CN112021174A

CN112021174A - 一种具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法

Info

Publication number: CN112021174A
Application number: CN202010969292.5A
Authority: CN
Inventors: 李玉婧; 商宇阳; 蔺江涛; 蔺凯强; 商聪; 蔺浩宁; 陈景辉; 赵亚青
Original assignee: Shijiazhuang Zhonghuang Shangpin Agricultural Development Co ltd
Current assignee: Shijiazhuang Zhonghuang Shangpin Agricultural Development Co ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明公开了一种具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，包括计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度；设置弓字形授粉轨迹，在巡航位置悬停，摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器；识别花朵是雄花还是雌花，根据识别结果收集和喷涂花粉；判断有无未接触花朵，根据判断结果决定是否飞向下一个巡航位置；判断是否是终止位置，决定是否终止授粉过程。同时还提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机。本发明采用自主飞行模式和自动识别功能，使无人机的操控更加简单；在授粉过程中边采集花粉，边进行授粉作业，做到精准控制，采用新鲜的花粉，提高了授粉质量；能够极大的提高作业质量和速度。

Description

一种具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法

技术领域

本发明涉及智能农业机械装备、计算机远程控制、无人机技术领域，具体涉及一种具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法。

背景技术

在农作物生长的整个过程中，开花期授粉质量的好坏，是影响农作物果实产量和品质的重要因素。一般情况下，由于农作物花期持续时间较短，授粉过程技术要求又高，授粉质量极易受到阴雨天、大风等自然因素的影响。因此，经常需要对农作物进行花期辅助授粉。

辅助授粉是一项技术含量高、时间要求紧的工作。现在常用的辅助授粉方式主要包括人力式与机械式。人力式授粉劳动强度大、作业效率低，授粉不均现象较明显，往往由于授粉作业周期短，不能在规定时间内完成授粉作业。机械式授粉一般有手持式、地面行走式和无人机授粉。手持式授粉主要用于经济作物，劳动效率提高有限；地面行走式授粉由于受到农田地形（山地、丘陵、水田等）、作物种类的影响，下地有一定局限性。在辅助授粉工作中，无人机得到了越来越多的应用，已经有采用无人机授粉的技术及装置。相比其他传统授粉的方式，采用无人机进行农作物授粉的效率得到了明显提高，大大节省了人力，减小了劳动强度、提高工作效率，降低了地形的影响，也避免损伤植株等。

在现有的无人机授粉工作中，一般采用无人机直接携带大量花粉，然后操作人员操控无人机在农作物区域飞行，将花粉进行大面积喷洒，实现大面积农作物的高效授粉。

授粉无人机还没有得到普遍采用的主要原因是存在以下缺陷：

1.无人机的操控比较复杂，需要专业人员和熟练的操作人员才能够完成；无人机飞行轨迹杂乱，容易出现重复授粉和没有授粉的现象。

2.只可喷洒液态花粉混合物或提前采的花粉，授粉质量不如现采的花粉；单一的不具有调节功能的进粉口，没有考虑到不同植物所需要花粉量不同，没有考虑到不同农作物覆盖率也有所差异，无法适用于多种情况下使用需求。

3.不具备自动收集花粉的功能。虽然授粉无人机效率较高，但是在需要精确位置进行授粉作业时，就会出现花粉喷洒不均匀、花粉喷洒过量或不足等问题，造成授粉花粉浪费和效果不佳的情况。

发明内容

（一）发明目的

本发明的目的是提供一种具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法，能够使授粉无人机在规划好的田字格工作区域内不重复地连续自主飞行，飞行过程中识别所遇到的花朵是雄花还是雌花，根据识别结果收集和喷涂花粉，如果是雌花就喷涂花粉，如果是雄花就收集花粉，可以使授粉无人机操控更简单，实现自主作业；使授粉无人机收集和喷涂花粉更加精准，提高授粉无人机的应用性。

（二）技术方案

为解决上述问题，本申请的第一方面提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，包括：设置弓字形授粉轨迹，从基地飞往第一区域巡航位置；在第一区域巡航位置悬停；摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器；随机飞向任一朵花朵；判断是雄花还是雌花；是雄花就吸收花粉，是雌花就喷涂花粉；返回区域巡航位置悬停，并传送已授粉花朵信息到中枢处理器；判断有无未接触花朵；有未接触花朵，执行随机飞向任一朵花朵的步骤进行循环，无未接触花朵，到下一个区域巡航位置悬停；判断是否是终止位置；不是终止位置，执行摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器的步骤进行循环，是终止位置，返回基地停止工作。

