CN109270948A - 一种播种农业无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种播种农业无人机，属于无人机技术领域，包括机身、两侧轴、尾轴、可拆卸挂载轴和内部控制系统，机身正前方有超声波测距模块，机身顶部有遥控天线，侧轴上有安装件，安装件上有图像采集模块，尾轴上有连接件和通讯天线，安装件和连接件上有驱动电机和旋翼，旋翼上有旋翼稳定件，机身上有散热器，可拆卸挂载轴下方有挂载件，内部控制系统包括处理器模块、编队集群遥控飞行模块、编队集群控制模块、巡航控制模块、安全监控模块、播种设备控制模块、智能充电模块和存储器。本发明控制无人机飞行，提高飞行编队效率和安全，能判断农田形状，避免产生遗漏或播出边界，散热器保证散热，挂载设备可以挂载多种装置，用途更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种播种农业无人机，属于无人机技术领域。
背景技术
中国作为农业大国，18亿亩基本农田，每年需要大量的农业植保作业，我国每年农药中毒人数有10万之众，致死率约20％。农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计，想必更是一个惊人数字。植保无人机服务农业在日本、美国等发达国家得到了快速发展。1990年，日本山叶公司率先推出世界上第一架无人机，主要用于喷洒农药。我国南方首先应用于水稻种植区的农药喷洒。无人驾驶小型直升机具有作业高度低，飘移少，可空中悬停，无需专用起降机场，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果高，远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性等诸多优点。另外，电动无人直升机喷洒技术采用喷雾喷洒方式至少可以节约50％的农药使用量，节约90％的用水量，这将很大程度的降低资源成本。电动无人机与油动的相比，整体尺寸小，重量轻，折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。
目前在国内同行申请的专利中，申请号为(201510750602.3)的发明专利，该申请在申请书中详细描述了该技术的技术特征，具有防碰撞、定距好等特点。但是这种无人机在实际使用过程中，会面临着一个很现实的问题。中国的农田，北方基本都是平整后的土地，即常说的“方块田”，但是在南方的土地，例如梯田等一系列的不规则农田很常见。按照现在的无人机来实施时，无人机识别不出农田的不规则形状，直接导致后期播种工作时，产生遗漏或者播种出边界，造成不必要的浪费，且目前的播种农业无人机中，无法使无人机提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机的效率降低，同时存在安全隐患，且在这个过程中，目前的无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行，因此，需要研究出一种播种农业无人机，以解决目前无人机飞行存在的上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种播种农业无人机，用于解决目前无人机播种时，无人机无法识别出农田的不规则形状，直接导致后期播种工作产生遗漏或者播种出边界，造成不必要的浪费的问题，解决目前无人机播种时无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机效率低的问题，同时用于解决目前无人机在播种时无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种播种农业无人机，包括机身、两侧轴、尾轴、可拆卸挂载轴和内部控制系统，所述内部控制系统设置在所述机身内，两所述侧轴对称的设置在所述机身的两侧，所述尾轴设置在所述机身的后方，所述可拆卸挂载轴设置在所述机身的下方，所述机身的正前方设有超声波测距模块，所述机身的顶部设有遥控天线，所述尾轴的末端设有通讯天线，两所述侧轴上均设有安装件，所述安装件上设有图像采集模块，所述尾轴上设有连接件，所述安装件和所述连接件上均设有驱动电机和多个固定件，所述驱动电机上设有多个旋翼，所述旋翼上设有旋翼稳定件，所述机身上设有多个散热器，所述可拆卸挂载轴的下方设有控制电机，所述控制电机的下方设有挂载件，所述内部控制系统包括处理器模块、编队集群遥控飞行模块、编队集群控制模块、巡航控制模块、安全监控模块、播种设备控制模块、智能充电模块和存储器，所述处理器模块分别与所述编队集群遥控飞行模块、所述编队集群控制模块、所述巡航控制模块、所述智能充电模块和所述存储器电连接，所述巡航控制模块分别与所述播种设备控制模块和所述安全监控模块电连接。
进一步的，所述安全监控模块与通讯天线电连接，所述通讯天线与地面控制装置通讯连接，所述安全监控模块用于判断地面控制装置与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述安全监控模块内设有气压计、指南针、温度计和高度计。
进一步的，所述编队集群控制模块分别与数据传输模块和数据通讯模块电连接，所述处理器模块分别与超声波测距模块和图像采集模块电连接；所述编队集群控制模块向无人机发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态。
进一步的，所述编队集群控制模块与所述巡航控制模块电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块传输到地面控制装置，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块传输到地面控制装置。
进一步的，所述编队集群控制模块进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
进一步的，所述巡航控制模块用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地；所述巡航控制模块包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度。
进一步的，所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
进一步的，所述处理器模块还与散热器电连接，所述处理器模块用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态，所述散热器用于为飞行控制系统提供散热。
进一步的，所述机身为四角形机身，所述智能充电模块设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器也设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器用于存储无人机指令和飞行控制系统数据，还用于存储无人机的位置、速度和姿态。
