本發(fā)明涉及無人機技術領域，具體涉及一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機及控制方法。

背景技術：

無人機是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。它最早出現(xiàn)于20世紀20年代，當時是作為訓練用的靶機使用的，是一個許多國家用于描述最新一代無人駕駛飛機的術語。無人機用途廣泛，成本低，效費比好；無人員傷亡風險；生存能力強，機動性能好，使用方便，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有極其重要的作用，在民用領域更有廣闊的前景。

近些年來,我國環(huán)境保護意識的逐步增強,生態(tài)環(huán)境得到明顯恢復,鳥類的種群和數(shù)量也大幅增加；另一方面,由于林區(qū)生產(chǎn)中廣泛使用農(nóng)藥,農(nóng)作物和樹木上的害蟲數(shù)量減少,鳥類的食源也隨之減少。鳥類開始啄食稻谷、苗木、種子等作物,著造成作物的減產(chǎn)和死亡,由其是對苗木新育苗的危害最為突出。打鳥、捕鳥行為受到限制,傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方法又存在著種種不足。現(xiàn)今隨著農(nóng)業(yè)的相關改革與發(fā)展，農(nóng)田里面的經(jīng)濟作物逐漸多了起來，每年都會因鳥類活動造成很大的損失，在農(nóng)田里的驅(qū)鳥工作變得越看來越重要。一般驅(qū)鳥器只能在小范圍內(nèi)防止鳥類對農(nóng)作物的侵襲，并不能解決大范圍區(qū)域內(nèi)的驅(qū)離鳥類的工作，同時一般的驅(qū)鳥器或者無人機消耗能源大，很難長期自動運行。而且功能往往較為單一，對于大面積的農(nóng)林業(yè)不能起到有效的巡航監(jiān)控，眾所周知，農(nóng)林業(yè)的管理與氣候密切相關，大多無人機監(jiān)測過程中大多只是圖像，鮮少有為管理人員能提供氣象環(huán)境信息。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上技術問題，本發(fā)明提供一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機及控制方法，能夠擴展巡邏范圍，可監(jiān)測環(huán)境氣象信息和驅(qū)除鳥類。

本發(fā)明的技術方案為：一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機，主要由一個母機和若干子機組成，所述母機主要包括機身、翅翼、尾翼、螺旋漿、發(fā)動機、儲能供能裝置、電子復合眼、環(huán)境氣象監(jiān)測裝置、電磁波發(fā)生器、音頻發(fā)生器和控制器，所述翅翼共一對，分別固定連接在所述機身中部的左右兩側(cè)，翅翼的下方設有與所述子機一一對應的夾持裝置，所述尾翼安裝在機身的尾部，翅翼和尾翼上均設有太陽能電池板，太陽能電池板可為母機在飛行過程中提供動力，所述發(fā)動機連接在機身的尾部并位于尾翼的下方，所述螺旋槳與發(fā)動機的輸出端相連，所述電子復合眼共兩個，對稱安裝在機身的頭部頂端，所述音頻發(fā)生器、電磁波發(fā)生器和環(huán)境氣象監(jiān)測裝置從前至后依次安裝在機身的背部上，所述控制器位于機身內(nèi)的前部，所述儲能供能裝置位于機身內(nèi)的中部，儲能供能裝置分別與所述發(fā)動機、電子復合眼、環(huán)境氣象監(jiān)測裝置、電磁波發(fā)生器、音頻發(fā)生器和控制器、夾持裝置、太陽能電池板通過電氣連接；

所述子機主要包括殼體、鞘翅、折疊撲翼、t型肋板、蓄電池、驅(qū)動機構(gòu)、微型電機、微控芯片、微型電磁波發(fā)生器、微型音頻發(fā)生器和微型電子復眼，所述殼體為橢圓形，所述t型肋板的豎段固定連接在殼體的上方，并與殼體的縱向中軸線重合，所述鞘翅共一對，并通過旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件固定連接在t型肋板底部的左右兩側(cè)，所述折疊撲翼共一對，并通過伸縮撲動構(gòu)件固定連接在鞘翅的下方，其中，鞘翅為硬質(zhì)材料，折疊撲翼為柔性材料，折疊撲翼收縮后位于鞘翅下方，鞘翅可為折疊撲翼提供保護，所述蓄電池位于殼體內(nèi)的中后部，所述驅(qū)動機構(gòu)、微型電機和微控芯片依次位于蓄電池的前方，驅(qū)動機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件和伸縮撲動構(gòu)件相連，所述微型電磁波發(fā)生器和微型音頻發(fā)生器分別位于微控芯片的左右前方，所述微型電子復眼共兩個，對稱安裝在殼體的頭部頂端，殼體的前部上第一窗口和第二窗口，所述第一窗口、第二窗口分別與微型電磁波發(fā)生器、微型音頻發(fā)生器相通，蓄電池分別與驅(qū)動機構(gòu)、微型電機、微控芯片、微型電磁波發(fā)生器、微型音頻發(fā)生器和微型電子復眼通過電氣連接；子機和母機通過t型肋板和加持裝置相連。

