CN109850150A - 一种系留无人机系统及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种系留无人机系统及其作业方法，涉及系留无人机技术领域。该系留无人机系统包括至少一架飞行器，至少一条线缆以及至少一台地面装置，飞行器通过线缆与地面装置连接，飞行器上设置有喷洒装置，地面装置用于控制飞行器的飞行方向以及通过线缆为喷洒装置提供喷洒物。本发明提供的系留无人机系统及其作业方法具有简化了无人机的构造，有效降低了坠机损失，实现了高效、安全作业的优点。

Description

一种系留无人机系统及其作业方法

技术领域

本发明涉及系留无人机技术领域，具体而言，涉及一种系留无人机系统及其作业方法。

背景技术

现有农业植保无人机，通常采用自身携带的电池或燃油作为动力来源，在作业过程中，当电量或油量接近耗尽时，需要降落并更换电池或者加注燃油后才能继续作业。另外，由于飞机自带药箱，当药液耗尽时，同样需要降落并补充，方能继续作业。频繁的起降大大降低了作业的效率，据统计，农用植保无人机单日的实际作业时间(喷洒时间)只占日作业时间的30％左右，另有大部分的时间(约70％)浪费在了电池更换、药液/燃油补给、起降、准备以及转场等事项上。并且在某些对人体有危害的作业任务下(如：药液为有毒农药时)，作业人员存在一定的安全风险，无法真正实现高效、安全的作业。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种系留无人机系统，以解决现有技术中无人机作业无法真正实现高效、安全的作业的问题。

本发明的另一目的在于提供一种系留无人机作业方法，以解决现有技术中无人机作业无法真正实现高效、安全的作业的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提出一种系留无人机系统，所述系留无人机系统包括至少一架飞行器，至少一条线缆以及至少一台地面装置，所述飞行器通过所述线缆与所述地面装置连接，所述飞行器上设置有喷洒装置，所述地面装置用于控制所述飞行器的飞行方向以及通过所述线缆为所述喷洒装置提供喷洒物。

另一方面，本发明实施例还提出一种系留无人机作业方法，应用于系留无人机系统，所述系留无人机作业方法包括：

接收一作业指令；

依据所述作业指令控制所述飞行器的作业方向；

在所述飞行器的飞行过程中，向所述飞行器的喷洒装置提供喷洒物，以控制所述飞行器进行喷洒作业。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种系留无人机系统及其作业方法，该系留无人机系统包括至少一架飞行器，至少一条线缆以及至少一台地面装置，飞行器通过线缆与地面装置连接，飞行器上设置有喷洒装置，地面装置用于控制飞行器的飞行方向以及通过线缆为喷洒装置提供喷洒物。由于本发明采用一整套的装置、集成化的缆线形式，实现了系留无人机在农业植保领域的应用，并且由于取消了机载电池、油箱、药箱、水泵等装置，从而简化了无人机的构造，有效降低了坠机损失，实现了高效、安全的作业。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明提供的第一种系留无人机系统。

图2示出了本发明提供的线缆的截面示意图。

图3示出了本发明提供的第二种系留无人机系统。

图4示出了本发明提供的第三种系留无人机系统。

图5示出了本发明提供的第四种系留无人机系统。

图6示出了本发明提供的第五种系留无人机系统。

图7示出了本发明提供的系留无人机系统的应用场景示意图。

图8示出了本发明提供的系留无人机作业方法的流程图。

图标：100-系留无人机系统；110-飞行器；120-线缆；121-信号线；122-供电线；123-供水管；130-地面装置；140-升降装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参阅图1，本发明实施例提供了一种系留无人机系统100，该系留无人机系统100包括至少一架飞行器110，至少一条线缆120以及至少一台地面装置130，其中，飞行器110通过线缆120与地面装置130连接，飞行器110上设置有喷洒装置，地面装置130用于控制飞行器110的飞行方向以及通过线缆120为喷洒装置提供喷洒物。

