CN109240337A - 一种无人机植保作业方法及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种无人机植保作业方法及无人机。该无人机植保作业方法包括：根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线；按照所获取的植保作业航线进行喷洒；在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。本发明实施例可以保证喷洒均匀性，优化喷洒效果，提高农药利用率。

Description

一种无人机植保作业方法及无人机

技术领域

本发明实施例涉及植保无人机技术，尤其涉及一种无人机植保作业方法及无人机。

背景技术

随着植保无人机技术的发展，越来越多的用户开始采用无人机进行植保作业，尤其是利用无人机进行农药喷洒，具有对农作物损害小，农药利用率高，降低劳动强度等优点。

现有植保无人机在植保作业的过程中，通常人为控制农药喷洒量，不仅造成了农药浪费，而且无法保证农药喷洒的均匀性，进而影响了植保作业效果。

发明内容

本发明实施例提供一种无人机植保作业方法及无人机，解决现有植保无人机人为控制农药喷洒量造成农药浪费，无法保证农药喷洒的均匀性，影响植保作业效果的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机植保作业方法，所述植保作业方法包括如下步骤：

根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线；

按照所获取的植保作业航线进行喷洒；

在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。

进一步地，所述根据作业区域进行航线规划并获取植保作业航线，包括：

根据作业区域设定飞行起点和初始换行点，并获取平行于所述飞行起点和所述初始换行点所在直线的至少一条预设航线段以及相邻预设航线段间的换行航线，其中，每一条预设航线段的首尾两端各有一换行点。

进一步地，所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒包括：

(1)按照所述预设航线段以及换行航线飞行；

(2)接收到更新换行点的命令后，沿着当前预设航线段和方向飞行至更新换行点；

(3)对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线；

(4)按照所述更新飞行航线继续喷洒作业；

循环步骤(2)、(3)和(4)。

进一步地，在接收到更新换行点的命令之后，还包括：

降低飞行速度直至在所述更新换行点处飞行速度为零。

进一步地，所述对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线包括：

记录当前更新换行点所在位置并获取当前预设航线段上的另一端换行点的位置；

基于所述当前更新换行点和所述另一端换行点所在直线获取平行于该直线的至少一条更新航线段以及相邻更新航线段间的更新换行航线。

进一步地，所述在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量，包括：

根据公式根据无人机的速度，控制调整喷洒速度以保证每亩喷洒量不变，其中，V₁为喷洒速度，L为喷幅，V₂为飞行速度，k₁为单位换算系数。

进一步地，所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒，包括：

获取预设计量单位的喷洒量；

根据相邻计量单位中的上一计量单位的实际喷洒量和预设计量单位的喷洒量，确定相邻计量单位中的下一计量单位的喷洒系数；

根据所述喷洒系数确定所述下一计量单位的实际喷洒量，按照所述下一计量单位的实际喷洒量执行所述下一计量单位的喷洒任务。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机，执行本发明任意实施例提供的任一项所述的无人机植保作业方法，包括：

偶数个机臂且至少四个，所述偶数个机臂至少分为两组，其中，每两个机臂为一组，每组机臂中的两个机臂相对机体中心线对称设置，每组机臂上设置有喷头，所述无人机还包括至少两个水泵，用于控制每组机臂上的喷头。

进一步地，所述偶数个机臂为四个机臂且分为前后侧两组；所述至少两个水泵为两个水泵，所述两个水泵包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵用于控制前侧组机臂中的两个机臂上的喷头；所述第二水泵用于控制后侧组机臂中的两个机臂上的喷头，其中，所述前侧组机臂位于无人机飞行方向的前侧，所述后侧组机臂位于无人机飞行方向的后侧。

进一步地，所述无人机按照预设飞行航线飞行，其中，所述飞行包括加速飞行、匀速飞行和减速飞行；

在加速飞行时，关闭前侧组机臂上的喷头，启动后侧组机臂上的喷头；

在匀速飞行时，启动四个机臂上的喷头；

在减速飞行时，启动前侧组机臂上的喷头，关闭后侧组机臂上的喷头。

本发明实施例根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线；按照所获取的植保作业航线进行喷洒；在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。本发明实施例根据无人机的飞行速度实时调整喷洒量，保证喷洒均匀性，优化喷洒效果，提高农药利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例一提供的一种无人机植保作业方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的凸形不规则地形中无人机飞行航线图；