进一步的，所述编队集群遥控飞行模块与信号编码模块电连接，所述信号编码模块与遥控天线电连接，所述遥控天线与地面控制装置通讯连接，所述编队集群遥控飞行模块向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行，所述遥控天线用于与地面控制装置的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
本发明的有益技术效果：按照本发明的播种农业无人机，本发明提供的播种农业无人机，解决了目前无人机播种时，无人机无法识别出农田的不规则形状，直接导致后期播种工作产生遗漏或者播种出边界，造成不必要的浪费的问题，解决了目前无人机播种时无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机效率低的问题，同时解决了目前无人机在播种时无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题；通过获取无人机的当前位置和飞行姿态，并根据该当前位置和飞行姿态确定该无人机的飞行区域，按照该区域对应的飞行控制策略，控制无人机飞行，提高飞行效率和飞行安全，提高无人机编队飞行安全，通过超声波测距模块和图像采集模块能够实现无人机测距和图像采集，判断农田形状，使播种工作不会产生遗漏或者播种出边界，设置散热器能够对无人机进行有效散热，保证无人机的运行安全，通过安全监控模块能够实现对无人机进行故障监控，保证故障无人机及时返航，通过设置可拆卸挂载设备，挂载设备可以挂载播种机或喷洒装置等其他装置，使用途更加广泛。
附图说明
图1为按照本发明的播种农业无人机的一优选实施例的立体示意图；
图2为按照本发明的播种农业无人机的一优选实施例的内部系统结构示意图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例。
图中：1-处理器模块，2-编队集群遥控飞行模块，3-编队集群控制模块，4-巡航控制模块，6-安全监控模块，7-通讯天线，8-数据传输模块，9-数据通讯模块，11-超声波测距模块，12-图像采集模块，13-播种设备控制模块，14-智能充电模块，15-存储器，17-散热器，18-信号编码模块，19-遥控天线，20-机身，21-侧轴，22-尾轴，23-安装件，24-连接件，25-驱动电机，26-旋翼稳定件，27-旋翼，28-固定件，29-可拆卸挂载轴，30-控制电机，31-挂载件。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种播种农业无人机，包括机身20、两侧轴21、尾轴22、可拆卸挂载轴29和内部控制系统，所述内部控制系统设置在所述机身20内，两所述侧轴21对称的设置在所述机身20的两侧，所述尾轴22设置在所述机身20的后方，所述可拆卸挂载轴29设置在所述机身20的下方，所述机身20的正前方设有超声波测距模块11，所述机身20的顶部设有遥控天线19，所述尾轴22的末端设有通讯天线7，两所述侧轴21上均设有安装件23，所述安装件23上设有图像采集模块12，所述尾轴22上设有连接件24，所述安装件23和所述连接件24上均设有驱动电机25和多个固定件28，所述驱动电机25上设有多个旋翼27，所述旋翼27上设有旋翼稳定件26，所述机身20上设有多个散热器17，所述可拆卸挂载轴29的下方设有控制电机30，所述控制电机30的下方设有挂载件31，所述内部控制系统包括处理器模块1、编队集群遥控飞行模块2、编队集群控制模块3、巡航控制模块4、安全监控模块6、播种设备控制模块13、智能充电模块14和存储器15，所述处理器模块1分别与所述编队集群遥控飞行模块2、所述编队集群控制模块3、所述巡航控制模块4、所述智能充电模块14和所述存储器15电连接，所述巡航控制模块4分别与所述播种设备控制模块13和所述安全监控模块6电连接。
进一步的，在本实施例中，如图1和图2所示，所述安全监控模块6与通讯天线7电连接，所述通讯天线7与地面控制装置通讯连接，所述安全监控模块6用于判断地面控制装置与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述安全监控模块6内设有气压计、指南针、温度计和高度计，所述编队集群控制模块3分别与数据传输模块8和数据通讯模块9电连接，所述处理器模块1分别与超声波测距模块11和图像采集模块12电连接；所述编队集群控制模块3向无人机发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态。
进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述编队集群控制模块3与所述巡航控制模块4电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块8传输到地面控制装置，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块9传输到地面控制装置，所述编队集群控制模块3进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
进一步的，在本实施例中，所述巡航控制模块4用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块4还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地；所述巡航控制模块4包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度，所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述处理器模块1还与散热器17电连接，所述处理器模块1用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态，所述散热器17用于为飞行控制系统提供散热，所述机身20为四角形机身，所述智能充电模块14设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器15也设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器15用于存储无人机指令和飞行控制系统数据，还用于存储无人机的位置、速度和姿态。
