CN205787903U - 农业无人机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种农业无人机，包括：包括机架，设置于所述机架的控制器，安装于所述机架上或所述机架的负载上的第一雷达，以及设置于所述机架上的动力装置；所述第一雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；所述控制器，与所述第一雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态；所述控制器，与所述动力装置通信连接，用于对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行姿态。本实用新型提高了农业无人机在作业中的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞行技术领域，尤其涉及一种农业无人机。
背景技术
农业无人机由于其操作简单、工作效率高等优点已经广泛的应用在农业植保领域。其中，使用农业无人机可以完成农药喷洒、播撒种子等操作。
传统技术中，以通过农业无人机进行农药喷洒为例，为了使药物能够均匀的喷洒在作物表面，需要保持农业无人机与作物之间的喷药距离。通常，将雷达安装于农业无人机的底部且雷达向该农业无人机的正下方发射的雷达波，根据雷达发出的雷达波以及该雷达波经农业无人机正下方的作物反射回的回波，来确定农业无人机与其正下方的作物间的距离，根据该距离调整农业无人机的飞行高度，使得药物能够均匀的喷洒在无人机正下方的作物的表面。
但是，传统技术中，存在农业无人机在作业中效率较低的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种农业无人机，用于解决传统技术中农业无人机在作业中效率较低的问题。
本实用新型提供一种农业无人机，其包括机架，设置于所述机架的控制器，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述机架的负载上的第一雷达；
所述第一雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；以及
所述控制器，与所述第一雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的工作状态；
所述控制器，与所述动力装置通信连接，用于对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行姿态。
如上所述的农业无人机，所述工作状态包括：飞行姿态和/或作业状态。
如上所述的农业无人机，所述飞行姿态包括飞行高度，所述控制器根据所述地形信息对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行高度。
如上所述的农业无人机，所述动力装置包括：螺旋桨和电机，所述电机驱动所述螺旋桨转动；
所述控制器，能够控制所述电机的转速，以调节所述飞行姿态。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机还包括：设置于所述机架的作业装置；
所述控制器，与所述作业装置电连接，对所述作业装置进行控制，以调节所述作业状态。
如上所述的农业无人机，所述作业装置包括容纳箱、导管、泵、喷头；所述导管的一端伸入所述容纳箱中，所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所述泵的排出口与所述喷头连接；
所述泵，用于通过所述导管将所述容纳箱中的待喷洒物从所述喷头喷出；
所述控制器，与所述泵电连接，用于控制所述泵的压力值。
如上所述的农业无人机，所述作业装置还包括：用于驱动所述喷头的甩盘转动的电机；
所述控制器，与所述电机电连接，用于控制所述电机的转速。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机前方的地形信息与所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离相关，其中，所述水平距离和垂直距离由所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离以及所述第一雷达的雷达波的发射方向确定。
如上所述的农业无人机，所述第一雷达的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾斜预设角度，使所述第一雷达具有预设的安装角度。
如上所述的农业无人机，所述预设角度为10度～70度。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机还包括：设置于所述机架的运动传感器，所述运动传感器用于获取所述农业无人机当前的飞行姿态信息；
所述控制器与所述运动传感器通信连接；
其中，所述控制器，用于根据所述第一雷达的安装角度以及所述飞行姿态信息，确定所述第一雷达的雷达波的发射方向。
如上所述的农业无人机，所述运动传感器包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，高度计。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述负载上的第二雷达；
所述第二雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
所述控制器，与所述第二雷达通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态。
如上所述的农业无人机，在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，所述控制器根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行状态。
如上所述的农业无人机，所述第一雷达为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述负载上的第三雷达；
所述第三雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
所述控制器，与所述第三雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
如上所述的农业无人机，所述第三雷达为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机还包括：第二雷达和第三雷达；
所述第二雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
所述控制器，与所述第二雷达通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态；
所述第三雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
所述控制器，与所述第三雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作；
其中，所述第一雷达、所述第二雷达、所述第三雷达中的至少一个设于所述农业无人机的水箱上。
如上所述的农业无人机，所述第二雷达安装于所述机架或所述负载的下方。
如上所述的农业无人机，所述第一雷达、第二雷达、以及第三雷达分别为单独设置的定向雷达；
或者，所述第一雷达、第二雷达、以及第三雷达集成在一起，为相控阵雷达。
如上所述的农业无人机，所述农业无人机为多旋翼无人机。
本实用新型提供的农业无人机，通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的工作状态，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的工作状态的提前调整，与农业无人机根据农业无人机与其正下方的作物之间距离来实时调整农业无人机的飞行高度相比，提高了农业无人机在作业中的效率。。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型农业无人机作业方法实施例一的流程图；
图2为本实用新型农业无人机作业方法实施例二的流程图；
图3为本实用新型确定水平距离和垂直距离的示意图；
图4为本实用新型安装于农业无人机的第一雷达倾斜向下发射雷达波的示意图一；
图5为本实用新型安装于农业无人机的第一雷达倾斜向下发射雷达波的示意图二；
图6为本实用新型农业无人机作业方法实施例三的流程图；
图7为本实用新型农业无人机作业方法实施例四的流程图；
图8为本实用新型第一雷达的结构示意图；
图9为本实用新型第一雷达的发射信号的频率曲线与接收信号的频率曲线的时间关系曲线；
图10为本实用新型农业无人机作业系统的结构示意图；
图11为本实用新型农业无人机的实体结构图一；
图12为本实用新型农业无人机的实体结构图二。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。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。
本实用新型应用于农业无人机，所述农业无人机可以进行农药喷洒、播撒种子等作业。本实用新型是为了解决传统技术中农业无人机在作业中效率较低的问题。
图1为本实用新型农业无人机作业方法实施例一的流程图，本实施例的执行主体可以为所述农业无人机的控制器。如图1所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，其中，所述第一雷达倾斜向下发射雷达波。
本步骤中，所述第一雷达是指其天线为定向天线的雷达。定向天线有较强的方向性，与定向天线相对的天线为全向天线。由于农业无人机在作业的过程中可以关注特定方向的地形信息，因此在农业无人机中可以采用第一雷达。本实用新型实施例中，第一雷达倾斜向下发射雷达波，用以确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。其中，该第一雷达例如可以为脉冲雷达或者连续波雷达。理论上，雷达发射的雷达波的传输特性接近于光波，倾斜入射的雷达波在水平的地面上会产生镜面反射，导致雷达无法收到回波。但是，由于农业无人机特殊的使用环境，在实际使用时雷达波照射的是粗糙地表或者稀疏树叶不规则的表面，这样部分漫反射的雷达波能够作为回波被雷达接收到，因此可以通过倾斜向下发射雷达波的第一雷达来确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。需要说明的是，上述农业无人机上的第一雷达，可以理解为所述第一雷达为所述农业无人机的组成部分，或者也可以理解为所述第一雷达安装于所述农业无人机上。
步骤102、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
本步骤中，所述地形信息指的是用于描述地形的信息。其中，地形指的是地表各种各样的形态，具体指地表以上分布的固定性物体共同呈现出的高低起伏的各种状态。由于农业无人机在作业的过程中处于飞行的状态，农业无人机前方的地面反射物也会随着农业无人机的飞行来改变，因此可以根据农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离来确定农业无人机前方的地形信息。
步骤103、根据所述地形信息，调整所述农业无人机的工作状态。
本步骤中，调整所述农业无人机的工作状态的目的是为使得农业无人机能够准确的完成作业任务，例如，使得药物能够均匀的喷洒在作物的表面。根据前方的地形信息来调整农业无人机的工作状态，与相关技术中根据农业无人机与其正下方的作物之间的距离来调整农业无人机的飞行高度以使得药物能够均匀的喷洒在无人机正下方的作物的表面相比，实现了对农业无人机的工作状态的提前调整，从而提高了农业无人机在作业中的效率。
本实施例中，通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的工作状态，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的工作状态的提前调整，与农业无人机根据农业无人机与其正下方的作物之间距离来实时调整农业无人机的飞行高度相比，提高了农业无人机在作业中的效率。
另外，对于一些特殊地形，例如，山丘的梯田地形，通过第一雷达可以得知前方的地形突变，从而能够及时调整农业无人机的姿态，避免农业无人机因避障不及而直接撞向前方地面，因此，通过第一雷达可以大大提高农业无人机的安全性能。
图2为本实用新型农业无人机作业方法实施例二的流程图，本实施例在图1所示实施例的基础上主要描述了根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，确定所述农业无人机前方的地形信息的一种可选的实现方式。本实施例的执行主体可以为所述农业无人机的控制器，如图2所示，本实施例的方法可以包括：
步骤201、通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，其中，所述第一雷达倾斜向下发射雷达波。
本步骤中，所述地面反射物可以为地面、所述地面上的物体(例如，作物、信号塔、电力塔等)。具体的，可以由第一雷达来确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。其中，所述第一雷达在所述农业无人机上。
步骤202、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离、所述第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离。
本步骤中，如图3所示，其中A表示农业无人机，B表示农业无人机A前方的地面反射物，L表示通过第一雷达测出的农业无人机A与地面反射物B之间的距离，θ表示第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度。具体的，可以根据距离L、角度θ，采用如下公式(1)确定农业无人机A与地面反射物B之间的水平距离H1。可以根据距离L、角度θ，采用如下公式(2)确定农业无人机A与地面反射物B之间的垂直距离H2。
H1＝L×cos(θ) 公式(1)
H2＝L×sin(θ) 公式(2)
其中，上述第一雷达的雷达波的发射方向与第一雷达的天线有关。具体的，天线往某一方向发射，则所发射的雷达波的发射方向也为该方向。
可选的，由于第一雷达的雷达波倾斜向下发射，因此所述第一雷达的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾斜预设角度。其中，所述预设角度具体可以为10度～70度。并且，由于第一雷达的天线相对于第一雷达本身而言是固定的，因此第一雷达安装于农业无人机上之后，第一雷达的天线的方向相对于农业无人机来说是固定的，从而为了使第一雷达的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾斜预设角度，所述第一雷达应具有预设的安装角度。具体的，所述第一雷达可以安装于所述农业无人机的机架或所述机架的负载上。需要说明的是，本实施例中的负载例如可以为摄像装置、云台、容纳箱等可以搭载在所述机架上的设备。
若农业无人机处于平飞的飞行姿态下(如图4所示)，可以仅根据第一雷达的安装角度就可以确定第一雷达的雷达波的发射方向。但是，若农业无人机处于其他飞行姿态(例如，俯冲、爬升、翻滚、加速、减速等)，仅根据第一雷达的安装角度所确定的第一雷达的雷达波的发射方向会出现不准确的问题。因此，进一步的可以根据所述第一雷达的安装角度以及所述农业无人机当前的飞行姿态信息，确定所述第一雷达的雷达波的发射方向。其中，所述飞行姿态信息可以包括飞行姿态，所述飞行姿态例如可以为平飞、爬升、俯冲、翻滚等；当飞行姿态为非平飞姿态时，所述飞行姿态信息还可以包括：所述飞行姿态对应的姿态角。其中，所述飞行姿态信息可以通过安装于所述农业无人机的运动传感器获取，所述运动传感器例如可以为惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)，加速度计，陀螺仪，指南针，高度计等。
如图4所示，农业无人机处于平飞的飞行姿态时，根据第一雷达的安装角度可以确定第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度为30°。如图5所示，当该农业无人机处于俯冲的飞行姿态时，根据雷达的安装角度以及农业无人机当前的飞行姿态信息(例如，姿态角为15°)可以确定第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度为45°。
步骤203、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
本步骤中，假设农业无人机依次获取到其与前方的a、b、c三个地面反射物之间的距离，并根据与a之间的距离确定出与a之间的水平距离为Ha1、垂直距离为Ha2，根据与b之间的距离确定出与b之间的水平距离为Hb1、垂直距离为Hb2，根据与c之间的距离确定出与c之间的水平距离为Hc1、垂直距离为Hc2。若Ha1＝Hb1＝Hc1，且Ha2＝Hb2＝Hc2，则可以确定农业无人机前方的地形平坦。若Ha1>Hb1>Hc1，且Ha2>Hb2>Hc2，则可以确定农业无人机前方的地形上升。若Ha1<Hb1<Hc1，且Ha2<Hb2<Hc2，则可以确定农业无人机前方的地形下降。当地形上升或地形下降时，可以根据Ha1、Hb1、Hc1以及Ha2、Hb2和Hc2的具体数值，确定出地形坡度。需要说明的是，上述Ha1、Hb1、Hc1之间的大小关系以及Ha2、Hb2、Hc2之间的大小关系仅为举例，目的是为了说明根据农业无人机与其前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离，就可以确定出农业无人机前方的地形信息。本实用新型并不限制根据上述水平距离和垂直距离确定地形信息的具体实现方式。
步骤204、根据所述地形信息，调整所述农业无人机的工作状态。
本步骤中，所述工作状态可以包括飞行姿态和/或作业状态。调整农业无人机的飞行姿态可以达到调整农业无人机的作业效果及避开障碍物(例如，信号塔、电力塔)的目的，调整农业无人机的作业状态可以达到调整农业无人机的作业效果的目的，具体的可以根据实际需要仅调整飞行姿态、或者仅调整作业状态、或者同时调整飞行姿态和作业状态。
具体的，可以通过控制所述农业无人机的动力装置来调整所述农业无人机的飞行姿态。其中，动力装置可以包括螺旋桨以及驱动所述螺旋桨转动的电机，可以通过控制电机的转速从而实现对农业无人机的飞行姿态的调整。本步骤中，通过根据地形信息调整农业无人机的飞行姿态，可以使得农业无人机的飞行路线跟随农业无人机前方的地形的变化。可选的，所述飞行姿态可以包括飞行高度。相应的，可以根据地形信息对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行高度，使得农业无人机与其下方的地面或地面上的反射物之间的相对高度固定，或者使得农业无人机能够及早躲避障碍物等。在作业装置的喷头喷洒密度和喷洒范围固定的条件下，相对高度越大则喷洒范围越大、喷洒密度越小。因此，通过调整相对高度可以控制喷洒密度和喷洒范围。
具体的，可以通过控制设置于所述农业无人机上的作业装置来调整所述农业无人机的作业状态。可选的，所述作业状态可以包括：作业装置中的泵的压力值、作业装置中的电机的转速等。所述作业装置例如可以为农药喷洒作业装置或者可以为播撒种子作业装置等。作业装置可以包括容纳箱、导管、泵、喷头。其中，所述导管的一端伸入所述容纳箱中，所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所述泵的排出口与所述喷头连接；所述泵，用于通过所述导管将所述容纳箱中的待喷洒物从所述喷头喷出。具体的，可以控制所述泵的压力值。由于泵的压力值越大，单位时间内从喷头喷洒出的待喷洒物越多，因此通过控制泵的压力值可以控制喷洒的密度。进一步的，所述作业装置还可以包括：用于驱动所述喷头的甩盘转动的电机。具体的，也可以控制所述电机的转速。由于驱动所述喷头的甩盘转动的电机的转速越快，喷头的喷洒半径越大，因此通过调整驱动所述喷头的甩盘转动的电机的转速可以控制喷洒的范围。其中，当所述作业装置为农药喷洒作业装置时，所述容纳箱具体可以为容纳农药的水箱。
本实施例中，通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述距离、所述第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度确定所述农业无人机与所述地面反射物之间的水平距离和垂直距离，根据所述农业无人机与所述地面反射物之间的水平距离和垂直距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的运行状态的提前调整，提高了农业无人机在作业中的效率。
图6为本实用新型农业无人机作业方法实施例三的流程图，本实施例在图1或图2所示实施例的基础上，主要描述了根据地形信息调整农业无人机的运行状态的一种可选的触发条件。本实施例的执行主体可以为所述农业无人机的控制器，如图6所示，本实施例的方法可以包括：
步骤601、通过所述农业无人机上的第二雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面反射物之间的相对高度，其中，所述第二雷达垂直向下发射雷达波。
本步骤中，所述第二雷达安装于所述农业无人机的下方。具体的，所述第二雷达可以安装于所述农业无人机的机架的下方，或者可以安装于所述机架的负载的下方。所述机架包括机身、脚架等，所述第二雷达可以安装于所述机身或者脚架的下方。所述机架的负载例如可以为上述容纳箱、云台、摄像装置等。
步骤602、判断所述农业无人机的速度是否大于预设速度。
本步骤中，当确定所述农业无人机的速度大于所述预设速度时，执行步骤603；当确定所述农业无人机的速度小于或等于所述预设速度时，执行步骤604。由于在农业无人机的速度较低时，对农业无人机的运行状态的调整速度要求也较低，此时可以根据农业无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度也可以实现对农业无人机的运行状态的及时调整。因此在农业无人机的速度小于或等于预设速度时，可以通过执行步骤604来实时调整农业无人机的运行状态。在农业无人机的速度较高时，对农业无人机的运行状态的调整速度要求也较高，此时根据农业无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度已不能及时对农业无人机的运行状态进行调整，而需要根据农业无人机前方的地形信息来对运行状态进行提前调整。因此，在农业无人机的速度大于预设速度时，需要通过执行步骤603来提前调整农业无人机的运行状态。
可替换地，步骤602中也可以判断所述农业无人机的速度是否大于或等于预设速度。当确定所述农业无人机的速度大于或等于预设速度时，执行步骤603；当确定所述农业无人机的速度小于预设速度时，执行步骤604。
步骤603、根据所述地形信息调整农业无人机的运行状态。
需要说明的是，步骤603与步骤204类似，在此不再赘述。
步骤604、根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行状态。
本步骤中，所述运行状态可以包括上述飞行姿态和/或作业状态。其中，调整飞行姿态和调整作业状态都可以达到调整农业无人机的作业效果的目的。具体的，在需要确保农业无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度固定(例如，为预设高度)时，可以通过调整农业无人机的飞行姿态(例如，飞行高度)来实现。在需要确保农业无人机的喷洒密度时，可以通过调整农业无人机的飞行姿态和/或作业状态来实现。其中，关于调整飞行姿态和作业状态的具体实现可以参见上述步骤204，在此不再赘述。
由于第一雷达倾斜向下发射雷达波，基于镜面反射原理及实际使用环境可知，其发射的雷达波对应的回波较第二雷达垂直向下发射的雷达波对应的回波要弱，而雷达测距都是基于回波来测量的，因此第二雷达所测的结果相比于第一雷达要更加准确。因此，在地形信息指示农业无人机前方的地形平坦时，可以通过根据第二雷达的相对高度对第一雷达确定的距离进行调整，以提高第一雷达所确定的距离的准确性。因此，本实施例的方法还可以包括：当所述地形信息指示所述农业无人机前方的地形平坦时，根据所述相对高度，对通过所述第一雷达确定的所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离进行调整。具体的，当地形平坦时，可以基于根据第一雷达确定的距离所确定出的垂直距离应与第二雷达确定的相对高度相等的原则，来对第一雷达确定的距离进行调整。
可选的，本实施例中还可以采用专用的避障雷达(即第三雷达)通过执行如下步骤605和步骤606实现农业无人机避障操作。
步骤605、通过所述农业无人机上的第三雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，其中，所述第三雷达水平发射雷达波。
本步骤中，可选的，所述第三雷达安装在所述农业无人机的机架或所述机架的负载的前方，和/或，所述第三雷达安装在所述机架或所述负载的后方。所述障碍物例如可以为建筑物、信号塔、电力塔、其他飞行物等会阻碍所述农业无人机飞行的物体。需要说明的是，第一雷达和第三雷达都可以确定农业无人机与障碍物之间的距离，但是由于其雷达波的方向不同，所针对的障碍物的类型也不同。其中，第一雷达主要针对地面上的障碍物，第三雷达主要针对于与农业无人机的飞行高度相当的空中的障碍物。
步骤606、根据所述农业无人机与所述障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
本步骤中，具体的，当所述农业无人机与所述障碍物之间的距离大于预设距离时，可以不采取避障操作；当所述农业无人机与所述障碍物之间的距离小于或等于预设距离时，可以采取避障操作。所述避障操作例如可以为改变所述农业无人机的飞行姿态。