图3是本发明实施例一提供的凹形不规则地形中无人机飞行航线图；

图4是本发明实施例二提供的一种无人机植保作业方法的流程示意图；

图5是本发明实施例三提供的一种无人机的结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的AB点作业模式飞行航线示意图；

图7是本发明实施例三提供的无人机飞行速度与喷洒速度间的关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例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。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种无人机植保作业方法的流程示意图。本实施例的技术方案可以适用于无人机进行植保作业的情况。该方法可以由本发明实施例提供的一种无人机来执行。该方法包括如下步骤：

S110、根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线。

作业区域可以是任意形状的农田区域，可以选择农田区域的边界中任意一条边作为飞行初始航线。具体地，所述根据作业区域进行航线规划并获取植保作业航线，包括：根据作业区域设定飞行起点和初始换行点，并获取平行于所述飞行起点和所述初始换行点所在直线的至少一条预设航线段以及相邻预设航线段间的换行航线，其中，每一条预设航线段的首尾两端各有一换行点。

飞行起点和初始换行点可以位于农田区域的任意边界，飞行起点可以是边界的一端端点，相应地，初始换行点可以是边界的另一端的端点。预设航线段平行于飞行起点和初始换行点所在直线，预设航线段的长度可以按照飞行起点和初始换行点之间的长度设置，相邻预设航线段间的换行航线的长度可以根据无人机的喷幅设置，例如可以设定换行航线的长度为无人机的喷幅，换行航线的两端分别为相邻预设航线段的换行点。

进一步地，所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒包括：

(1)按照所述预设航线段以及换行航线飞行；

(2)接收到更新换行点的命令后，沿着当前预设航线段和方向飞行至更新换行点；

(3)对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线；

(4)按照所述更新飞行航线继续喷洒作业；

循环步骤(2)、(3)和(4)。

预设航线段是等距离的航线段仅适用于规则的农田区域，如正方形农田区域或长方形农田区域，无法满足农田区域为不规则形状的喷洒任务。因此，需要实时更新换行点。更新换行点的命令可以是地勤人员沿着预设航线段进行实时勘测，在采集到实际换行点与预设航线段中的预设换行点不一致时，生成更新换行点的命令，将实际换行点的位置作为更新换行点的位置，通过遥控器将更新换行点的命令发送给无人机，无人机的操作者操控无人机沿当前预设航线段和方向飞行至更新换行点。基于更新换行点更新飞行航线，无人机按照更新飞行航线飞行，执行喷洒作业。由于农田区域的不规则性，步骤(2)、(3)和(4)可以循环执行。

进一步地，所述对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线包括：

记录当前更新换行点所在位置并获取当前预设航线段上的另一端换行点的位置；

基于所述当前更新换行点和所述另一端换行点所在直线获取平行于该直线的至少一条更新航线段以及相邻更新航线段间的更新换行航线。基于更新换行航线进行喷洒可以适用于不规则地形的喷洒，避免重喷或者漏喷现象，保证植保作业效果。

示例性地，图2为凸形不规则地形中无人机飞行航线图。按照作业区域设定飞行起点A和预设换行点B，当无人机由A’点向C’点飞行时，由于前方地形发生变化，具有未喷洒区域，需要重新更新换行点为B’。当无人机飞行至B’，按照换行航线D换行至b，由b点按照预设飞行航线飞行至预设换行点a，在接收到需要更新换行点为d的消息后，飞行至更新换行点d。可选地，在接收到更新换行点的命令之后，还包括：降低飞行速度直至在所述更新换行点处飞行速度为零。示例性地，地勤人员通知植保无人机操作者在C’点退出AB点模式(通过操控遥控器，例如八通道来退出AB点模式)，退出AB点模式后，飞行速度在当前飞行速度下降低，例如可以减半，后继续前飞，当快到达B’点时无人机刹车，使得到达B’点时的飞行速度为零，达到B’点时，拨动遥控器对应通道开关记录新的换行点B’，更新B’点完成，切换遥控器上的通道开关，进入A B’点作业模式；向左/右拨动横滚杆一次并立即回中，飞行器向左/右飞行一个作业间隔后按照以A、B’点为基础确定的既定航线植保作业。