進一步的，所述環(huán)境氣象監(jiān)測裝置上安裝有溫度傳感器、濕度傳感器和風速風向傳感器，所述風速風向傳感器設在環(huán)境氣象監(jiān)測裝置的頂部的中心位置，所述溫度傳感器和濕度傳感器分別設在風速風向傳感器的左右兩邊，環(huán)境氣象監(jiān)測裝置將溫度、濕度和風速風向等信息采集后傳輸至所述終端服務器，可為管理人員提供參考。

進一步的，所述加持裝置包括連接臂和電動夾爪，所述連接臂的上端固定連接在所述翅翼的下方，并與所述控制器相連，所述電動夾爪活動連接在連接臂的下端兩側(cè)，連接臂的內(nèi)部設有激光發(fā)射器，所述激光發(fā)生器的發(fā)射口位于連接臂的正下方，電動夾爪內(nèi)嵌有qi無線充電器，所述qi無線充電器與所述儲能供能裝置的輸出端電性連接，電動夾爪可通過加持t型肋板來固定子機，激光發(fā)射器用于精準對接，qi無線充電器可為子機補充電能。

進一步的，所述t型肋板的橫段內(nèi)嵌有激光接收器，所述激光接收器的接收口位于所述橫段的正上方，t型肋板的豎段內(nèi)嵌有qi無線接收器，所述qi無線接收器與所述蓄電池的輸入端電性連接，激光接收器與激光發(fā)射器配合實現(xiàn)母機與子機的對接，qi無線接收器可保證子機內(nèi)的蓄電池能夠接收到無線電磁波，進而完成無線充電。

進一步的，所述母機的機身和所述子機的殼體四周設有2-5個紅外線傳感器，紅外線傳感器可便于母機和子機避障，避免造成因機械碰撞而造成損傷。

進一步的，所述控制器包括a/d采集轉(zhuǎn)化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、無線通信模塊、定位模塊、指令編碼與顯示模塊和指令收發(fā)模塊，所述a/d采集轉(zhuǎn)化模塊將從所述溫度傳感器、濕度傳感器、風速風向傳感器、紅外線傳感器采集和電子復眼的信號或圖像信息進行轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理模塊對所述數(shù)據(jù)進行處理，所述數(shù)據(jù)存儲模塊對所述處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過所述無線通信模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器，所述定位模塊將位置信息通過無線信號發(fā)送至所述終端服務器，所述指令編碼與顯示模塊和指令收發(fā)模塊通過無線信號與終端服務器或所述微控芯片相連。

進一步的，所述微控芯片包括gps定位單元、信息采集處理單元、輸入輸出單元和無線通信單元，所述信息采集處理單元將從所述微型電子復眼和紅外線傳感器采集的信息進行處理后，傳入所述輸入輸出單元，輸入輸出單元分別通過所述無線通信單元與所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和指令收發(fā)模塊相連，所述gps定位單元通過無線信號與所述定位模塊相連。

進一步的，所述鞘翅和機身上涂覆有紅色熒光涂層，鳥類對紅色比較敏感，能起到一定的驅(qū)鳥作用，同時，紅色也鮮艷，易于人眼辨別，此外，紅色熒光涂層可在夜晚達到同樣效果。