进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述编队集群遥控飞行模块2与信号编码模块18电连接，所述信号编码模块18与遥控天线19电连接，所述遥控天线19与地面控制装置通讯连接，所述编队集群遥控飞行模块2向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行，所述遥控天线19用于与地面控制装置的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的播种农业无人机，本实施例提供的播种农业无人机，解决了目前无人机播种时，无人机无法识别出农田的不规则形状，直接导致后期播种工作产生遗漏或者播种出边界，造成不必要的浪费的问题，解决了目前无人机播种时无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机效率低的问题，同时解决了目前无人机在播种时无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题；通过获取无人机的当前位置和飞行姿态，并根据该当前位置和飞行姿态确定该无人机的飞行区域，按照该区域对应的飞行控制策略，控制无人机飞行，提高飞行效率和飞行安全，提高无人机编队飞行安全，通过超声波测距模块和图像采集模块能够实现无人机测距和图像采集，判断农田形状，使播种工作不会产生遗漏或者播种出边界，设置散热器能够对无人机进行有效散热，保证无人机的运行安全，通过安全监控模块能够实现对无人机进行故障监控，保证故障无人机及时返航，通过设置可拆卸挂载设备，挂载设备可以挂载播种机或喷洒装置等其他装置，使用途更加广泛。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种播种农业无人机，其特征在于：包括机身(20)、两侧轴(21)、尾轴(22)、可拆卸挂载轴(29)和内部控制系统，所述内部控制系统设置在所述机身(20)内，两所述侧轴(21)对称的设置在所述机身(20)的两侧，所述尾轴(22)设置在所述机身(20)的后方，所述可拆卸挂载轴(29)设置在所述机身(20)的下方，所述机身(20)的正前方设有超声波测距模块(11)，所述机身(20)的顶部设有遥控天线(19)，所述尾轴(22)的末端设有通讯天线(7)，两所述侧轴(21)上均设有安装件(23)，所述安装件(23)上设有图像采集模块(12)，所述尾轴(22)上设有连接件(24)，所述安装件(23)和所述连接件(24)上均设有驱动电机(25)和多个固定件(28)，所述驱动电机(25)上设有多个旋翼(27)，所述旋翼(27)上设有旋翼稳定件(26)，所述机身(20)上设有多个散热器(17)，所述可拆卸挂载轴(29)的下方设有控制电机(30)，所述控制电机(30)的下方设有挂载件(31)，所述内部控制系统包括处理器模块(1)、编队集群遥控飞行模块(2)、编队集群控制模块(3)、巡航控制模块(4)、安全监控模块(6)、播种设备控制模块(13)、智能充电模块(14)和存储器(15)，所述处理器模块(1)分别与所述编队集群遥控飞行模块(2)、所述编队集群控制模块(3)、所述巡航控制模块(4)、所述智能充电模块(14)和所述存储器(15)电连接，所述巡航控制模块(4)分别与所述播种设备控制模块(13)和所述安全监控模块(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述安全监控模块(6)与通讯天线(7)电连接，所述通讯天线(7)与地面控制装置通讯连接，所述安全监控模块(6)用于判断地面控制装置与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述安全监控模块(6)内设有气压计、指南针、温度计和高度计。
3.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述编队集群控制模块(3)分别与数据传输模块(8)和数据通讯模块(9)电连接，所述处理器模块(1)分别与超声波测距模块(11)和图像采集模块(12)电连接；所述编队集群控制模块(3)向无人机发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态。
4.根据权利要求3所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述编队集群控制模块(3)与所述巡航控制模块(4)电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块(8)传输到地面控制装置，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块(9)传输到地面控制装置。
5.根据权利要求4所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述编队集群控制模块(3)进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
6.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述巡航控制模块(4)用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块(4)还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地；所述巡航控制模块(4)包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度。
7.根据权利要求6所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
8.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述处理器模块(1)还与散热器(17)电连接，所述处理器模块(1)用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态，所述散热器(17)用于为飞行控制系统提供散热。
9.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述机身(20)为四角形机身，所述智能充电模块(14)设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器(15)也设置在所述四角形机身的四个角上，所述存储器(15)用于存储无人机指令和飞行控制系统数据，还用于存储无人机的位置、速度和姿态。
10.根据权利要求1所述的一种播种农业无人机，其特征在于：所述编队集群遥控飞行模块(2)与信号编码模块(18)电连接，所述信号编码模块(18)与遥控天线(19)电连接，所述遥控天线(19)与地面控制装置通讯连接，所述编队集群遥控飞行模块(2)向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行，所述遥控天线(19)用于与地面控制装置的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190125 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |