本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種植保無人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)方面也得到了廣泛應(yīng)用。目前，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊的植保作業(yè)，采用的依舊是單臺(tái)植保無人機(jī)飛防作業(yè)，即使采用的是多臺(tái)植保無人機(jī)作業(yè)，也要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊劃分，且每臺(tái)植保無人機(jī)都要進(jìn)行一次測(cè)繪，程序繁瑣；另外，由于電池技術(shù)的局限性，一般植保無人機(jī)系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間都在一個(gè)小時(shí)以內(nèi)，因此不可能持續(xù)長時(shí)間工作，這就需要在植保作業(yè)過程中對(duì)電池進(jìn)行手動(dòng)充電或更換，對(duì)藥箱進(jìn)行手動(dòng)加藥或更換。這不僅造成時(shí)間的浪費(fèi)，更也增加了成本，效率十分低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種植保無人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)及其方法，實(shí)現(xiàn)了多植保無人機(jī)協(xié)同飛行作業(yè)，不需要手動(dòng)對(duì)電池和藥箱進(jìn)行更換，提高了續(xù)航能力和飛防作業(yè)的效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種植保無人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)化大地塊、至少兩臺(tái)植保無人機(jī)和自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)。

所述植保無人機(jī)包括電源模塊、飛控模塊、通信模塊、計(jì)時(shí)模塊、圖像采集模塊、電池電量檢測(cè)模塊和藥箱藥量檢測(cè)模塊。

所述植保無人機(jī)的自主飛行定位采用rtk技術(shù)或超帶寬技術(shù)，多植保無人機(jī)協(xié)同飛行作業(yè)。

所述自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)包括平臺(tái)本體、電源、控制單元、至少兩電池存儲(chǔ)區(qū)、至少兩無人機(jī)起降區(qū)和至少兩藥箱存儲(chǔ)區(qū)；

進(jìn)一步的，所述電源和控制單元放置在平臺(tái)本體內(nèi)部；

進(jìn)一步的，所述電池存儲(chǔ)區(qū)包括電池、充電器和升降臺(tái)，所述電池和充電器安裝在升降機(jī)構(gòu)上面，且充電器與電源接通；

進(jìn)一步的，所述無人機(jī)起降區(qū)包括無人機(jī)固定機(jī)構(gòu)、gps定位裝置和更換機(jī)械手；

進(jìn)一步的，所述藥箱存儲(chǔ)區(qū)包括藥箱和升降臺(tái)，所述藥箱中存滿藥水。

進(jìn)一步的，所述更換機(jī)械手包括底座、支撐架、機(jī)械臂、萬向節(jié)、伸縮機(jī)構(gòu)、爪子、高度傳感器和攝像頭；

所述高度傳感器和攝像頭安裝在機(jī)械臂上。

一種植保無人機(jī)的全自主飛行方法，包括以下步驟：

步驟1：通過測(cè)繪無人機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測(cè)繪，規(guī)劃飛行路線并劃分給多臺(tái)植保無人機(jī)；

步驟2：電池電量檢測(cè)模塊檢測(cè)到電量不足或藥箱藥量檢測(cè)模塊檢測(cè)出藥量不足時(shí)，植保無人機(jī)將飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)進(jìn)行更換電池或藥箱。

