本發(fā)明涉及植保無人機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種基于速度檢測(cè)的多旋翼無人機(jī)噴灑控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)土地生產(chǎn)規(guī)模化逐步推進(jìn)，但是農(nóng)村勞動(dòng)力的短缺與其背道而馳，一定程度上影響了推進(jìn)，節(jié)省勞動(dòng)力且能規(guī)?；呀?jīng)成為農(nóng)業(yè)從事者中普遍化的需求。使用無人機(jī)進(jìn)行植保解決了勞動(dòng)力短缺的問題，并且提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

通過無人機(jī)進(jìn)行植保的方法為：對(duì)植保作業(yè)區(qū)進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)作業(yè)區(qū)面積設(shè)計(jì)通電導(dǎo)軌支桿分布位置；安裝通電導(dǎo)軌支桿、通電導(dǎo)軌和導(dǎo)電滑塊；接通電源和無人機(jī)，實(shí)施農(nóng)業(yè)植保作業(yè)。通過無人機(jī)實(shí)施植保作業(yè)包括多旋翼無人機(jī)噴灑方法，現(xiàn)有技術(shù)中的噴灑控制方法為：控制器根據(jù)氣象檢測(cè)(風(fēng)向和風(fēng)速)、飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)(飛行高度和飛行速度)而來的信息，再控制噴灑裝置完成藥物、水、保養(yǎng)物等植保物的噴灑，達(dá)到植物保護(hù)的目的。

現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于，1)未考慮植保物對(duì)無人機(jī)本身的影響，在多數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致植保物噴灑于無人機(jī)上，腐蝕、滲透無人機(jī)，使無人機(jī)壽命大大縮減；2)亦未考慮植保物對(duì)農(nóng)作物的影響，飄落至無人機(jī)上的植保物會(huì)凝結(jié)成液滴，滴落至農(nóng)作物上損壞農(nóng)作物；3)造成植保物的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于速度檢測(cè)的多旋翼無人機(jī)噴灑控制方法及系統(tǒng)，以解決1)植保物對(duì)無人機(jī)本身的影響問題；2)植保物對(duì)農(nóng)作物的影響問題；3)植保物的浪費(fèi)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于速度檢測(cè)的多旋翼無人機(jī)噴灑控制方法，包括以下步驟：

檢測(cè)無人機(jī)的飛行速度和飛行方向；

將飛行速度和方向按機(jī)頭朝向進(jìn)行矢量的正交分解，確定機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2；

根據(jù)所述機(jī)頭朝向的分速度V1和所述橫向分速度V2，控制一部分水泵打開，另一部分水泵關(guān)閉。

上述的噴灑控制方法，當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1或V2低于設(shè)定閾值時(shí)，關(guān)閉所有水泵。

上述的噴灑控制方法，根據(jù)無人機(jī)工作環(huán)境中風(fēng)速度、方向和所述V1、V2調(diào)節(jié)噴頭的噴灑角度。

上述的噴灑控制方法，在無人機(jī)飛行時(shí)，控制在前進(jìn)方向后方的水泵打開，前方的水泵關(guān)閉。

基于速度檢測(cè)的多旋翼無人機(jī)噴灑控制系統(tǒng)，包括：飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元、矢量分解單元以及控制單元，

所述飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元，用以檢測(cè)無人機(jī)的飛行速度和飛行方向；

所述矢量分解單元與控制單元連接，用以將飛行速度和方向按機(jī)頭朝向進(jìn)行矢量的正交分解，確定機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2；

所述控制單元與所述飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元連接，用以根據(jù)所述機(jī)頭朝向的分速度V1和所述橫向分速度V2，控制一部分水泵打開，另一部分水泵關(guān)閉。

上述的噴灑控制系統(tǒng)，所述控制單元與噴灑系統(tǒng)連接，所述噴灑系統(tǒng)包括：前方噴灑系統(tǒng)和后方噴灑系統(tǒng)，用以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行噴灑。

上述的噴灑控制系統(tǒng)，所述控制單元與前方噴灑系統(tǒng)連接，用以在無人機(jī)飛行時(shí)，控制前方噴灑系統(tǒng)在前進(jìn)方向后方的水泵打開，前方的水泵關(guān)閉。

所述控制單元與后方噴灑系統(tǒng)連接，用以在無人機(jī)飛行時(shí)，控制前方噴灑系統(tǒng)在前進(jìn)方向后方的水泵打開，前方的水泵關(guān)閉。

上述的噴灑控制系統(tǒng)，當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1低于設(shè)定閾值時(shí)，控制前方噴灑系統(tǒng)和/或后方噴灑系統(tǒng)關(guān)閉所有水泵。

上述的噴灑控制系統(tǒng)，所述噴灑系統(tǒng)包括：水泵、噴頭及噴頭角度控制裝置，

所述水泵，用以采集植物保護(hù)液；

所述噴頭與水泵連接，用以將植物保護(hù)液噴灑至外界；

所述噴頭角度控制裝置與所述噴頭連接，用以根據(jù)無人機(jī)工作環(huán)境中風(fēng)速度、風(fēng)向和所述V1、V2調(diào)節(jié)噴頭的噴灑角度；

上述的噴灑控制系統(tǒng)，所述噴頭包括霧化器、驅(qū)動(dòng)裝置，

所述霧化器，用以將植物保護(hù)液轉(zhuǎn)換為霧氣顆粒；

所述驅(qū)動(dòng)裝置和霧化器連接，用以調(diào)節(jié)霧化程度的大小。

本發(fā)明的有益效果：

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的基于多旋翼無人機(jī)速度檢測(cè)的噴灑控制方法，包括獲取機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2，并通過其對(duì)水泵實(shí)施控制，具有以下有益效果：

1)通過對(duì)水泵的控制使無人機(jī)前進(jìn)方向上的水泵關(guān)閉，后方的水泵打開，使植保物在無人機(jī)的后方，不會(huì)飄落到無人機(jī)上，不會(huì)因此使無人機(jī)壽命縮減、農(nóng)作物損壞，并且節(jié)約了植保物；

2)通過分速度V1使農(nóng)作物對(duì)于植保物的攝取量維持在一個(gè)對(duì)其沒有反作用的狀態(tài)；

3)調(diào)節(jié)噴灑角度可消除風(fēng)對(duì)噴灑的影響，使植保物在有風(fēng)的情況下也能噴灑至相應(yīng)的位置，且不會(huì)飄落至無人機(jī)上。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的基于多旋翼無人機(jī)速度檢測(cè)的噴灑控制系統(tǒng)，包括飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元、矢量分解單元、控制單元、噴灑系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1)通過飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元、矢量分解單元、控制單元實(shí)現(xiàn)在無人機(jī)前進(jìn)方向上的水泵關(guān)閉，后方的水泵打開，使植保物在無人機(jī)的后方，不會(huì)飄落到無人機(jī)上，不會(huì)因此使無人機(jī)壽命縮減、農(nóng)作物損壞，并且節(jié)約了植保物；

2)通過噴灑系統(tǒng)中的噴頭角度控制裝置消除風(fēng)對(duì)噴灑的影響，使植保物在有風(fēng)的情況下也能噴灑至相應(yīng)的位置，且不會(huì)飄落至無人機(jī)上；

3)通過分速度V1使農(nóng)作物對(duì)于植保物的攝取量維持在一個(gè)對(duì)其沒有反作用的狀態(tài)；

4)通過噴灑系統(tǒng)中的噴頭實(shí)現(xiàn)植保物霧化程度的控制，可根據(jù)農(nóng)作物的不同調(diào)整不同霧氣顆粒，達(dá)到不損壞農(nóng)作物的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)噴灑控制方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)噴灑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的前方/后方噴灑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(A)-圖4(B)多旋翼無人機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)比圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的飛行速度、方向矢量正交分解的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)噴灑控制方法流程示意圖，包括以下步驟：

S101、檢測(cè)無人機(jī)的飛行速度和飛行方向；具體的，通過飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)對(duì)無人機(jī)的飛行速度和飛行方向進(jìn)行檢測(cè)，飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)包括但不限于，速度檢測(cè)傳感技術(shù)、加速度傳感技術(shù)、電子磁羅盤技術(shù)等。優(yōu)選的，首先，人員通過無人機(jī)控制器控制無人機(jī)以一定的速度沿一個(gè)方向飛行，然后無人機(jī)自動(dòng)觸發(fā)檢測(cè)，最后，對(duì)無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)；也可是，人員通過控制器發(fā)送一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，無人機(jī)收到該檢測(cè)信號(hào)開始對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)；檢測(cè)得到的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)入緩存。

在一些實(shí)施例中，飛行數(shù)據(jù)包括但不限于，無人機(jī)飛行速度、無人機(jī)飛行方向、風(fēng)速度、風(fēng)方向等數(shù)據(jù)。

S102、將飛行速度和方向按機(jī)頭朝向進(jìn)行矢量的正交分解，確定機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2；機(jī)頭朝向是指為機(jī)器提供參照的方向量，理論上機(jī)頭朝向可以是以無人機(jī)所在的面為基準(zhǔn)面以無人機(jī)為中心的任意一個(gè)方向，無論哪個(gè)方向得到的對(duì)水泵11的最終控制效果實(shí)際上一致，因此只需要選擇其中一個(gè)方向即可；矢量的正交分解如圖5所示，為帶有方向的速度的分解，并且分成兩個(gè)相互垂直的分速度；具體的，對(duì)飛行速度和飛行方向進(jìn)行矢量正交分解，分解為相互垂直的兩個(gè)分速度，分別為機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2，并將上述數(shù)據(jù)進(jìn)入緩存。

在一些實(shí)施例中，所述無人機(jī)為四旋翼的，且依次呈90度設(shè)置于所述無人機(jī)上，則機(jī)頭朝向在分別與兩個(gè)旋翼均呈45度處，使人員更容易辨別方位實(shí)施飛行操作，使無人機(jī)有參照量，省去繁雜、多余的計(jì)算過程亦能達(dá)到測(cè)速、測(cè)方向的效果。

在一些實(shí)施例中，所述無人機(jī)為六旋翼的，且依次呈60度設(shè)置于所述無人機(jī)上，則機(jī)頭朝向在分別與兩個(gè)旋翼均呈30度處，同上述實(shí)施例有益效果，并且加大了無人機(jī)的飛行可控性。

在一些實(shí)施例中，根據(jù)無人機(jī)工作環(huán)境中風(fēng)速度、風(fēng)方向和所述V1、V2調(diào)節(jié)噴頭12的噴灑角度，通過對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向以及結(jié)合V1、V2的分析，達(dá)到調(diào)節(jié)噴頭12的目的，從而消除風(fēng)對(duì)無人機(jī)最終噴灑效果的影響，使其仍可以對(duì)相應(yīng)的農(nóng)作物實(shí)施較為準(zhǔn)確的噴灑。

S103、根據(jù)所述機(jī)頭朝向的分速度V1和所述橫向分速度V2，控制一部分水泵11打開，另一部分水泵11關(guān)閉。在無人機(jī)飛行時(shí)，控制在前進(jìn)方向后方的水泵11打開，前方的水泵11關(guān)閉。具體的，通過對(duì)機(jī)頭朝向的分速度V1和所述橫向分速度V2的分析，控制前進(jìn)方向后方的水泵11打開，控制前方的水泵11關(guān)閉，前方和后方的控制觸發(fā)方式不一致，當(dāng)觸發(fā)控制前方水泵11的同時(shí)必然會(huì)讓后方水泵11停止，反之亦然。使植保物始終飄落在無人機(jī)的后方，不會(huì)飄落到無人機(jī)上，不會(huì)因此使無人機(jī)壽命縮減、農(nóng)作物損壞，并且在一定程度上避免了植保物的浪費(fèi)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1低于設(shè)定閾值V0時(shí)，關(guān)閉所有水泵11，如此可避免在作業(yè)中由于速度過慢導(dǎo)致的農(nóng)作物受料過多的情況，并且避免了對(duì)藥物的浪費(fèi)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1高于設(shè)定閾值V0時(shí)，控制在前進(jìn)方向后方的水泵打開，前方的水泵關(guān)閉。

在一些實(shí)施例中，前方/后方(以機(jī)頭方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，前方即機(jī)頭方向)水泵11的控制方式為繼電器控制，當(dāng)V1大于V0，且前進(jìn)方向上的水泵11為前方水泵11，輸入高電平，則繼電器控制與后方水泵11連接的常開開關(guān)閉合，與前方水泵11連接的常閉開關(guān)打開；若前進(jìn)方向上的水泵11為后方水泵11，輸入低電平，則繼電器不動(dòng)作，后方水泵11停止，前方水泵11動(dòng)作?？蛇x的，水泵的控制方式也可以現(xiàn)有技術(shù)中的是其他控制方式，如基于plc的軟件控制、單片機(jī)控制等。

在一些實(shí)施例中，設(shè)定閾值為0.5m/s，所述繼電器與電源之間連接有總開關(guān)，當(dāng)V1小于或等于0.5m/s時(shí)，總開關(guān)不動(dòng)作，所述繼電器處于無電狀態(tài)；當(dāng)V1大于0.5m/s時(shí)，總開關(guān)閉合，所述繼電器根據(jù)上述控制方式控制打開相應(yīng)的水泵11。

在一些實(shí)施例中，所述水泵11與儲(chǔ)物盒連接，所述儲(chǔ)物盒用以存放植物保護(hù)液，使無人機(jī)能夠通過其承載一定量的植物保護(hù)液。

在一些實(shí)施例中，所述水泵11，用以采集植物保護(hù)液；所述噴頭12與水泵11連接，用以將植物保護(hù)液噴灑至外界，使植物保護(hù)液以適合農(nóng)作物的形態(tài)飄落。

在一些實(shí)施例中，所述噴頭12包括霧化器122、驅(qū)動(dòng)裝置121，所述霧化器122，用以將植物保護(hù)液轉(zhuǎn)換為霧氣顆粒；所述驅(qū)動(dòng)裝置121和霧化器122連接，用以調(diào)節(jié)霧化程度的大小，使植物保護(hù)液霧化飄落，消除了液體、液流等形態(tài)對(duì)農(nóng)作物的不良影響，并使農(nóng)作物可以被充分灌溉；也可以通過改變液滴的大小減小植保液的漂移。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的基于多旋翼無人機(jī)速度檢測(cè)的噴灑控制方法，包括獲取機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2，并通過其對(duì)水泵11實(shí)施控制，具有以下有益效果：

1)通過對(duì)水泵11的控制使無人機(jī)前進(jìn)方向上的水泵11關(guān)閉，后方的水泵11打開，使植保物在無人機(jī)的后方，不會(huì)飄落到無人機(jī)上，不會(huì)因此使無人機(jī)壽命縮減、農(nóng)作物損壞，并且節(jié)約了植保物；

2)通過分速度V1使農(nóng)作物對(duì)于植保物的攝取量維持在一個(gè)對(duì)其沒有反作用的狀態(tài)；

3)調(diào)節(jié)噴灑角度可消除風(fēng)對(duì)噴灑的影響，使植保物在有風(fēng)的情況下也能噴灑至相應(yīng)的位置，且不會(huì)飄落至無人機(jī)上。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的多旋翼無人機(jī)噴灑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；包括：飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元20、矢量分解單元30以及控制單元10，

所述飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元20，用以檢測(cè)無人機(jī)的飛行速度和飛行方向；

所述矢量分解單元30與控制單元10連接，用以將飛行速度和方向按機(jī)頭朝向進(jìn)行矢量的正交分解，確定機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向的分速度V2；

所述控制單元10與所述飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元20連接，用以根據(jù)所述機(jī)頭朝向的分速度V1和所述橫向分速度V2，控制一部分水泵11打開，另一部分水泵11關(guān)閉。

在一些實(shí)施例中，所述控制單元10還與噴灑系統(tǒng)40連接，所述噴灑系統(tǒng)40包括：前方噴灑系統(tǒng)40和后方噴灑系統(tǒng)40，前方/后方系統(tǒng)均用以當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1或橫向分速度V2高于第二設(shè)定閾值V0時(shí)，控制前方/后方噴灑系統(tǒng)40在前進(jìn)方向后方的水泵11打開，前方的水泵11關(guān)閉。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述機(jī)頭朝向的分速度V1低于設(shè)定閾值時(shí)，控制前方噴灑系統(tǒng)40和/或后方噴灑系統(tǒng)40關(guān)閉所有水泵11。

在一些實(shí)施例中，所述噴灑系統(tǒng)40包括：水泵11、噴頭12及噴頭12角度控制裝置13，

所述水泵11，用以采集植物保護(hù)液；

所述噴頭12與水泵11連接，用以將植物保護(hù)液噴灑至外界；

所述噴頭角度控制裝置13與所述噴頭12連接，用以根據(jù)無人機(jī)工作環(huán)境中風(fēng)速度、風(fēng)向和所述V1、V2調(diào)節(jié)噴頭12的噴灑角度；

具體的，首先通過飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)對(duì)無人機(jī)的飛行速度、飛行方向、風(fēng)速度、風(fēng)方向進(jìn)行檢測(cè)，飛行數(shù)據(jù)檢測(cè)單元20包括但不限于，速度檢測(cè)傳感器、加速度傳感器、電子磁羅盤等；通過矢量分解單元30完成對(duì)檢測(cè)得到的飛行數(shù)據(jù)中飛行速度、飛行方向的矢量分解，獲得機(jī)頭朝向的分速度V1和橫向分速度V2，并通過噴頭角度控制裝置13中無人機(jī)工作環(huán)境風(fēng)速度、方向和所述V1、V2調(diào)節(jié)噴頭12的噴灑角度；最后判斷V1、V2是否達(dá)到閾值，若達(dá)到，控制相應(yīng)的噴灑系統(tǒng)40(前方或后方)完成噴灑，若未達(dá)到，人員控制無人機(jī)加速飛行以達(dá)到或超過閾值；當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，首先控制相應(yīng)的泵動(dòng)作，從儲(chǔ)物盒中泵取植保液，進(jìn)入噴頭12，通過噴頭12處理將植物保護(hù)液噴灑至外界。

如圖3所示，,本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的前方/后方噴灑系統(tǒng)40結(jié)構(gòu)示意圖；進(jìn)一步的，所述噴頭12包括霧化器122、驅(qū)動(dòng)裝置121，

所述霧化器122，用以將植物保護(hù)液轉(zhuǎn)換為霧氣顆粒；

所述驅(qū)動(dòng)裝置121和霧化器122連接，用以調(diào)節(jié)霧化程度的大小。

具體的，將泵取的植保液送入噴頭12，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)裝置121驅(qū)動(dòng)噴頭12中的霧化器122，使植保液轉(zhuǎn)化為霧氣顆粒，并最終噴灑到農(nóng)作物上；并且可以通過改變驅(qū)動(dòng)裝置121的輸出大小而改變霧化程度。使植物保護(hù)液霧化飄落，消除了液體、液流等形態(tài)對(duì)農(nóng)作物的不良影響，并使農(nóng)作物可以被充分灌溉；也可以通過改變液滴的大小減小植保液的漂移。

如圖4(A)-圖4(B)所示，為多旋翼無人機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)比圖。未采用了本噴灑控制方法或系統(tǒng)的多旋翼無人機(jī)與采用上述系統(tǒng)和方法的比較，前者植保物容易噴到機(jī)身上，而后者不會(huì)。

以上只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例，毋庸置疑，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，上述附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。