目前，随着科技的不断发展，农业工作的方式也越来越智能化，其中，将无人机运用于农业能够极大的减少用户的工作量。例如，利用无人机对作物进行浇灌或施肥、喷洒农药等操作。目前普遍采用的方式为将在无人机上携带水箱，当需要进行作业时，无人机携带水箱飞行并进行喷洒。然而，当在水箱内的水或药物、肥料等原料喷洒完时，或在无人机的电量或油量接近耗尽时，无人机均需要降落补充才能继续作业，频繁的起降大大降低了作业的效率。同时，当水箱内存在有毒农药时，还可能对作业人员存在一定的安全风险，无法真正实现高效、安全的作业。

有鉴于此，本实施例提供了一种系留无人机系统100进行作业，该系留无人机系统100利用线缆120将飞行器110与地面装置130进行连接，从而是操作人员能够通过控制地面装置130的方式，控制飞行器110的飞行及喷洒药物等操作，并且在飞行器110上取消了机载电池、油箱、药箱以及水泵等装置，简化了飞行器110的硬件结构，有效降低了坠机损失。

具体地，在本实施例中，飞行器110为无人机或其它可被操控的飞行装置，其能够实现飞行的同时将药物进行喷洒，以实现对地面植被的养护。其中，地面装置130包括水泵与绞车系统。请参阅图2，线缆120包括供水管123、供电线122以及信号线121，供水管123分别与水泵、喷洒装置连接，供水管123、供电线122以及信号线121均与绞车系统绑定，绞车系统用于依据飞行器110的飞行范围对线缆120进行收放操作，水泵用于通过供水管123向喷洒装置提供喷洒物。其中，本实施例所述的喷洒物可为水、肥料或者药物等。

用户通过控制地面装置130，能够控制飞行器110的飞行高度以及横向位置，同时绞车系统对线缆120进行收放，以使线缆120与飞行器110的当前位置匹配，优选地，在飞行器110的飞行过程中，线缆120成直线状态。同时，用户能够操作地面装置130内的水泵将喷洒物通过供水管123传输至喷洒装置，进而进行喷洒操作。并且，地面装置130通过通信线与飞行器110之间实现通信连接，进而进行数据交互。同时地面装置130通过供电线122为飞行器110供电，以使飞行器110正常飞行。通过上述设置方式，使得在飞行器110上取消了机载电池、油箱、药箱以及水泵等装置，能够使飞行器110更加稳定的进行飞行。

综上，本实施例提供的系留无人机系统100的工作原理为：电源来自电池、发电机供电或者外部电源供电，发电机或外部电源经系统变压器进行电压处理后，分配给绞车系统、水泵和遥控器。绞车系统实现系留无人机的线缆120收放；水泵实现将容器内的工质输送至无人机上的喷洒装置；遥控器实现系留无人机的起降、飞行和作业的控制。绞车系统线缆120的收放与无人机的飞行距离匹配，以避免线缆120受到过大张力影响无人机的作业飞行以及对线缆120的损伤。其中，用户利用遥控器对系统进行操控，能够保证用户处于飞行器110的喷洒范围外，确保了用户的安全与健康。

请参阅图1与图3，作为本实施例的第一种实现方式，该系留无人机系统100包括一架飞行器110、一台地面装置130以及一条或多条线缆120，飞行器110通过一条或多条线缆120与地面装置130连接。此时，通过地面装置130能够对单一的飞行器110进行控制，同时当线缆120的数量为多条时，每条线缆120可相同也可不同，例如，当线缆120的数量为3条时，每条线缆120均包括供水管123、供电线122以及信号线121，或其中第一条线缆120仅包括供水管123，第二条线缆120仅包括供电线122，第三条线缆120仅包括信号线121，本实施例对此并不做任何限定。

