CN110989662A - 一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，包括以下步骤：S1：获取无人机飞行参数信息以及作业区域的边界信息；S2：根据无人机飞行参数信息设置路径间距信息，根据路径间距信息和作业区域的边界信息，以“几”字形方式填充作业区域生成航线，航线相邻的往返路径之间通过圆弧连接，圆弧与往返线路相切并且圆弧与作业区域的边界相切；S3：无人机根据航线飞行，并且无人机沿航线飞行途中的速率不变，直至完成飞行任务。在作业区域中通过以“几”字形方式填充作业区域生成航线，并且在航线中，相邻的两条往返线路之间通过圆弧连接，使得无人机沿航线飞行时，无需经历减速加速过程，能够以稳定的速率完成转弯，有利于提高喷洒效率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及植保无人机的飞行控制方法。
背景技术
植保无人机凭借其效率高、人药分离安全性好的特点，被越来越多的应用于在农药喷洒、营养液喷洒、除草剂喷洒、落叶剂喷洒等农作物植保作业中。
由于农田面积较大，通常是根据农田的地理信息，规划出无人机的飞行航线，然后，由无人机自动跟踪规划好的航线飞行，完成作业内容。鉴于植保无人机的喷头安装情况，如图1所示，航线10基本设置为往复飞行的“几”字形，这种“几”字形的航线10中部分与作业区域11的边界重叠，在更换长边的过程中，无人机需要首先减速，在航线10的转弯点处停止，然后再加速飞行，再减速停在下一个航线10的转弯点处，再加速飞行。这样的减速加速过程，不仅影响了无人机的飞行速度，而且降低了无人机的喷洒效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其能够令植保无人机在航线的转弯处，无需经历减速加速过程。
本发明解决其技术问题提供的技术方案是：一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，包括以下步骤：
S1：获取无人机飞行参数信息以及作业区域的边界信息；
S2：根据无人机飞行参数信息设置路径间距信息，根据路径间距信息和作业区域的边界信息，以“几”字形方式填充作业区域生成航线，航线相邻的往返路径之间通过圆弧连接，圆弧与往返线路相切并且圆弧与作业区域的边界相切；
S3：无人机根据航线飞行，并且无人机沿航线飞行途中的速率不变，直至完成飞行任务。
优选地，在所述步骤S3中，无人机飞行时获取当前位置信息，无人机对比当前位置信息与航线信息并根据对比的偏移结果调整飞行方向，以修复偏移。
优选地，所述步骤S3包括以下子步骤：
S31：建立参考坐标系XOY，将无人机的位置信息以及航线信息转换为参考坐标系中相应的坐标信息；
S32：计算无人机位置坐标与圆弧圆心坐标的连线与航线的交点P坐标，计算无人机位置坐标与交点P坐标的距离d；
S33：根据距离d计算无人机所需飞行方向与圆弧在交点P处的切线之间的夹角β大小；
S34：计算圆弧在交点P处的切线与X轴之间的夹角φ大小，根据夹角β以及夹角φ计算无人机所需飞行方向与X轴之间夹角α大小；
S35：获取无人机的飞行速率Vd，根据飞行速率Vd以及夹角α，计算无人机在X轴的速度分量Vx以及在Y轴的速度分量Vy；
S36：无人机根据速度分量Vx以及速度分量Vy调整飞行速度，以修复与航线之间的偏移。
优选地，所述子步骤S33中计算夹角β的公式为：β＝actan(-kd)，其中k为预设参数，k的数值为正数常数。
优选地，所述子步骤S34中计算夹角α的公式为：α＝β+φ。
优选地，所述子步骤S35中计算速度分量Vx的公式为：Vx＝Vdcos(α)；计算速度分量Vy的公式为：Vy＝Vdsin(α)。
本发明的有益效果是：在作业区域中以合适的路径间距通过以“几”字形方式填充作业区域生成航线，并且在航线中，相邻的两条往返线路之间通过圆弧连接，即在转弯处以圆弧的方式代替原本的拐角方式生成航线，使得无人机沿航线飞行时，无需经历减速加速过程，能够以稳定的速率完成转弯，有利于提高喷洒效率以及喷洒的均匀度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是现有技术中无人机飞行航线的示意图；