一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機的控制方法，包括以下步驟：

s：將所述母機放飛到空中一定高度后，所述夾持裝置打開并將所述子機依次釋放，同時，所述鞘翅通過所述旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件分別向左右方向旋轉(zhuǎn)且向上方提升，所述折疊撲翼通過所述伸縮撲動構(gòu)件迅速展開并進行撲動，實現(xiàn)子機的自由飛行；

s：母機在中央?yún)^(qū)域巡邏，各子機在母機之外的四周領域巡邏，母機通過所述電子復合眼將掃描的圖像信息、通過所述環(huán)境氣象監(jiān)測裝置監(jiān)測到的溫度、濕度和風速風向信息、通過紅外線傳感器檢測到的障礙物信息均傳輸至所述控制器，控制器將信息進行轉(zhuǎn)換、處理、存儲后，通過無線信號發(fā)送至所述終端服務器；子機通過微型電子復眼和紅外線傳感器采集的信息均傳輸至所述微控芯片，微控芯片將信息處理后，依次通過所述輸入輸出單元和無線通信單元將數(shù)據(jù)傳至所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；

s：當母機或子機通過電子復合眼或微型電子復眼發(fā)現(xiàn)有鳥類時，母機分別開啟所述電磁波發(fā)生器和音頻發(fā)生器，通過發(fā)射電磁波和聲音驅(qū)趕鳥類，子機分別開啟所述微型電磁波發(fā)生器和微型音頻發(fā)生器通過發(fā)射電磁波和聲音驅(qū)趕鳥類；

s：當巡邏時間結(jié)束或子機電量不足時，通過無線通信單元將此信息發(fā)送至母機，子機的所述gps定位單元通過無線信號與所述定位模塊相連，以此確定與母機的位置關系，母機與子機同時靠近，在近距離時，夾持裝置通過所述激光發(fā)射器與所述t型肋板上激光接收器進行配對定位，夾持裝置收緊并固定子機，利用qi無線充電器為子機進行充電，充電滿后等待下一次巡邏。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機，通過設置子母機，進而擴展巡邏范圍，子機相較于母機體型小且輕盈，可在狹窄區(qū)域進行近距離巡邏，并且相較于母機，子機的成本更低，相對更加經(jīng)濟實惠；其中，母機通過負載的環(huán)境氣象監(jiān)測裝置將溫度、濕度和風速風向等信息采集后傳輸至所述終端服務器，可為管理人員提供參考；其中母機通過太陽能電池板實時補充電能，子機與母機之間可通過qi無線充電器實現(xiàn)充電，可大大提高子機的續(xù)航能力；其中，子機采用鞘翅和折疊撲翼，鞘翅為硬質(zhì)材料，折疊撲翼為柔性材料，折疊撲翼收縮后位于鞘翅下方，鞘翅可為折疊撲翼提供保護，同時也更加節(jié)省空間?？傊景l(fā)明設計合理、智能化程度高、操作方便且經(jīng)濟實惠，可大大提高巡航效率并減輕管理人員的勞動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明母機整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的子機的展翅狀態(tài)的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的子機的展翅狀態(tài)的主視圖；

圖4是圖2a-a段剖視圖；

圖5是本發(fā)明的夾持裝置的剖視圖；

圖6是本發(fā)明的主控器和微控芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

其中，1-母機、10-機身、11-翅翼、12-尾翼、13-螺旋漿、14-發(fā)動機、15-儲能供能裝置、16-電子復合眼、17-環(huán)境氣象監(jiān)測裝置、171-溫度傳感器、172-濕度傳感器、173-風速風向傳感器、18-電磁波發(fā)生器、19-音頻發(fā)生器、110-控制器、111-夾持裝置、1110-連接臂、1111-電動夾爪、1112-激光發(fā)射器、1113-qi無線充電器、112-太陽能電池板、113-紅外線傳感器、2-子機、20-殼體、21-鞘翅、22-折疊撲翼、23-t型肋板、230-激光接收器、231-qi無線接收器、24-蓄電池、25-驅(qū)動機構(gòu)、26-微型電機、27-微控芯片、28-微型電磁波發(fā)生器、29-微型音頻發(fā)生器、210-微型電子復眼、211-旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件、212-伸縮撲動構(gòu)件、213-第一窗口、214-第二窗口、1101-a/d采集轉(zhuǎn)化模塊、1102-數(shù)據(jù)處理模塊、1103-數(shù)據(jù)存儲模塊、1104-數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、1105-無線通信模塊、1106-定位模塊、1107-指令編碼與顯示模塊、1108-指令收發(fā)模塊、1109-終端服務器、271-gps定位單元、272-數(shù)據(jù)采集處理單元、273-輸入輸出單元、274-無線通信單元。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-6和具體實施例來對本發(fā)明進行更進一步詳細的說明：