进一步，在设置弓字形授粉轨迹，从基地飞往起始位置步骤之前，还包括步骤：计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度。

进一步，计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度时，采用正方形区域，正方形边长等于每个区域内有100朵花时的边长值。

根据本申请的另一个方面，提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机，包括机身、机翼部位、授粉模块，所述机身与所述机翼部位固定连接，所述授粉模块贯穿所述机身固定在所述机身上；

所述机身内安装有电池、中枢处理器，所述中枢处理器包括飞行控制器、定位器、雌雄花分辨器、数据处理中心、喷吸控制器，所述电池和所述中枢处理器通讯连接且电连接；

所述机翼部位包括翼杆、翼杆头，在所述翼杆头下方安装有摄像头，在所述翼杆头中间安装有旋翼电机，在所述翼杆头上方安装有旋翼，所述摄像头与所述中枢处理器通信连接，所述摄像头与所述电池电连接，所述旋翼电机与所述电池电连接，所述旋翼电机与所述旋翼轴承连接；

所述授粉模块包括顶架、授粉电机、授粉风扇、外壳、花粉管、毛刷，所述电机固定安装在所述顶架上，所述电机与所述电池电连接，所述授粉风扇与所述电机轴承连接，所述花粉管连接在所述外壳上，所述毛刷安装在所述花粉管端部。

进一步，所述花粉管内壁布满仿生绒毛或制成波纹状。

进一步，所述花粉管与水平面的夹角是45度。

进一步，在所述花粉管端部安装的所述毛刷为仿生刷。

进一步，所述机身为圆柱体形状，所述授粉模块的所述外壳下端为圆柱体形状或球体形状。

进一步，所述外壳上端圆柱体底部设置防止花粉通过的薄膜。

进一步，所述机翼部位为四个或者六个或者八个，所述机翼部位均匀环状分布在所述机身周围。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1.本发明采用自主飞行模式和自动识别雄花和雌花的功能，使无人机的操控更加简单，不需要专业操作人员就能够完成授粉工作；

2.在授粉无人机出发工作前就规划了授粉路线，设定了区域巡航位置的密度，能够在有限的时间内，迅速识别已经授粉区域和未授粉区域，更加明确的掌控农作物整体授粉期授粉情况；

3.增加了自动收集花粉的功能，在授粉过程中边采集花粉，边进行授粉作业，做到精准控制，采用新鲜的花粉，提高了授粉质量，解决了花粉数量和质量方面存在的问题。

将本发明的具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法应用到现代化农业授粉管理过程中，不仅能极大的提高作业质量和速度，而且可以提高成熟果实的数量和质量。

附图说明

图1是本申请实施例提供的具有自动授粉功能的农用无人机使用方法的方法流程图；

图2是本申请实施例提供的弓字形授粉轨迹示意图；

图3是本申请实施例提供的具有自动授粉功能的农用无人机俯视结构示意图；

图4是本申请实施例提供的中枢处理器组成示意图；

图5是本申请实施例提供的具有自动授粉功能的农用无人机侧视结构示意图；

图6是本申请实施例提供的授粉模块结构示意图。

附图标记：

1、机身，11、电池，12、中枢处理器，121、飞行控制器，122、定位器，123、雌雄花分辨器，124、数据处理中心，125、喷吸控制器，2、机翼部位，21、翼杆，22、翼杆头，23、摄像头，24、旋翼电机，25、旋翼，3、授粉模块，31、顶架，32、授粉电机，33、授粉风扇，34、外壳，35、花粉管，36、毛刷，37、薄膜，4、第一区域巡航位置，5、终止位置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

本申请公开了一种具有自动授粉功能的农用无人机及使用方法，以下分别详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机使用方法。

图2是本申请实施例提供的弓字形授粉轨迹示意图。

实施例一

请参照图1、图2，在本实施例中，提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，包括以下步骤S1-S12：

S1，设置弓字形授粉轨迹，从基地飞往第一区域巡航位置4。

使用具有自动授粉功能的农用无人机的基地遥控器设置无人机飞行参数，包括单不限于：区域巡航位置坐标，工作时间。在飞行控制器121和定位器122的共同作用下自动飞向第一区域巡航位置4

S2，在第一区域巡航位置4悬停。

S3，摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器。

在区域悬停位置悬停过程中，摄像头23拍摄花朵图像，并把位置、数量信息传输到中枢处理器12，中枢处理器12的数据处理中心124根据所传输的信息和预先设置的授粉程序，驱使无人机自动进行区域授粉作业。

