提供动力的电池电量用完了，飞行控制系统一旦检测到这种情况，立即自动切换飞行模式，无人机从自动喷洒模式切换到卫星定点模式，喷洒任务中断并记下断点位置，遥控植保无人机回来给其加上农药或者换上电量满的电池后，无人机重新起飞，飞到合理的喷洒高度后，通过拨遥控器设定好的开关，无人机将重新进入自动喷洒模式，并且飞到刚刚任务中断的位置，继续按照通过上述由point A和point B生成的轨迹继续执行任务。

喷洒任务完成时，驾驶员通过遥控开关使无人机进入卫星定点模式，此时飞行控制系统会记下任务结束时无人机所在的绝对坐标位置point C，通过point A、point B和point C则可计算出无人机所喷洒农作物的面积S。具体的计算方法是：将point A、point B和point C投影到水平面上得到point A’、point B’和point C’，过point C’做与线段L平行的直线C，分别过point A’与point B’做与直线C垂直的线段，与直线C分别相交于点D和E，连接point A’、point B’、点D和点E得到一个矩形，分别计算出矩形的长和宽即可计算出面积S，通过数据传输模块将面积S的数值显示出来。

参照图1，其描述了本发明的操作流程，具体如下：

1、一切准备就绪，起飞，操纵无人机使其飞行在卫星定点模式下，如果没有成功进入卫星定点模式，则结束，无法进入下一步操作；

2、飞到期望的实际位置，拨遥控开关，记下Point A，继续向前飞，飞到预期的位置，再次拨开关，记下Point B，此时无人机仍然在卫星定点模式下；

3、往左拨通道1杆，则无人机向左平移，进入自动喷洒模式，同理，向右拨通道1杆，则向右平移。

4、判断是否需要中断或停止任务，如果是，则结束自动喷洒模式并切换到卫星定点模式，否则继续自动喷洒模式。

参照图2，为自动喷洒模式下无人机飞行轨迹的计算结果示意图。只需计算水平面位置，高度信息通过油门杆输入的指令进行更新。根据Point A和Point B两点坐标值得到线段L，计算每一行线段的start和end点，根据通道1杆的指令，如图2所示，表示向右平移。图2中非连续线是表示中断或结束任务的情况。可以实现断点续喷功能，任务中断的点就是下次进入自动喷洒模式时开始的点，避免漏喷或重喷。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，包括如下步骤：

操纵无人机飞行并使其进入卫星定点模式；

在卫星定点模式控制无人机飞行到预定的两个位置并分别记录两个位置的三维绝对坐标信息；

连接两个位置获得一条线段，根据两个位置的坐标信息，将该线段投影到水平面上得到线段L并生成与线段L平行的多条线段；

操纵无人机进入自动喷洒模式以控制无人机沿预设的方式飞遍各条线段；

通过操纵无人机从自动喷洒模式切换到卫星定点模式以中断或停止喷洒任务，并使无人机从中断位置重新进入自动喷洒模式以继续执行任务；

喷洒任务完成时操纵无人机进入卫星定点模式并记录下任务结束位置的三维绝对坐标信息，通过预定的两个位置和任务结束位置计算出无人机完成喷洒的面积S。

2.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，所述预定的两个位置是用户根据喷洒农作物的地形规划预先设定的。

3.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，所述预定的两个位置的经度、纬度和高度坐标，是无人机驾驶员通过拨遥控开关发送指令，使飞行控制系统获取的。

4.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，如果标记完成的预定的两个位置不够理想，则通过遥控开关发送指令，飞行控制系统将清除预定的两个位置的信息，然后可行重新标记预定的两个位置。

5.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，将喷幅定义为相邻两线段的间距，喷幅的大小可供用户自定义，用户可通过遥控器的旋钮通道，对喷幅值进行远程调节。

6.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，无人机从卫星定点模式进入自动喷洒模式，是通过无人机驾驶员通过拨第一通道杆实现的。

7.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，无人机向左或向右的航向可供驾驶员操控，无人机驾驶员往左拨一通道杆，则无人机向左平移，往右拨一通道杆，则无人机向右平移，调节到合适的航向后无人机将锁定航向，无人机来回喷洒过程中航向保持不变。

8.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，在自动喷洒模式下，无人机的高度可通过油门杆调节；当不调节油门杆时，无人机将保持当前的高度执行任务。

9.根据权利要求1所述的用于植保无人机的自动喷洒方法，其特征在于，在自动喷洒模式下，无人机的水平面移动速度可供用户自定义。