示例性地，图3为凹形不规则地形中无人机飞行航线图。按照作业区域设定飞行起点A和预设换行点B，当无人机即将换行至A’点时，接收到更新换行点为a点的命令，因此，飞行至a点开始喷洒任务，在即将飞往B’的过程中，接收到更新换行点为b点的命令，因此飞行至b点，完成对预设航线段的更新，由AB更新为ab。

S120、按照所获取的植保作业航线进行喷洒。

无人机按照植保作业航线进行喷洒，植保作业航线实时更新，可以保证喷洒与地形相适应，提高喷洒准确度。

S130、在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。

具体地，所述在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量，包括：

根据公式根据无人机的速度，控制调整喷洒速度以保证每亩喷洒量不变，其中，V₁为喷洒速度，L为喷幅，V₂为飞行速度，k₁为单位换算系数。其中，k₁为由平方米换算成亩的换算系数。喷洒速度可以通过安装于水泵出口的流量传感器获得。植保无人机在飞行过程中，难以保证稳定的飞行速度，因此，为了保证亩喷洒量，需要根据飞行速度实时调节喷洒速度。具体地，提前设定无人机目标亩喷洒量，无人机上传感装置会实时检测无人机飞行速度，流量传感器检测通过水泵的流量，无人机飞行速度以及流量传感器所检测的水泵流量会传送给无人机飞行控制器，当无人机飞行控制器所获得的无人机飞行速度发生变化时，为了保持亩喷洒量不变，需要调节喷洒速度，喷洒速度由水泵的出药量决定，而水泵的出药量与水泵电机的转速有关，通过调节水泵电机的转速可以实现调节水泵出水量的目的，进而达到保持亩喷洒量不变的效果，保证喷洒的均匀性。

本发明实施例根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线；按照所获取的植保作业航线进行喷洒；在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。本发明实施例根据无人机的飞行速度实时调整喷洒量，保证喷洒均匀性，优化喷洒效果，提高农药利用率。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的一种无人机植保作业方法的流程示意图。本发明实施例在上述实施例的基础上，进一步对所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒进行了优化，相应地，该方法包括：

S210、根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线。

S220、获取预设计量单位的喷洒量。

S230、根据相邻计量单位中的上一计量单位的实际喷洒量和预设计量单位的喷洒量，确定相邻计量单位中的下一计量单位的喷洒系数。

S240、根据所述喷洒系数确定所述下一计量单位的实际喷洒量，按照所述下一计量单位的实际喷洒量执行所述下一计量单位的喷洒任务。

其中，所述预设计量单位为每行，相应地，所述获取预设计量单位的喷洒量，包括：预设作业地块的总喷洒量，根据所述总喷洒量和航行路线数量，确定每行航行路线的预设行喷洒量。若总喷洒量为Q，航行路线数量为N，则确定预设行喷洒量为Q₀＝Q/N。植保作业过程中，流量传感器会检测第一行无人机所喷洒药量，例如为Q₁，无人机飞行控制器根据Q₀和Q₁获得第二行喷洒系数F₁，第二行喷洒系数为Q₀/Q₁，进而调整第二行的亩喷洒量。具体调整方式为：提前设定作业地块的亩喷洒量，无人机飞行过程中，根据飞行速度实时调整喷洒速度，从而使得亩喷洒量保持不变，第一行喷洒后通过流量传感器检测出该行喷洒量与实际喷洒量不符，说明受到外界因素的干扰，为了避免后面作业区域受到同样因素影响到使得喷洒量变化，进而影响植保作业效果，需要根据第一行喷洒状态进行调整。因此，在获取第二行喷洒系数后，飞行控制器会自动根据该喷洒系数调整对应行的亩喷洒量，具体为第二行喷洒时，随着飞行速度变化实时改变喷洒速度以保证该行喷洒量。

可知地，预设计量单位为亩时，各亩喷洒量调整方式同上，此处不再赘述。

针对不规则地形，当地形发生变化，AB点更新，地形变化处对应的每行亩喷洒量也要发生变化，因此，喷洒系数也要相应发生变化。

S250、在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。

本发明实施例通过相邻计量单位中上一计量单位的实际喷洒量调节下一计量单位的喷洒系数，按照下一计量单位的喷洒系数确定下一计量单位的实际喷洒量，按照下一计量单位的实际喷洒量执行喷洒任务，可以保证整个地块的亩喷洒量保持不变，避免多喷或少喷现象。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的一种无人机的结构示意图。本实施例的技术方案用于执行上述任意实施例提供的无人机植保作业方法。该无人机包括偶数个机臂10且至少四个，所述偶数个机臂10至少分为两组，其中，每两个机臂10为一组，每组机臂10中的两个机臂10相对机体中心线对称设置，每组机臂10上设置有喷头20，所述无人机还包括至少两个水泵30，用于控制每组机臂10上的喷头。