需要说明的是，步骤605-步骤606与步骤601-步骤604之间并没有先后顺序的限制。
本实施例中，通过当所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整农业无人机的运行状态，当所述农业无人机的速度小于预设速度时，根据相对高度调整所述农业无人机的运行状态，实现了在根据农业无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度已不能及时对农业无人机的运行状态进行调整时，根据农业无人机前方的地形信息来对运行状态进行提前调整，提供了农业无人机的运行状态的调整效率，从而提高了农业无人机在作业中的效率。
图7为本实用新型农业无人机作业方法实施例四的流程图，本实施例主要描述了所述农业无人机上的第一雷达确定农业无人机与农业无人机前方的地面反射物之间的距离的具体实现方式。如图7所示，本实施例的方法可以包括：
步骤701、向所述农业无人机前方地面发射雷达波。
本步骤中，第一雷达发射的雷达波的传输特性接近于光波，理论上倾斜入射的雷达波在水平的地面上会产生镜面反射，导致第一雷达无法收到回波。但是，由于农业无人机特殊的使用环境，在实际使用时雷达波照射的是粗糙地表或者稀疏树叶不规则的表面，这样部分漫反射的雷达波能够作为回波被雷达接收到。因此第一雷达可以向农业无人机前方地面发射雷达波，并在步骤702中接收到经农业无人机前方的地面反射物后反射回的回波。
步骤702、接收所述雷达波经所述农业无人机前方的地面反射物后，反射回的回波。
本步骤中，所述地面反射物具体可以为地面、所述地面上的作物等。
步骤703、根据所述雷达波和所述回波，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。
具体的，如图8所示，以第一雷达为调频连续波(FMCW，Frequency ModulatedContinuous Wave)雷达为例，其主要包括信号处理模块和射频前端。其中，信号处理模块包括控制器(例如，数字信号处理(DSP，Digital Signal Process)芯片等)，信号处理模块主要用于产生调制信号，并根据A/D采集的差频信号确定距离。信号处理模块还可以包括例如闪存(FLASH)、随机存取存储器(RAM，Random-Access Memory)、只读存储器(ROM，read-onlymemory)等用于存储数据的存储器。射频前端包括两路，第一路用于接收，第二路用于发送。第一路通过压控振荡器(VCO，Voltage Controlled Oscillator)对信号处理模块产生的调制波形进行调压以产生线性调频信号(线性调频信号的发射频率可以在24GHz)，并在对线性调频信号通过功率放大器(PA，Power Amplifier)进行放大后，通过发射天线TX向农业无人机前方地面发出(这里，发射天线TX发出的即为步骤701所述的雷达波)。发射天线发出的雷达波经农业无人机前方的地面反射物后的信号(即，步骤702所述的回波)，被第二路通过接收天线RX接收，对接收到的信号通过低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)进行低噪声放大，并对进行低噪声放大后的信号进行混频(其中，混频具体是将雷达波对应的信号与回波对应的信号进行混频)来得到差频信号。进一步的，该差频信号经过A/D采集进入信号处理模块后，由信号处理模块根据该差频信号确定距离。其中，上述第一路和第二路还分别可以包括功率分配器(简称功分)。上述接收天线和发射天线具体可以采用微带天线。
在通过差频信号确定距离时，具体可以通过雷达波对应的信号(即，发射信号)与回波对应的信号(即，接收信号)之间的时间延迟来确定。以调制信号为经锯齿波调制的调制信号为例，第一雷达的发射信号的频率曲线(即，发射频率曲线)与接收信号的频率曲线(即，接收频率曲线)的时间相关曲线如图9所示，其中f表示频率，t表示时间。如图9所示，发射频率曲线F发射与接收频率曲线F接收的唯一区别是时间延迟，在某一时刻t0时的瞬时接收信号，其频率低于瞬时发射频率(对于升坡曲线而言)，原因是发射信号的频率处于不断升高的状态。如果在混频器中混合发射信号和接收信号，就会生成一个恒定的差频信号fD，其中包含所需的距离信息。而且，差频信号fD的频率越高，与目标之间的距离越远。具体的，如下公式(3)或公式(4)说明了距离R与差频信号fD的关系。
其中，R为距离，Δf为调频宽度，T为锯齿波重复周期，f为调频速度，C0为光速，fD为差频信号。
本实施例中，通过安装于农业无人机的第一雷达向所述农业无人机前方地面发射雷达波，接收所述雷达波经所述农业无人机前方的地面反射物后，反射回的回波，并根据所述雷达波和所述回波，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，实现了通过第一雷达获得农业无人机与其前方的地面反射物之间的距离，与传统技术中雷达向农业无人机的正下方发射雷达波，根据所发射的雷达波与回波确定农业无人机与其正下方的反射物间的距离相比，使得农业无人机的控制器能够根据农业无人机与其前方的地面反射物之间的距离确定农业无人机前方的地形信息，并进一步根据地形信息调整运行状态，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的运行状态的提前调整，提高了农业无人机在作业中的效率。
图10为本实用新型农业无人机作业系统的结构示意图；如图10所示，本实施例的农业无人机作业系统可以包括：农业无人机上的第一雷达1001和所述农业无人机的控制器1002；其中，第一雷达1001，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；控制器1002，与第一雷达1001通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态。
可选的，所述运行状态包括：飞行姿态和/或作业状态。
可选的，控制器1002根据所述距离，确定所述农业无人机前方的地形信息，具体包括：
根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离、第一雷达1001的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离；根据所述农业无人机与所述地面反射物之间的水平距离和垂直距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
可选的，控制器1002还用于：根据第一雷达1001的安装角度，确定第一雷达1001的雷达波的发射方向。
可选的，本实施例的系统还包括：运动传感器1003；运动传感器1003，用于获取所述农业无人机当前的飞行姿态信息；控制器1002与运动传感器1003通信连接；其中，控制器1002，用于根据第一雷达1001的安装角度以及所述飞行姿态信息，确定第一雷达1001的雷达波的发射方向。
可选的，运动传感器1003包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，高度计。
可选的，本实施例的系统还包括：所述农业无人机上的第二雷达1004；
第二雷达1004，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
控制器1002，与第二雷达1004通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态。
可选的，控制器1002还用于：在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行状态。
可选的，控制器1002还用于：根据所述相对高度，对通过第一雷达1001确定的所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离进行调整。
进一步可选的，本实施例的系统还包括：所述农业无人机上的第三雷达1005；
第三雷达1005，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
控制器1002，与第三雷达1005通信连接，还用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
可选的，第一雷达1001的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾斜预设角度，使所述第一雷达1001具有预设的安装角度。
由于所述农业无人机可以正飞也可以倒飞，因此进一步可选的，第一雷达1001的个数为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。具体的，可以分别设于所述农业无人机的机架或所述机架的负载的前方；和/或，可以分别设于所述机架或所述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过设于所述机架或所述负载的前方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；当农业无人机倒飞时，通过设于所述机架或所述负载的后方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。
同样的，第三雷达1005的个数可以为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。具体的，可以分别设于所述机架或所述负载的前方；和/或，可以分别设于所述机架或所述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过设于所述机架或所述负载的前方的第三雷达确定农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；当农业无人机倒飞时，通过设于所述机架或所述负载的后方的第三雷达确定农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离。
需要说明的是，本实用新型中农业无人机前方与农业无人机的飞行方向一致，农业无人机的机架的前方以及负载的前方与农业无人机的机头所在的方向一致，机架的后方以及负载的后方与农业无人机的机尾所在的方向一致。
可选的，第二雷达1004安装于所述农业无人机的机架的下方或所述机架的负载的下方。其中，当第二雷达1004安装于所述机架的下方时，具体可以安装于所述机架的机体或所述机架的脚架等的下方。
可选的，所述地面反射物为地面或所述地面上的作物。
本实施例的系统中的控制器，可以用于执行图1、图2或图6所示方法实施例的技术方案，本实施例的系统中的第一雷达，可以用于执行图7所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图11为本实用新型农业无人机的实体结构图一，图12为本实用新型农业无人机的实体结构图二。如图11和图12所示，本实施例的农业无人机包括机架1101，设置于机架1101的控制器(未示出)，安装于机架1101上或机架1101的负载(例如容纳箱11041)上的第一雷达1102以及设置于机架1101上的动力装置。其中，第一雷达1102，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；所述控制器，与第一雷达1102通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的工作状态；所述控制器，与所述动力装置通信连接，用于对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行姿态。
可选的，所述工作状态包括：飞行姿态和/或作业状态。
可选的，所述飞行姿态包括飞行高度，所述控制器根据所述地形信息对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行高度。
可选的，机架1101包括：机身；所述机身包括机体中心部11011和沿机体中心部11011延伸的至少一个机臂11012；所述动力装置设置于机臂11012上。
可选的，所述动力装置包括：螺旋桨11031和电机11032，电机11032驱动螺旋桨11031转动；
所述控制器，能够控制电机11032的转速，以调节所述飞行姿态。
可选的，所述农业无人机还包括：设置于机架1101的作业装置；
所述控制器，与所述作业装置电连接，对所述作业装置进行控制，以调节所述作业状态。
进一步可选的，所述作业装置包括容纳箱11041、导管(未示出)、泵(未示出)、喷头11042；所述导管的一端伸入容纳箱11041中，所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所述泵的排出口与喷头11042连接；所述泵，用于通过所述导管将容纳箱11041中的待喷洒物从喷头11042喷出；所述控制器，与所述泵电连接，用于控制所述泵的压力值。