進(jìn)一步的，所述步驟1包括用測(cè)繪無人機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測(cè)繪，規(guī)劃最佳飛行路線，并對(duì)飛行路線劃進(jìn)行劃分，每一段路線對(duì)應(yīng)一植保無人機(jī)飛防植保；記錄下每段路線的起始地理坐標(biāo)和終點(diǎn)地理坐標(biāo)，輸入到對(duì)應(yīng)的植保無人機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括整個(gè)飛防植保過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換電池和藥箱；當(dāng)植保無人機(jī)在飛行時(shí)，電池電量檢測(cè)模塊和藥箱藥量檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電量和藥箱藥量，當(dāng)檢測(cè)出電量不足或藥量不足時(shí)，飛控模塊將發(fā)出指令，無人機(jī)將通過通信模塊判斷自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的gps定位坐標(biāo)，無人機(jī)飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)后，無人機(jī)的圖像采集模塊開始采集平臺(tái)信息，并對(duì)與之對(duì)應(yīng)的無人機(jī)起降區(qū)進(jìn)行信息匹配，匹配成功后，無人機(jī)根據(jù)圖像采集模塊采集到的無人機(jī)固定機(jī)構(gòu)信息進(jìn)行降落，固定機(jī)構(gòu)將無人機(jī)固定好后，機(jī)械手對(duì)電池和藥箱進(jìn)行更換；當(dāng)植保無人機(jī)固定好后，與無人機(jī)起降區(qū)對(duì)應(yīng)的電池存儲(chǔ)區(qū)和藥箱存儲(chǔ)區(qū)的升降臺(tái)升起，當(dāng)升降臺(tái)的上平面與自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的上平面在一條水平面上時(shí)，升降臺(tái)停止上升；自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的機(jī)械臂向下彎曲，機(jī)械臂上的攝像頭采集植保無人機(jī)的信息，當(dāng)攝像頭采集到電池的信息時(shí)，控制模塊發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子抓取電池并從無人機(jī)上取下來，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的上平面的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手旋轉(zhuǎn)方向，更換機(jī)械手通過攝像頭采集到的充電器信息，將電池慢慢放下，使電池的觸電與充電器的觸電充分接觸，此時(shí)電池處于充電狀態(tài)，更換機(jī)械手的爪子松開電池；在攝像頭的作用下拿取電池存放區(qū)中的電池，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)上面之間的距離是m米時(shí)，更換機(jī)械手轉(zhuǎn)換方向，當(dāng)攝像頭采集到無人機(jī)上放置電池的區(qū)域時(shí)，更換機(jī)械手將電池慢慢放下，當(dāng)攝像頭采集到電池已經(jīng)完全放入到電池區(qū)域后，更換機(jī)械手的爪子松開電池，此時(shí)電池的更換完成；更換機(jī)械手上的攝像頭開始采集藥箱信息，控制模塊發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子開始抓取藥箱上的把手，更換機(jī)械手帶著藥箱向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)的上面之間的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手向藥箱存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱存儲(chǔ)區(qū)的空白區(qū)域是，更換機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)并開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱底面完全放置在藥箱存儲(chǔ)區(qū)后，更換機(jī)械手的爪子松開并向上運(yùn)動(dòng)s米，攝像頭開始采集裝滿藥水的藥箱信息，更換機(jī)械手開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱的把手后，控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子開始抓取裝滿藥水的藥箱把手并向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)距離傳感器采集到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)上面之間的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)，攝像頭開始采集無人機(jī)上藥箱放置區(qū)域，采集到信息后，更換機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)方向并向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱完全放入到藥箱放置區(qū)后，控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子松開藥箱的把手，此時(shí)，藥箱的更換完成。

進(jìn)一步的，多植保無人機(jī)協(xié)同飛行，當(dāng)電池電量檢測(cè)模塊檢測(cè)到電量不足或藥箱藥量檢測(cè)模塊檢測(cè)出藥量不足時(shí)，植保無人機(jī)將飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)進(jìn)行更換電池或藥箱；當(dāng)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上植保無人機(jī)在飛往自動(dòng)更換電池藥箱的過程中，在某一處交匯時(shí)，植保無人機(jī)通過通信模塊將返回平臺(tái)的起始時(shí)間互相發(fā)送給對(duì)方，植保無人機(jī)再通過邏輯判斷程序判斷時(shí)間，返航時(shí)間早的那個(gè)植保無人機(jī)先飛行，其余的植保無人機(jī)處于懸停狀態(tài)，多臺(tái)植保無人機(jī)依次執(zhí)行，直至在交匯處的所有植保無人機(jī)都飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)。

本發(fā)明的有益效果是多植保無人機(jī)協(xié)同飛行作業(yè)，通過電池電量檢測(cè)模塊檢測(cè)電量和藥箱藥量檢測(cè)模塊檢測(cè)藥量，利用通信、定位技術(shù)和邏輯判斷程序使得多臺(tái)植保無人機(jī)有序地飛至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)，再通過攝像頭采集信息，更換機(jī)械手更換電池和藥箱，實(shí)現(xiàn)自主更換，不需人工操作，簡(jiǎn)單且效率高。

附圖說明

圖1是一種植保無人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)的示意圖。

圖2是自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的主視圖示意圖。

圖3是自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的俯視圖示意圖。

圖4是一種植保無人機(jī)的全自主飛行方法的流程圖。

其中：1.升降臺(tái)；2.電池；3.植保無人機(jī)；4.無人機(jī)固定機(jī)構(gòu)；5.升降臺(tái)；6.藥箱；7.充電器；8.更換機(jī)械手；9.電池存儲(chǔ)區(qū)；10.無人機(jī)起降區(qū)；11.gps定位裝置；12.藥箱存儲(chǔ)區(qū)；13.平臺(tái)本體；14.控制單元；15.電源；81.攝像頭；82.高度傳感器；83.爪子；84.伸縮機(jī)構(gòu)；85.機(jī)械臂；86.萬向節(jié)；87.支撐架；88.底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種植保無人機(jī)的全自主飛行系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)化大地塊、至少兩臺(tái)植保無人機(jī)和自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)。

所述植保無人機(jī)包括電源模塊、飛控模塊、通信模塊、計(jì)時(shí)模塊、圖像采集模塊、電池電量檢測(cè)模塊和藥箱藥量檢測(cè)模塊。

所述植保無人機(jī)的自主飛行定位采用rtk技術(shù)或超帶寬技術(shù)，多植保無人機(jī)協(xié)同飛行作業(yè)。

所述自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)包括平臺(tái)本體13、電源15、控制單元14、至少兩電池存儲(chǔ)區(qū)9、至少兩無人機(jī)起降區(qū)10和至少兩藥箱存儲(chǔ)區(qū)12，如圖2、圖3所示；

進(jìn)一步的，所述電源15和控制單元14放置在平臺(tái)本體13內(nèi)部；

進(jìn)一步的，所述電池存儲(chǔ)區(qū)9包括電池2、充電器7和升降臺(tái)1，所述電池2和充電器7安裝在升降臺(tái)1上面，且充電器7與電源15接通；

進(jìn)一步的，所述無人機(jī)起降區(qū)10包括無人機(jī)固定機(jī)構(gòu)4、gps定位裝置11和更換機(jī)械手8；

進(jìn)一步的，所述藥箱存儲(chǔ)區(qū)12包括藥箱6和升降臺(tái)5，所述藥箱6中存滿藥水。

進(jìn)一步的，所述更換機(jī)械手8包括底座88、支撐架87、機(jī)械臂85、萬向節(jié)86、伸縮機(jī)構(gòu)84、爪子83、高度傳感器82和攝像頭81；

所述高度傳感器82和攝像頭81安裝在機(jī)械臂85上。

一種植保無人機(jī)的全自主飛行方法，包括以下步驟，如圖4所示：

步驟1：通過測(cè)繪無人機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測(cè)繪，規(guī)劃飛行路線并劃分給多臺(tái)植保無人機(jī)；

步驟2：電池電量檢測(cè)模塊檢測(cè)到電量不足或藥箱藥量檢測(cè)模塊檢測(cè)出藥量不足時(shí)，植保無人機(jī)將飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)進(jìn)行更換電池或藥箱。

進(jìn)一步的，所述步驟1包括用測(cè)繪無人機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測(cè)繪，規(guī)劃最佳飛行路線，并對(duì)飛行路線劃進(jìn)行劃分，每一段路線對(duì)應(yīng)一植保無人機(jī)飛防植保；記錄下每段路線的起始地理坐標(biāo)和終點(diǎn)地理坐標(biāo)，輸入到對(duì)應(yīng)的植保無人機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括整個(gè)飛防植保過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換電池和藥箱；當(dāng)植保無人機(jī)在飛行時(shí)，電池電量檢測(cè)模塊和藥箱藥量檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電量和藥箱藥量，當(dāng)檢測(cè)出電量不足或藥量不足時(shí)，飛控模塊將發(fā)出指令，無人機(jī)將通過通信模塊判斷自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的gps定位坐標(biāo)，無人機(jī)飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)后，無人機(jī)的圖像采集模塊開始采集平臺(tái)信息，并對(duì)與之對(duì)應(yīng)的無人機(jī)起降區(qū)進(jìn)行信息匹配，匹配成功后，無人機(jī)根據(jù)圖像采集模塊采集到的無人機(jī)固定機(jī)構(gòu)信息進(jìn)行降落，固定機(jī)構(gòu)將無人機(jī)固定好后，機(jī)械手對(duì)電池和藥箱進(jìn)行更換；當(dāng)植保無人機(jī)固定好后，與無人機(jī)起降區(qū)對(duì)應(yīng)的電池存儲(chǔ)區(qū)和藥箱存儲(chǔ)區(qū)的升降臺(tái)升起，當(dāng)升降臺(tái)的上平面與自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的上平面在一條水平面上時(shí)，升降臺(tái)停止上升；自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的機(jī)械臂向下彎曲，機(jī)械臂上的攝像頭采集植保無人機(jī)的信息，當(dāng)攝像頭采集到電池的信息時(shí)，控制模塊發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子抓取電池并從無人機(jī)上取下來，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)的上平面的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手旋轉(zhuǎn)方向，更換機(jī)械手通過攝像頭采集到的充電器信息，將電池慢慢放下，使電池的觸電與充電器的觸電充分接觸，此時(shí)電池處于充電狀態(tài)，更換機(jī)械手的爪子松開電池；在攝像頭的作用下拿取電池存放區(qū)中的電池，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)上面之間的距離是m米時(shí)，更換機(jī)械手轉(zhuǎn)換方向，當(dāng)攝像頭采集到無人機(jī)上放置電池的區(qū)域時(shí)，更換機(jī)械手將電池慢慢放下，當(dāng)攝像頭采集到電池已經(jīng)完全放入到電池區(qū)域后，更換機(jī)械手的爪子松開電池，此時(shí)電池的更換完成；更換機(jī)械手上的攝像頭開始采集藥箱信息，控制模塊發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子開始抓取藥箱上的把手，更換機(jī)械手帶著藥箱向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)高度傳感器檢測(cè)到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)的上面之間的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手向藥箱存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱存儲(chǔ)區(qū)的空白區(qū)域是，更換機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動(dòng)并開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱底面完全放置在藥箱存儲(chǔ)區(qū)后，更換機(jī)械手的爪子松開并向上運(yùn)動(dòng)s米，攝像頭開始采集裝滿藥水的藥箱信息，更換機(jī)械手開始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱的把手后，控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子開始抓取裝滿藥水的藥箱把手并向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)距離傳感器采集到機(jī)械手的爪子與平臺(tái)上面之間的距離是h米時(shí)，更換機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)，攝像頭開始采集無人機(jī)上藥箱放置區(qū)域，采集到信息后，更換機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)方向并向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)攝像頭采集到藥箱完全放入到藥箱放置區(qū)后，控制單元發(fā)出指令，更換機(jī)械手的爪子松開藥箱的把手，此時(shí)，藥箱的更換完成。

進(jìn)一步的，多植保無人機(jī)協(xié)同飛行，當(dāng)電池電量檢測(cè)模塊檢測(cè)到電量不足或藥箱藥量檢測(cè)模塊檢測(cè)出藥量不足時(shí)，植保無人機(jī)將飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)進(jìn)行更換電池或藥箱；當(dāng)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上植保無人機(jī)在飛往自動(dòng)更換電池藥箱的過程中，在某一處交匯時(shí)，植保無人機(jī)通過通信模塊將返回平臺(tái)的起始時(shí)間互相發(fā)送給對(duì)方，植保無人機(jī)再通過邏輯判斷程序判斷時(shí)間，返航時(shí)間早的那個(gè)植保無人機(jī)先飛行，其余的植保無人機(jī)處于懸停狀態(tài)，多臺(tái)植保無人機(jī)依次執(zhí)行，直至在交匯處的所有植保無人機(jī)都飛行至自動(dòng)更換電池藥箱平臺(tái)。