示例性地，无人机的机臂可以是四个、六个或八个。以无人机的机臂为四个为例，所述偶数个机臂为四个机臂且分为前后侧两组；所述至少两个水泵为两个水泵，所述两个水泵包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵用于控制前侧组机臂中的两个机臂上的喷头；所述第二水泵用于控制后侧组机臂中的两个机臂上的喷头，其中，所述前侧组机臂位于无人机飞行方向的前侧，所述后侧组机臂位于无人机飞行方向的后侧。示例性地，喷头设置在机臂端底部。可选地，第一水泵和第二水泵数量分别为一个，即无人机为双极泵喷洒系统，每个机臂上设置有一个喷头或多个喷头。以每个机臂上设置有一个喷头为例，第一水泵用于控制前侧组机臂上的两个喷头，第二水泵用于控制后侧组机臂上的两个喷头。可选地，第一水泵和第二水泵的数量为至少两个，即无人机为多级泵喷洒系统，每个机臂上设置有至少两个喷头，两个第一水泵控制前侧组机臂上设置的喷头，两个第二水泵控制另外后侧组机臂上设置的喷头，水泵的数量对应多级泵喷洒系统的级数，级数越多喷洒更加精确。

示例性地，无人机的机臂为六个，所述至少两个水泵为三个水泵，包括第一水泵、第二水泵和第三水泵。所述第一水泵用于控制前侧组机臂中的两个机臂上的喷头；所述第二水泵用于控制中侧组机臂中的两个机臂上的喷头，所述第三水泵用于控制后侧组机臂中的两个机臂上的喷头，其中，所述前侧组机臂位于无人机飞行方向的前侧，所述后侧组机臂位于无人机飞行方向的后侧，所述中侧组机臂位于前侧组机臂和后侧组机臂的中间位置。

进一步地，以机臂为四个为例，所述无人机按照预设飞行航线飞行，其中，所述飞行包括加速飞行、匀速飞行和减速飞行；

在加速飞行时，关闭前侧组机臂上的喷头，启动后侧组机臂上的喷头；

在匀速飞行时，启动四个机臂上的喷头；

在减速飞行时，启动前侧组机臂上的喷头，关闭后侧组机臂上的喷头。

示例性地，预设飞行航线可以是AB点作业模式中的飞行航线。无人机在执行喷洒任务时采用AB点作业的模式，图6为AB点作业模式飞行航线示意图，AB点作业模式原理如下：根据农田作业区域设定无人机喷洒农药的飞行起点A和起始换行点B，并设定平行于飞行起点A和起始换行点B所在直线的N条飞行航线C，且任意相邻两个飞行航线C之间均设有换行航线D，飞行起点A至起始换行点B、N条飞行航线C及换行航线D形成飞行路线D，N为大于0的整数。无人机由A到B飞行过程中，经历加速、匀速和减速的过程，当无人机逐渐加速的过程中，无人机飞行速度由最低速逐渐提高，在该过程中，无人机飞行速度较低，此时无人机控制前侧组机臂上的两个喷头关闭，只采用后侧组机臂上的两个喷头喷洒，此时，喷洒速度为两个喷头的启喷量，可以避免喷洒量过大。

图7为无人机飞行速度与喷洒速度间的关系图，其中，线条1代表标准状态下两者间的关系，线条2代表单级水泵控制下无人机飞行速度与喷洒速度间的关系图，即，一个水泵控制四个喷头同时开时，各喷头以启喷量喷洒时的喷洒速度。线条3代表多级水泵控制下无人机飞行速度与喷洒速度间的关系图，即，两个水泵控制四个喷头，一个水泵控制两个喷头，无人机飞行速度很低时，关闭其中一个水泵，只剩下一个水泵控制两个喷头，该线条3代表一个水泵控制两个喷头喷洒时，无人机飞行速度与喷洒速度间的关系。由图可知，阴影面积s处代表采用双级水泵喷洒比单级水泵喷洒，可减小多喷的农药量。在加速过程中，当无人机飞行速度达到一定值且目标喷洒速度大于两个喷头的启喷量时，则控制水泵电机转速，使得水泵的出药量达到目标喷洒速度。双级泵喷洒系统能够尽可能地减少某区域多喷现象。当无人机处于减速过程时，无人机通过控制后侧水泵关闭，控制后面的两个喷头关闭，只有前面两个喷头工作，通过双级泵喷洒系统，能够减少喷洒量误差，使得喷洒更加精确。