进一步可选的，所述作业装置还包括：用于驱动喷头11042的甩盘转动的电机(未示出)；所述控制器，与所述电机电连接，用于控制所述电机的转速。
可选的，所述农业无人机前方的地形信息与所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离相关，其中，所述水平距离和垂直距离由所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离以及第一雷达1102的雷达波的发射方向确定。
可选的，第一雷达1102的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾(未示出)斜预设角度，使第一雷达1102具有预设的安装角度。
进一步可选的，所述预设角度为10度～70度。
可选的，所述农业无人机还包括：设置于机架1101的运动传感器(未示出)，所述运动传感器用于获取所述农业无人机当前的飞行姿态信息；所述控制器与所述运动传感器通信连接；其中，所述控制器，用于根据所述第一雷达的安装角度以及所述飞行姿态信息，确定第一雷达1102的雷达波的发射方向。
进一步可选的，所述运动传感器包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，高度计。
可选的，本实施例的农业无人机还包括：安装于机架1101上或机架1101的负载(例如，容纳箱11041)上的第二雷达1105；
第二雷达1105，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
所述控制器，与第二雷达1105通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态。
可选的，在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，所述控制器根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行状态。
可选的，本实施例的农业无人机还包括：安装于机架1101上或机架1101的负载(例如，容纳箱11041)上的第三雷达1106；
第三雷达1106，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
所述控制器，与第三雷达1106通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
可选的，上述地面反射物为地面或所述地面上的作物。
可选的，第一雷达1102的个数为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。具体的，可以分别设于机架1101或机架1101的负载的前方；和/或，可以分别设于机架1101或所述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过设于机架1101或所述负载的前方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；当农业无人机倒飞时，通过设于机架1101或所述负载的后方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。
同样的，第三雷达1106的个数可以为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。具体的，可以分别设于机架1101或所述负载的前方；和/或，可以分别设于机架1101或所述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过设于机架1101或所述负载的前方的第三雷达确定农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；当农业无人机倒飞时，通过设于机架1101或所述负载的后方的第三雷达确定农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离。
需要说明的是，本实用新型中农业无人机前方与农业无人机的飞行方向一致，农业无人机的机架的前方以及负载的前方与农业无人机的机头所在的方向一致，机架的后方以及负载的后方与农业无人机的机尾所在的方向一致。
可选的，第二雷达1105安装于机架1101或所述负载(例如，容纳箱11041)的下方。其中，当第二雷达1105安装于机架1101的下方时，具体可以安装于机体或脚架等的下方。
可选的，本实用新型中上述农业无人机具体可以为多旋翼无人机，例如四旋翼无人机。
需要说明的是，图11和图12中以第一雷达、第二雷达和第三雷达安装于容纳箱(例如，水箱)上为例。具体的，第一雷达1102设于所述农业无人机的水箱上；或/及，第二雷达1105设于所述农业无人机的水箱上；或/及，第二雷达1106设于所述农业无人机的水箱上。通过将雷达设于水箱上，可以避免雷达被机架或机架上的其他负载的结构遮挡，例如，螺旋桨，脚架等。
本实施例中，第一雷达倾斜向下发射雷达波，其所发射的雷达波可以由图11中从第一雷达1102所延伸出的虚线表示。第二雷达垂直向下发射雷达波，其所发射的雷达波可以由图11中从第二雷达1105所延伸出的虚线表示。第三雷达水平发射雷达波，其所发射的雷达波可以由图11中从第三雷达1106所延伸出的虚线表示。
本实施例的农业无人机中的控制器，可以用于执行图1、图2或图6所示方法实施例的技术方案，本实施例的农业无人机中的第一雷达，可以用于执行图7所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
需要说明的是，图11和图12只是以示例的形式示意出一种农业无人机的实体结构图，并不是对农业无人机结构的限定，本实用新型对农业无人机的结构不作具体限定。
需要说明的是，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达可以为定向雷达、相控阵雷达。例如，在图11和图12所示的实施例中，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达分别为单独设置的定向雷达，在其他实施例中，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达集成在一起，为相控阵雷达。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种农业无人机，其包括机架，设置于所述机架的控制器，其特征在于，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述机架的负载上的第一雷达，以及设置于所述机架上的动力装置；