图2是本发明无人机飞行航线其中一种实施方式的示意图；
图3是本发明在坐标系XOY计算夹角α的示意图；
图4是本发明参数k较大情况下无人机贴近航线的轨迹示意图；
图5是本发明参数k较小情况下无人机贴近航线的轨迹示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明的较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，本发明提供的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，包括以下步骤：
S1：获取无人机20飞行参数信息以及作业区域21的边界信息；
S2：根据无人机20飞行参数信息设置路径间距信息，根据路径间距信息和作业区域21的边界信息，以“几”字形方式填充作业区域21生成航线22，航线22相邻的往返路径之间通过圆弧23连接，圆弧23与往返线路相切并且圆弧23与作业区域21的边界相切；
S3：无人机20根据航线22飞行，并且无人机20沿航线22飞行途中的速率不变，直至完成飞行任务。
在作业区域21中以合适的路径间距通过以“几”字形方式填充作业区域21生成航线22，并且在航线22中，相邻的两条往返线路之间通过圆弧23连接，即在转弯处以圆弧23的方式代替原本的拐角方式生成航线22，使得无人机20沿航线22飞行时，无需经历减速加速过程，能够以稳定的速率完成转弯，有利于提高喷洒效率以及喷洒的均匀度。
虽然航线22已经规划完成，但是在无人机20沿着航线22飞行时，在圆弧23部分无人机20容易与航线22之间出现偏移。对此问题，作为优选的实施方式，在步骤S3中，无人机20飞行时获取当前位置信息，无人机20对比当前位置信息与航线22信息并根据对比的偏移结果调整飞行方向，以修复偏移。
通过获知当前位置对比航线22，根据对比的偏移结果，在维持飞行速率不变的条件下，无人机20调整飞行速度的方向，使得无人机20重新返回航线22，修复与航线22之间的偏移。
参考图3，作为优选的实施方式，步骤S3包括以下子步骤：
S31：建立参考坐标系XOY，将无人机20的位置信息以及航线22信息转换为参考坐标系中相应的坐标信息；
S32：计算无人机20位置坐标与圆弧23圆心坐标的连线与航线22的交点P坐标，计算无人机20位置坐标与交点P坐标的距离d；
S33：根据距离d计算无人机20所需飞行方向与圆弧23在交点P处的切线之间的夹角β大小；
S34：计算圆弧23在交点P处的切线与X轴之间的夹角φ大小，根据夹角β以及夹角φ计算无人机20所需飞行方向与X轴之间夹角α大小；
S35：获取无人机20的飞行速率Vd，根据飞行速率Vd以及夹角α，计算无人机20在X轴的速度分量Vx以及在Y轴的速度分量Vy；
S36：无人机20根据速度分量Vx以及速度分量Vy调整飞行速度，以修复与航线22之间的偏移。
通过首先建立坐标系XOY，能够将无人机20当前的位置信息以及航线22信息转换成坐标数值，方便在坐标系XOY中根据具体的坐标数值进行计算。无人机20的位置坐标与交点P坐标之间的距离d即为无人机20与航线22之间的偏移距离，根据距离d的大小调整飞行方向，距离d越大时，无人机20所需飞行方向(即目标飞行方向)与航线22在交点P处的切线之间的夹角β应越大，以令无人机20能够及时返回航线22。
由于交点P的位置会随着无人机20的位置改变而不同，因此夹角β的基准是变化的，无人机20根据夹角β调整飞行方向较为困难。对此，根据夹角夹角β结合圆弧23在交点P处的切线与X轴之间的夹角φ，计算得出无人机20所需飞行方向与X轴之间的夹角α，由于夹角α以X轴为基准，方便无人机20根据夹角α调整飞行方向。由于无人机20飞行速率Vd大小不变，结合夹角α，计算得出在X轴上的速度分量Vx以及Y轴上的速度分量Vy，速度分量Vx以及速度分量Vy为矢量，两者相加即可获得无人机20在坐标轴XOY的飞行速度。无人机20根据速度分量Vx以及速度分量Vy进行调整，即可修复与航线22之间的偏移，同时实现沿航线22飞行并且飞行速率Vd大小不变。