S4，随机飞向任一朵花朵。

根据数据处理中心124发出的指令，无人机在飞行控制器121的控制下，不断地飞向还未接触花朵。

S5，判断是雄花还是雌花。

中枢处理器12的雌雄花分辨器123把摄像头23传送来的花朵图像和中枢处理器12的数据处理中心124存储的花朵图像进行对比分析，自动识别花朵是雄花还是雌花。

S6，是雄花就吸收花粉。

S7，是雌花就喷涂花粉。

中枢处理器12的喷吸控制器125在数据处理中心124判断是雄花还是雌花后，驱动授粉模块3进行工作，是雄花就吸收花粉，是雌花就喷涂花粉。喷吸控制器125控制授粉电机32和授粉风扇33按不同方向转动，产生不同方向风，完成吸收或喷涂花粉。需要吸收花粉时，产生风向向上，需要喷涂花粉，产生风向向下。

S8，返回区域巡航位置悬停，并传送已授粉花朵信息到中枢处理器。

为便于定位接触过的花朵和未接触过的花朵，无人机返回区域巡航位置悬停，进行对比分析。接触一朵，在数据处理中心124中记录一朵，直至全部接触完毕。

S9，判断有无未接触花朵。

S10，无未接触花朵，到下一个区域巡航位置悬停，有未接触花朵，执行S4随机飞向任一朵花朵的步骤进行循环。

在授粉过程中，数据处理中心124不停的判断有无未接触花朵，根据判断结果，驱使无人机在飞行控制器121的控制下，飞向未接触花朵，进行吸收或喷涂花粉循环。

S11，判断是否是终止位置5。

S12，是终止位置5，返回基地停止工作，不是终止位置，执行S3摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器的步骤进行循环。

在每一个独立工作开始时都设置终止位置5，当中枢处理器12通过定位器122判断出无人机处于终止位置5时，停止工作。整个授粉作业结束，可以重新设置下一个作业程序，开始新的工作。

实施例二

请参照图2，本实施例与实施例一的不同之处在于，在本实施例中，在步骤S1之前还包括步骤：计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度。

具体地，提前收集授粉工作时间段内，需要辅助授粉区域内农作物开花的具体信息参数，主要包括花朵在农田内分布密度。根据花朵在农田内分布密度设置区域的大小。

优选地，采用正方形区域，正方形边长等于每个区域内有100朵花时的边长值。花朵密度越小，边长越大；花朵密度越大，边长越小。区域不大于农作物生长区域面积。

本申请的另一个方面提供了一种具有自动授粉功能的农用无人机。

图4是本申请实施例提供的中枢处理器组成示意图；

图6是本申请实施例提供的授粉模块结构示意图。

实施例三

请参照图3、图4、图5、图6。在本实施例中提供一种具有自动授粉功能的农用无人机，包括机身1、机翼部位2、授粉模块3，机身1与机翼部位2固定连接，授粉模块3贯穿机身1固定在机身1上；

机身1内安装有电池11、中枢处理器12，中枢处理12器包括飞行控制器121、定位器122、雌雄花分辨器123、数据处理中心124、喷吸控制器125，电池11和中枢处理器12通讯连接且电连接；

机翼部位2包括翼杆21、翼杆头22，在翼杆头22下方安装有摄像头23，在翼杆头22中间安装有旋翼电机24，在翼杆头22上方安装有旋翼25，摄像头23与中枢处理器12通信连接，摄像头23与电池11电连接，旋翼电机24与电池11电连接，旋翼电机24与旋翼25轴承连接；

授粉模块3包括顶架31、授粉电机32、授粉风扇33、外壳34、花粉管35、毛刷36，电机32固定安装在顶架31上，电机32与电池11电连接，授粉风扇33与电机32轴承连接，花粉管35连接在外壳34上，毛刷36安装在花粉管35端部。

具体地，在所述花粉管35的内壁上设置具有收纳功能的形状，使吸收的花粉能够安全地存放在所述外壳34和所述花粉管35内部，在喷涂过程中又便于靠所述授粉风扇33的吹送作用，迅速喷出。

优选地，所述花粉管35内壁布满仿生绒毛或制成波纹状。

具体地，在设置所述花粉管35和所述外壳34连接时，可以设置所述花粉管35与水平面的夹角处于30度到80度之间，但本发明不以此为限制，便于花粉管正对盛开的鲜花，有利于吸收或喷涂花粉。