如圖1所示，一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機，主要由一個母機1和四個子機2組成，母機1主要包括機身10、翅翼11、尾翼12、螺旋漿13、發(fā)動機14、儲能供能裝置15、電子復合眼16、環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17、電磁波發(fā)生器18、音頻發(fā)生器19和控制器110，翅翼11共一對，分別固定連接在機身10中部的左右兩側(cè)，翅翼11的下方設有與子機2一一對應的夾持裝置111，如圖5所示，加持裝置111包括連接臂1110和電動夾爪1111，連接臂1110的上端固定連接在翅翼11的下方，并與控制器110相連，電動夾爪1111活動連接在連接臂1110的下端兩側(cè)，連接臂1110的內(nèi)部設有激光發(fā)射器1112，激光發(fā)生器1112的發(fā)射口位于連接臂1110的正下方，電動夾爪1111內(nèi)嵌有qi無線充電器1113，qi無線充電器1113與儲能供能裝置15的輸出端電性連接，電動夾爪1111可通過加持t型肋板23來固定子機2，激光發(fā)射器1112用于精準對接，qi無線充電器1113可為子機2補充電能。尾翼12安裝在機身10的尾部，翅翼11和尾翼12上均設有太陽能電池板112，太陽能電池板112可為母機1在飛行過程中提供動力，發(fā)動機14連接在機身10的尾部并位于尾翼12的下方，螺旋槳13與發(fā)動機14的輸出端相連，電子復合眼16共兩個，對稱安裝在機身10的頭部頂端，音頻發(fā)生器19、電磁波發(fā)生器18和環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17從前至后依次安裝在機身10的背部上，如圖1所示，環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17上安裝有溫度傳感器171、濕度傳感器172和風速風向傳感器173，風速風向傳感器173設在環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17的頂部的中心位置，溫度傳感器171和濕度傳感器172分別設在風速風向傳感器173的左右兩邊，環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17將溫度、濕度和風速風向等信息采集后傳輸至終端服務器1109，可為管理人員提供參考?？刂破?10位于機身10內(nèi)的前部，儲能供能裝置15位于機身10內(nèi)的中部，儲能供能裝置15分別與發(fā)動機14、電子復合眼16、環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17、電磁波發(fā)生器18、音頻發(fā)生器19和控制器110、夾持裝置111、太陽能電池板112通過電氣連接；

如圖2-3所示，子機2主要包括殼體20、鞘翅21、折疊撲翼22、t型肋板23、蓄電池24、驅(qū)動機構(gòu)25、微型電機26、微控芯片27、微型電磁波發(fā)生器28、微型音頻發(fā)生器29和微型電子復眼210，殼體20為橢圓形，t型肋板23的豎段固定連接在殼體20的上方，如圖3所示，t型肋板23的橫段內(nèi)嵌有激光接收器230，激光接收器230的接收口位于橫段的正上方，t型肋板23的豎段內(nèi)嵌有qi無線接收器231，qi無線接收器231與蓄電池24的輸入端電性連接，激光接收器230與激光發(fā)射器1112配合實現(xiàn)母機1與子機2的對接，qi無線接收器231可保證子機2內(nèi)的蓄電池24能夠接收到無線電磁波，進而完成無線充電。并與殼體20的縱向中軸線重合，鞘翅21共一對，并通過旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件211固定連接在t型肋板23底部的左右兩側(cè)，折疊撲翼22共一對，并通過伸縮撲動構(gòu)件212固定連接在鞘翅21的下方，其中，鞘翅21為硬質(zhì)材料，折疊撲翼22為柔性材料，折疊撲翼22收縮后位于鞘翅21下方，鞘翅21可為折疊撲翼22提供保護，

如圖4所示，蓄電池24位于殼體20內(nèi)的中后部，驅(qū)動機構(gòu)25、微型電機26和微控芯片27依次位于蓄電池24的前方，驅(qū)動機構(gòu)25與旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件211和伸縮撲動構(gòu)件212相連，微型電磁波發(fā)生器28和微型音頻發(fā)生器29分別位于微控芯片27的左右前方，微型電子復眼210共兩個，對稱安裝在殼體20的頭部頂端，殼體20的前部上第一窗口213和第二窗口214，第一窗口213、第二窗口214分別與微型電磁波發(fā)生器28、微型音頻發(fā)生器29相通，蓄電池24分別與驅(qū)動機構(gòu)25、微型電機26、微控芯片27、微型電磁波發(fā)生器28、微型音頻發(fā)生器29和微型電子復眼210通過電氣連接；子機2和母機1通過t型肋板23和加持裝置111相連。