所述第一雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；以及
所述控制器，与所述第一雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的工作状态；
所述控制器，与所述动力装置通信连接，用于对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的农业无人机，其特征在于，所述工作状态包括：飞行姿态和/或作业状态。
3.根据权利要求2所述的农业无人机，其特征在于，所述飞行姿态包括飞行高度，所述控制器根据所述地形信息对所述动力装置进行控制，以控制所述农业无人机的飞行高度。
4.根据权利要求2所述的农业无人机，其特征在于，所述动力装置包括：螺旋桨和电机，所述电机驱动所述螺旋桨转动；
所述控制器，能够控制所述电机的转速，以调节所述飞行姿态。
5.根据权利要求2所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机还包括：设置于所述机架的作业装置；
所述控制器，与所述作业装置电连接，对所述作业装置进行控制，以调节所述作业状态。
6.根据权利要求5所述的农业无人机，其特征在于，所述作业装置包括容纳箱、导管、泵、喷头；所述导管的一端伸入所述容纳箱中，所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所述泵的排出口与所述喷头连接；
所述泵，用于通过所述导管将所述容纳箱中的待喷洒物从所述喷头喷出；
所述控制器，与所述泵电连接，用于控制所述泵的压力值。
7.根据权利要求6所述的农业无人机，其特征在于，所述作业装置还包括：用于驱动所述喷头的甩盘转动的电机；
所述控制器，与所述电机电连接，用于控制所述电机的转速。
8.根据权利要求1-7任一项所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机前方的地形信息与所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离相关，其中，所述水平距离和垂直距离由所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离以及所述第一雷达的雷达波的发射方向确定。
9.根据权利要求8所述的农业无人机，其特征在于，所述第一雷达的天线相较于所述农业无人机的航向轴倾斜预设角度，使所述第一雷达具有预设的安装角度。
10.根据权利要求9所述的农业无人机，其特征在于，所述预设角度为10度～70度。
11.根据权利要求10所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机还包括：设置于所述机架的运动传感器，所述运动传感器用于获取所述农业无人机当前的飞行姿态信息；
所述控制器与所述运动传感器通信连接；
其中，所述控制器，用于根据所述第一雷达的安装角度以及所述飞行姿态信息，确定所述第一雷达的雷达波的发射方向。
12.根据权利要求11所述的农业无人机，其特征在于，所述运动传感器包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，高度计。
13.根据权利要求1-7任一项所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述负载上的第二雷达；
所述第二雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
所述控制器，与所述第二雷达通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态。
14.根据权利要求13所述的农业无人机，其特征在于，在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，所述控制器根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行状态。
15.根据权利要求1～7任一项所述的农业无人机，其特征在于，所述第一雷达为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。
16.根据权利要求1-7任一项所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述负载上的第三雷达；
所述第三雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
所述控制器，与所述第三雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
17.根据权利要求16所述的农业无人机，其特征在于，所述第三雷达为多个，分别设于所述农业无人机的机头与机尾部位。
18.根据权利要求1-7任一项所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机还包括：第二雷达和第三雷达；
所述第二雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之间的相对高度；
所述控制器，与所述第二雷达通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行状态；
所述第三雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离；
所述控制器，与所述第三雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作；
其中，所述第一雷达、所述第二雷达、所述第三雷达中的至少一个设于所述农业无人机的水箱上。
19.根据权利要求13所述的农业无人机，其特征在于，所述第二雷达安装于所述机架或所述负载的下方。
20.根据权利要求18所述的农业无人机，其特征在于，所述第一雷达、第二雷达、以及第三雷达分别为单独设置的定向雷达；
或者，所述第一雷达、第二雷达、以及第三雷达集成在一起，为相控阵雷达。
21.根据权利要求1所述的农业无人机，其特征在于，所述农业无人机为多旋翼无人机。
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