优选地，所述花粉管35与水平面的夹角是45度。

具体地，在所述花粉管35端部安装的所述毛刷36为带绒毛的刷子，其软硬程度便于接触花粉，把花粉触碰下来，供所述花粉管35吸收。

优选地，在所述花粉管35端部安装的所述毛刷36为仿生刷。

优选地，所述机身1为圆柱体形状，所述授粉模块3的所述外壳34下端为圆柱体形状或球体形状。

请参照图6，在所述外壳34上端圆柱体底部设置防止花粉通过的薄膜37。

可选的，薄膜37为无纺布可渗透膜，棉线编织膜，钢丝网膜，但本发明不以此为限制，薄膜37还可以是其他材料的薄膜，其主要作用是可以通过空气，而不能透过花粉。

优选地，所述机翼部位2为四个或者六个或者八个，所述机翼部位2均匀环状分布在所述机身1周围。

本申请的上述实施例可单独实施，也可以组合实施，具体组合方式可根据实际需要适当调整，在此不再赘述。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置弓字形授粉轨迹，从基地飞往第一区域巡航位置；

在第一区域巡航位置悬停；

摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器；

随机飞向任一朵花朵；

判断是雄花还是雌花；

是雄花就吸收花粉，是雌花就喷涂花粉；

返回区域巡航位置悬停，并传送已授粉花朵信息到中枢处理器；

判断有无未接触花朵；

有未接触花朵，执行随机飞向任一朵花朵的步骤进行循环，无未接触花朵，到下一个区域巡航位置悬停；

判断是否是终止位置；

不是终止位置，执行摄像头捕捉花朵图像，并记录位置、数量传输到中枢处理器的步骤进行循环，是终止位置，返回基地停止工作。

2.根据权利要求1所述的具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，其特征在于，在设置弓字形授粉轨迹，从基地飞往起始位置步骤之前，还包括步骤：计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度。

3.根据权利要求2所述的具有自动授粉功能的农用无人机使用方法，其特征在于：计算规划弓字形轨迹上区域巡航位置的密度时，采用正方形区域，正方形边长等于每个区域内有100朵花时的边长值。

4.一种具有自动授粉功能的农用无人机，包括机身（1）、机翼部位（2）、授粉模块（3），所述机身（1）与所述机翼部位（2）固定连接，所述授粉模块（3）贯穿所述机身（1）固定在所述机身（1）上，其特征在于：

所述机身（1）内安装有电池（11）、中枢处理器（12），所述中枢处理（12）器包括飞行控制器（121）、定位器（122）、雌雄花分辨器（123）、数据处理中心（124）、喷吸控制器（125），所述电池（11）和所述中枢处理器（12）通讯连接且电连接；

所述机翼部位（2）包括翼杆（21）、翼杆头（22），在所述翼杆头（22）下方安装有摄像头（23），在所述翼杆头（22）中间安装有旋翼电机（24），在所述翼杆头（22）上方安装有旋翼（25），所述摄像头（23）与所述中枢处理器（12）通信连接，所述摄像头（23）与所述电池（11）电连接，所述旋翼电机（24）与所述电池（11）电连接，所述旋翼电机（24）与所述旋翼（25）轴承连接；

所述授粉模块（3）包括顶架（31）、授粉电机（32）、授粉风扇（33）、外壳（34）、花粉管（35）、毛刷（36），所述电机（32）固定安装在所述顶架（31）上，所述电机（32）与所述电池（11）电连接，所述授粉风扇（33）与所述电机（32）轴承连接，所述花粉管（35）连接在所述外壳（34）上，所述毛刷（36）安装在所述花粉管（35）端部。

5.根据权利要求4所述的具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：所述花粉管（35）内壁布满仿生绒毛或制成波纹状。

6.根据权利要求5所述的具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：所述花粉管（35）与水平面的夹角是45度。

7.根据权利要求6所述的具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：在所述花粉管（35）端部安装的所述毛刷（36）为仿生刷。

8.根据权利要求7所述的具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：所述机身（1）为圆柱体形状，所述授粉模块（3）的所述外壳（34）下端为圆柱体形状或球体形状。

9.根据权利要求4-8所述的任意一项具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：所述外壳（34）上端圆柱体底部设置防止花粉通过的薄膜（37）。

10.根据权利要求9所述的具有自动授粉功能的农用无人机，其特征在于：所述机翼部位（2）为四个或者六个或者八个，所述机翼部位（2）均匀环状分布在所述机身（1）周围。