如圖1-3所示，母機1的機身10和子機2的殼體20四周設有4個紅外線傳感器113，紅外線傳感器113可便于母機1和子機2避障，避免造成因機械碰撞而造成損傷，其中，鞘翅21和機身10上涂覆有紅色熒光涂層，鳥類對紅色比較敏感，能起到一定的驅(qū)鳥作用，同時，紅色也鮮艷，易于人眼辨別，此外，紅色熒光涂層可在夜晚達到同樣效果。

如圖6所示，控制器110包括a/d采集轉(zhuǎn)化模塊1101、數(shù)據(jù)處理模塊1102、數(shù)據(jù)存儲模塊1103、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1104、無線通信模塊1105、定位模塊1106、指令編碼與顯示模塊1107和指令收發(fā)模塊1108，a/d采集轉(zhuǎn)化模塊1101將從溫度傳感器171、濕度傳感器172、風速風向傳感器173、紅外線傳感器113采集和電子復眼16的信號或圖像信息進行轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊1102對數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)存儲模塊1103對處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1104通過無線通信模塊1105將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器1109，定位模塊1106將位置信息通過無線信號發(fā)送至終端服務器1109，指令編碼與顯示模塊1107和指令收發(fā)模塊1108通過無線信號與終端服務器1109或微控芯片27相連。

如圖6所示，微控芯片27包括gps定位單元271、信息采集處理單元272、輸入輸出單元273和無線通信單元274，信息采集處理單元272將從微型電子復眼210和紅外線傳感器113采集的信息進行處理后，傳入輸入輸出單元273，輸入輸出單元273分別通過無線通信單元274與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1104和指令收發(fā)模塊1108相連，gps定位單元271通過無線信號與定位模塊1106相連。

本發(fā)明還提供了一種用于農(nóng)林業(yè)的多功能巡邏子母無人機的控制方法，包括以下步驟：

s1：將母機1放飛到空中一定高度后，夾持裝置111打開并將子機2依次釋放，同時，鞘翅21通過旋轉(zhuǎn)推拉構(gòu)件211分別向左右方向旋轉(zhuǎn)且向上方提升，折疊撲翼22通過伸縮撲動構(gòu)件212迅速展開并進行撲動，實現(xiàn)子機2的自由飛行；

s2：母機1在中央?yún)^(qū)域巡邏，各子機2在母機1之外的四周領域巡邏，母機1通過電子復合眼16將掃描的圖像信息、通過環(huán)境氣象監(jiān)測裝置17監(jiān)測到的溫度、濕度和風速風向信息、通過紅外線傳感器113檢測到的障礙物信息均傳輸至控制器110，控制器110將信息進行轉(zhuǎn)換、處理、存儲后，通過無線信號發(fā)送至終端服務器1109；子機2通過微型電子復眼210和紅外線傳感器113采集的信息均傳輸至微控芯片27，微控芯片27將信息處理后，依次通過輸入輸出單元273和無線通信單元274將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1104；

s3：當母機1或子機2通過電子復合眼16或微型電子復眼210發(fā)現(xiàn)有鳥類時，母機1分別開啟電磁波發(fā)生器18和音頻發(fā)生器19，通過發(fā)射電磁波和聲音驅(qū)趕鳥類，子機2分別開啟微型電磁波發(fā)生器28和微型音頻發(fā)生器29通過發(fā)射電磁波和聲音驅(qū)趕鳥類；

s4：當巡邏時間結(jié)束或子機2電量不足時，通過無線通信單元274將此信息發(fā)送至母機1，子機2的gps定位單元271通過無線信號與定位模塊1106相連，以此確定與母機1的位置關系，母機1與子機2同時靠近，在近距離時，夾持裝置111通過激光發(fā)射器1112與t型肋板23上激光接收器230進行配對定位，夾持裝置111收緊并固定子機2，利用qi無線充電器1113為子機2進行充電，充電滿后等待下一次巡邏。

需要說明的是，雖然上面已經(jīng)結(jié)合附圖詳細說明了本發(fā)明，但我們認為本發(fā)明的使用范圍并不限制在上述所述的方法。只要是在本發(fā)明的精神和原理內(nèi)所作的各種修改、等同替換、或改進也都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以所附權利要求書為準。