请参阅图4，作为本实施例的第二种实现方式，该系留无人机系统100包括一架飞行器110、一条线缆120以及多台地面装置130，飞行器110与每个地面装置130均通过一条线缆120连接。同时，多个地面装置130之间通信连接，实现数据的交互，进而能够使用户通过任意一个地面装置130达到控制飞行器110的效果，控制更加方便。

请参阅图5，作为本实施例的第三种实现方式，该系留无人机系统100包括多架飞行器110、一条线缆120以及一台地面装置130，每个飞行器110与地面装置130均通过一条线缆120连接。其中，本实现方式中所述的一条线缆120，指将供水管123、供电线122以及信号线121集成于一条线缆120上，进而使地面装置130与每架飞行器110均通过一条线缆120连接，从而通过一个地面装置130对多架飞行器110进行控制，提升了作业效率，同时减小了作业成本。

请参阅图6，作为本实施例的四种实现方式，该系留无人机系统100包括多架飞行器110、多条线缆120以及一台或多台地面装置130，每个飞行器110与地面装置130均通过多条线缆120连接。

请参阅图7，进一步地，在某些作业环境下，由于作业区域周边或者内部存在障碍物(如树木、电线/杆、气象观测点、灭虫装置等)，这些障碍物的高度通常高于被作业对象，此外，飞行器110作业距离较远时，由于系留线缆120的自重，会导致线缆120挠度最低点与被作业对象及障碍物接触，系留无人机在作业过程中，系留绳(即线缆120)存在被障碍物缠绕的风险。因此，在本实施例中，系留无人机系统100还包括升降装置140，升降装置140与线缆120绑定，以改变线缆120的最低点的高度。进而在植保无人机起飞之时，通过升降装置140将飞行器110和系留线缆120预先抬高至安全高度，并在作业过程中，调节系留线缆120一端(升降装置140端)的高度，以调节系留线缆120的挠度最低点的高度。其中，升降装置140可以为升降机等装置。

第二实施例

请参阅图8，本发明实施例还提供了一种系留无人机作业方法，应用于第一实施例所述的系留无人机系统100，该系留无人机作业方法包括：

S101，接收一作业指令。

其中，当需要进行飞行器110作业时，用户可通过遥控器向地面装置130与飞行器110发送作业指令，其中，该作业指令指系统开始工作的指令。

S102，判断作业范围内是否存在障碍物，如果是，则执行步骤S103，如果否，则执行步骤S104。

需要说明的是，该作业指令包括作业范围，在接收到作业指令后，地面装置130根据作业要求确定作业位置、区域、内容，检查系统以及作业工质(即喷洒物)准备情况，启动发电机给系统各个部件上电，确定作业范围内是否存在障碍物，以避免在作业过程中，线缆120被障碍物所缠绕。

其中，判断作业范围内是否存在障碍物的具体实现方式为：

假设飞行器110飞行过程中，线缆120距离障碍物的安全高度为h_s，线缆120的最大挠度是δ，障碍物高度为h_z，升降器的升起高度为H，则：

H-δ≥h_s+h_z，h_s>0；

0<h_s≤H-δ-h_z。

需要说明的是，本实施例所述的障碍物，指在飞行器110的飞行过程中，可能会造成线缆120缠绕的物体，并且，在同一区域范围内，可选取最高的物体作为障碍物，并通过上述算式进行升起高度的确定。可以理解的，当H的取值大于零时，即表示障碍物对无人机的飞行会造成影响，此时需要控制升降装置140提升，进而使线缆的最低点避开障碍物。

S103，控制升降装置140提升，以将线缆120的最低点的高度提升至安全高度。

在计算出H的取值范围后，地面装置130可控制升降装置140提升，从而整个线缆120的最低点提升至少H，即将线缆120的最低点的高度提升至安全高度，从而在飞行器110的作业过程中，不会造成线缆120与障碍物的缠绕，保证作业能够顺利进行。当然地，在作业范围内不存在障碍物时，则地面装置130无需提升即可进行作业。

S104，在飞行器110的飞行过程中，向飞行器110的喷洒装置提供喷洒物，以控制飞行器110进行喷洒作业。

在作业过程中，如果不存在障碍物，则直接起飞飞行器110。无人机起飞后开始作业，同时系留线缆120根据飞行距离进行同步收放，在有障碍物的情况下，起降平台同步进行高度调整，以确保系留线缆120一端的高度能够通过起降平台的高度进行调节。具体地，地面装置130依据飞行器110的作业范围控制绞车系统对线缆120进行收放操作，并同时控制水泵通过供水管123向喷洒装置提供喷洒物。作业完成后，无人机在起降平台降落，之后起降平台复位至系统开启时的状态，系统关闭，整个作业结束。

综上所述，本发明提供了一种系留无人机系统及其作业方法，该系留无人机系统包括至少一架飞行器，至少一条线缆以及至少一台地面装置，飞行器通过线缆与地面装置连接，飞行器上设置有喷洒装置，地面装置用于控制飞行器的飞行方向以及通过线缆为喷洒装置提供喷洒物。由于本发明采用一整套的装置、集成化的缆线形式，实现了系留无人机在农业植保领域的应用，并且由于取消了机载电池、油箱、药箱、水泵等装置，从而简化了无人机的构造，有效降低了坠机损失，实现了高效、安全的作业。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统包括至少一架飞行器，至少一条线缆以及至少一台地面装置，所述飞行器通过所述线缆与所述地面装置连接，所述飞行器上设置有喷洒装置，所述地面装置用于控制所述飞行器的飞行方向以及通过所述线缆为所述喷洒装置提供喷洒物。

2.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统还包括升降装置，所述升降装置与所述线缆绑定，以改变所述线缆的最低点的高度。

3.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述地面装置包括水泵与绞车系统，所述线缆包括供水管、供电线以及信号线，所述供水管分别与所述水泵、所述喷洒装置连接，所述供水管、所述供电线以及所述信号线均与所述绞车系统绑定，所述绞车系统用于依据所述飞行器的飞行范围对所述线缆进行收放操作，所述水泵用于通过所述供水管向所述喷洒装置提供喷洒物。

4.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统包括一架飞行器、一台地面装置以及一条或多条线缆，所述飞行器通过所述一条或多条线缆与所述地面装置连接。

5.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统包括一架飞行器、一条线缆以及多台地面装置，所述飞行器与每个所述地面装置均通过一条线缆连接。

6.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统包括多架飞行器、一条线缆以及一台地面装置，每个所述飞行器与所述地面装置均通过一条线缆连接。

7.如权利要求1所述的系留无人机系统，其特征在于，所述系留无人机系统包括多架飞行器、多条线缆以及一台或多台地面装置，每个所述飞行器与所述地面装置均通过多条线缆连接。

8.一种系留无人机作业方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任意一项所述的系留无人机系统，所述系留无人机作业方法包括：

接收一作业指令；

依据所述作业指令控制所述飞行器的作业方向；

在所述飞行器的飞行过程中，向所述飞行器的喷洒装置提供喷洒物，以控制所述飞行器进行喷洒作业。

9.如权利要求8所述的系留无人机作业方法，其特征在于，所述作业指令包括作业范围；在所述依据所述作业指令控制所述飞行器的作业方向的步骤之前，所述系留无人机作业方法还包括：

当所述作业范围内存在障碍物时，控制升降装置提升，以将所述线缆的最低点的高度提升至安全高度。

10.如权利要求8所述的系留无人机作业方法，其特征在于，所述在所述飞行器的飞行过程中，向所述飞行器的喷洒装置提供喷洒物，以控制所述飞行器进行喷洒作业的步骤包括：

依据所述飞行器的作业范围控制绞车系统对所述线缆进行收放操作；

并控制水泵通过供水管向所述喷洒装置提供喷洒物。