作为优选的实施方式，子步骤S33中计算夹角β的公式为：β＝actan(-kd)，其中k为预设参数，k的数值为正数常数。在上述公式中，偏移距离即距离d越大，夹角β的绝对值亦越大符合需求。参数k能够调节无人机20贴近圆弧23的速度，参考图4，当参数k越大时，无人机20贴近圆弧23的速度越快，但是容易出现越过航线22的问题，导致轨迹往复穿越航线22，最终与航线22重合的情况；参考图5，当参数k越小时，无人机20贴近圆弧23的速度越慢，但是飞行轨迹越平滑。因此，参数k大小的选择，需要依据具体的使用情况而定。
作为优选的实施方式，子步骤S34中计算夹角α的公式为：α＝β+φ。由于夹角β根据公式β＝actan(-kd)计算得出，夹角β为负值，而夹角φ为正值，即夹角β与夹角φ的角度方向不同，两者相加能够正确得出所需飞行方向与X轴之间夹角α。
作为优选的实施方式，子步骤S35中计算速度分量Vx的公式为：Vx＝Vdcos(α)；计算速度分量Vy的公式为：Vy＝Vdsin(α)。
由于计算夹角α的过程中是带有角度方向进行计算的，因此无论得出的夹角α为正值还是负值，只需根据上述公式计算，即可正确获得速度分量Vx以及速度分量Vy，根据数值的正负即可获知速度方向，以此无需另外考虑速度方向的问题，方便执行。
上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。
Claims (6)
1.一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取无人机(20)飞行参数信息以及作业区域(21)的边界信息；
S2：根据无人机(20)飞行参数信息设置路径间距信息，根据路径间距信息和作业区域(21)的边界信息，以“几”字形方式填充作业区域(21)生成航线(22)，航线(22)相邻的往返路径之间通过圆弧(23)连接，圆弧(23)与往返线路相切并且圆弧(23)与作业区域(21)的边界相切；
S3：无人机(20)根据航线(22)飞行，并且无人机(20)沿航线(22)飞行途中的速率不变，直至完成飞行任务。
2.根据权利要求1所述的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，无人机(20)飞行时获取当前位置信息，无人机(20)对比当前位置信息与航线(22)信息并根据对比的偏移结果调整飞行方向，以修复偏移。
3.根据权力要求2所述的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
S31：建立参考坐标系XOY，将无人机(20)的位置信息以及航线(22)信息转换为参考坐标系中相应的坐标信息；
S32：计算无人机(20)位置坐标与圆弧(23)圆心坐标的连线与航线(22)的交点P坐标，计算无人机(20)位置坐标与交点P坐标的距离d；
S33：根据距离d计算无人机(20)所需飞行方向与圆弧(23)在交点P处的切线之间的夹角β大小；
S34：计算圆弧(23)在交点P处的切线与X轴之间的夹角φ大小，根据夹角β以及夹角φ计算无人机(20)所需飞行方向与X轴之间夹角α大小；
S35：获取无人机(20)的飞行速率Vd，根据飞行速率Vd以及夹角α，计算无人机(20)在X轴的速度分量Vx以及在Y轴的速度分量Vy；
S36：无人机(20)根据速度分量Vx以及速度分量Vy调整飞行速度，以修复与航线(22)之间的偏移。
4.根据权利要求3所述的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于，所述子步骤S33中计算夹角β的公式为：β＝actan(-kd)，其中k为预设参数，k的数值为正数常数。
5.根据权利要求4所述的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于，所述子步骤S34中计算夹角α的公式为：α＝β+φ。
6.根据权利要求5所述的一种植保无人机转弯路径的飞行控制方法，其特征在于，所述子步骤S35中计算速度分量Vx的公式为：Vx＝Vdcos(α)；
计算速度分量Vy的公式为：Vy＝Vdsin(α)。
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