本发明实施例提供的无人机包括偶数个机臂且至少四个，偶数个机臂至少分为两组，每两个机臂为一组，每组机臂中的两个机臂相对机体中心线对称设置，每组机臂上设置有喷头，无人机还包括至少两个水泵，用于控制每组机臂上的喷头，两个水泵单独工作，两个水泵可以均工作，也可以只有一个水泵工作，在只有一个水泵工作的情况下，对应喷洒量为一个水泵控制的喷头的喷洒量，相比于由一个水泵控制开启所有喷头，可以实现更低的喷洒量，满足更宽范围的喷洒量的需求，保证不同喷洒任务的正常进行，提高喷洒适应性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围，上述任意实施例之间可以互相组合。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种无人机植保作业方法，其特征在于，所述植保作业方法包括如下步骤：

根据作业区域进行飞行航线规划并获取植保作业航线；

按照所获取的植保作业航线进行喷洒；

在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量。

2.根据权利要求1方法，其特征在于，所述根据作业区域进行航线规划并获取植保作业航线，包括：

根据作业区域设定飞行起点和初始换行点，并获取平行于所述飞行起点和所述初始换行点所在直线的至少一条预设航线段以及相邻预设航线段间的换行航线，其中，每一条预设航线段的首尾两端各有一换行点。

3.根据权利要求2方法，其特征在于，所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒包括：

(1)按照所述预设航线段以及换行航线飞行；

(2)接收到更新换行点的命令后，沿着当前预设航线段和方向飞行至更新换行点；

(3)对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线；

(4)按照所述更新飞行航线继续喷洒作业；

循环步骤(2)、(3)和(4)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在接收到更新换行点的命令之后，还包括：

降低飞行速度直至在所述更新换行点处飞行速度为零。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对换行点进行更新且基于所述更新换行点更新飞行航线包括：

记录当前更新换行点所在位置并获取当前预设航线段上的另一端换行点的位置；

基于所述当前更新换行点和所述另一端换行点所在直线获取平行于该直线的至少一条更新航线段以及相邻更新航线段间的更新换行航线。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在喷洒过程中实时获取飞行速度，并根据飞行速度调整喷洒量，包括：

根据公式根据无人机的速度，控制调整喷洒速度以保证每亩喷洒量不变，其中，V₁为喷洒速度，L为喷幅，V₂为飞行速度，k₁为单位换算系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照所获取的植保作业航线进行喷洒，包括：

获取预设计量单位的喷洒量；

根据相邻计量单位中的上一计量单位的实际喷洒量和预设计量单位的喷洒量，确定相邻计量单位中的下一计量单位的喷洒系数；

根据所述喷洒系数确定所述下一计量单位的实际喷洒量，按照所述下一计量单位的实际喷洒量执行所述下一计量单位的喷洒任务。

8.一种无人机，其特征在于，执行权利要求1-7任一项所述的方法，包括偶数个机臂且至少四个，所述偶数个机臂至少分为两组，其中，每两个机臂为一组，每组机臂中的两个机臂相对机体中心线对称设置，每组机臂上设置有喷头，所述无人机还包括至少两个水泵，用于控制每组机臂上的喷头。

9.根据权利要8所述的无人机，其特征在于，所述偶数个机臂为四个机臂且分为前后侧两组；所述至少两个水泵为两个水泵，所述两个水泵包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵用于控制前侧组机臂中的两个机臂上的喷头；所述第二水泵用于控制后侧组机臂中的两个机臂上的喷头，其中，所述前侧组机臂位于无人机飞行方向的前侧，所述后侧组机臂位于无人机飞行方向的后侧。

10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述无人机按照预设飞行航线飞行，其中，所述飞行包括加速飞行、匀速飞行和减速飞行；

在加速飞行时，关闭前侧组机臂上的喷头，启动后侧组机臂上的喷头；

在匀速飞行时，启动四个机臂上的喷头；

在减速飞行时，启动前侧组机臂上的喷头，关闭后侧组机臂上的喷头。