基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，它包括多旋翼植保機(jī)（1）、機(jī)載控制器（2）和地面基站（3），機(jī)載控制器（2）包括有移動(dòng)差分定位模塊（21）、機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊（22）、機(jī)載單片機(jī)（23）、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊（24）和飛行控制器（25），地面基站（3）包括有固定差分定位模塊（31）、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊（32）、地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)（33）和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊（34）。它使用衛(wèi)星載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)提高了定位精度，實(shí)現(xiàn)多旋翼植保機(jī)在植保作業(yè)過(guò)程中能夠按照規(guī)劃航線進(jìn)行高精度自主飛行和自動(dòng)作業(yè)，降低操作人員的素質(zhì)要求，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，拓展了作業(yè)范圍和農(nóng)作物品種。
【專利說(shuō)明】
基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及多旋翼植保機(jī)，具體涉及一種自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，多旋翼植保機(jī)用于噴藥、施肥等農(nóng)田作業(yè)已經(jīng)逐漸得到普及，它具有高效、省力、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的需要。通常，多旋翼植保機(jī)需要通過(guò)地面遙控操作，其定位精度是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，精度的高低直接影響到植保機(jī)的飛行穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及作業(yè)質(zhì)量和效果。目前多旋翼植保機(jī)大多采用單點(diǎn)GPS定位，其水平定位誤差在2m以上，高度定位誤差甚至超過(guò)10m，無(wú)法滿足植保作業(yè)飛行時(shí)的誤差要求(一般在Im以下)。為了解決自動(dòng)操作誤差大的問(wèn)題，現(xiàn)有多旋翼植保機(jī)都需要操作人員手持遙控器在地面進(jìn)行操作，這就要求操作人員具備很高的操作素質(zhì)，人工遙控操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差，噴施效果無(wú)法評(píng)估，又大大增加了人力成本。茶園、果園內(nèi)的作物由于生長(zhǎng)在山區(qū)，地形復(fù)雜，變化大，更加不適合一般人員進(jìn)行操作，以上諸多因素極大地制約了多旋翼植保機(jī)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種可滿足植保作業(yè)飛行時(shí)的誤差要求，可取代操作人員的手動(dòng)遙控操作，節(jié)省人力，安全性好，適于復(fù)雜地形要求的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:它包括多旋翼植保機(jī)、機(jī)載控制器和地面基站，機(jī)載控制器安裝在多旋翼植保機(jī)上，機(jī)載控制器包括有移動(dòng)差分定位模塊、機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊、機(jī)載單片機(jī)、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊和飛行控制器，地面基站包括有固定差分定位模塊、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊、地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊，固定差分定位模塊通過(guò)地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊將位置修正信息實(shí)時(shí)發(fā)送給多旋翼植保機(jī)，移動(dòng)差分定位模塊通過(guò)機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到地面基站發(fā)來(lái)的位置修正信息和自身測(cè)得的位置信息，采用載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分算法，解算出精度達(dá)到厘米級(jí)的多旋翼植保機(jī)的精確位置信息，并將這個(gè)位置信息傳給機(jī)載單片機(jī)，機(jī)載單片機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的航線和作業(yè)狀態(tài)，自動(dòng)生成飛行控制指令和作業(yè)指令，飛行控制指令通過(guò)飛行控制器控制多旋翼植保機(jī)各電機(jī)的調(diào)速控制器，各調(diào)速控制器分別控制各電機(jī)和旋翼完成多旋翼植保機(jī)的自主飛行任務(wù)，作業(yè)指令控制多旋翼植保機(jī)上的噴藥施肥裝置完成噴藥、施肥等植保任務(wù)，地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)通過(guò)地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊與機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)地面基站與多旋翼植保機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)通信，地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)配置的飛行控制軟件負(fù)責(zé)進(jìn)行航線規(guī)劃、噴藥狀態(tài)設(shè)定、飛行控制指令生成與上傳、飛行作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控記錄和作業(yè)效果評(píng)價(jià)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)效果是:使用它可滿足植保作業(yè)飛行時(shí)的誤差要求，可取代操作人員的手動(dòng)遙控操作，節(jié)省人力，安全性好，適于復(fù)雜地形要求。它使用衛(wèi)星載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)提高了定位精度，實(shí)現(xiàn)多旋翼植保機(jī)在植保作業(yè)過(guò)程中能夠按照規(guī)劃航線進(jìn)行高精度自主飛行和自動(dòng)作業(yè)，降低操作人員的素質(zhì)要求，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，拓展了作業(yè)范圍和農(nóng)作物品種。它具有定位精度高、循跡準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、可評(píng)估作業(yè)效果等特點(diǎn)，適用于各種農(nóng)業(yè)植保任務(wù)。能夠更出色地控制噴藥施肥裝置完成噴藥、施肥等植保任務(wù)。
[0006]它針對(duì)現(xiàn)有多旋翼植保機(jī)定位精度不能滿足作業(yè)需要的難題，采用衛(wèi)星載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)提高定位精度，使植保機(jī)在作業(yè)飛行過(guò)程中的水平定位誤差和高度定位誤差均控制在1cm以下，滿足作業(yè)要求。同時(shí)，通過(guò)地面控制軟件規(guī)劃航線，植保機(jī)按照航線自主完成飛行和自動(dòng)作業(yè)，并記錄全部過(guò)程數(shù)據(jù)，用于分析、評(píng)價(jià)作業(yè)效果和下次作業(yè)時(shí)直接調(diào)用。這一功能基本可取代操作人員的手動(dòng)遙控作業(yè)，極大提高了作業(yè)效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于自動(dòng)控制的高精度，可完成復(fù)雜地形的飛行作業(yè)，拓展了作業(yè)范圍和農(nóng)作物品種。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1所示，它包括多旋翼植保機(jī)1、機(jī)載控制器2和地面基站3，機(jī)載控制器2安裝在多旋翼植保機(jī)I上，機(jī)載控制器2包括有移動(dòng)差分定位模塊21、機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊22、機(jī)載單片機(jī)23、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊24和飛行控制器25，地面基站3包括有固定差分定位模塊31、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊32、地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊34，固定差分定位模塊31通過(guò)地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊32將位置修正信息實(shí)時(shí)發(fā)送給多旋翼植保機(jī)I，移動(dòng)差分定位模塊21通過(guò)機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊22接收到地面基站3發(fā)來(lái)的位置修正信息和自身測(cè)得的位置信息，采用載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分算法，解算出精度達(dá)到厘米級(jí)的多旋翼植保機(jī)的精確位置信息，并將這個(gè)位置信息傳給機(jī)載單片機(jī)23，機(jī)載單片機(jī)23根據(jù)預(yù)先設(shè)定的航線和作業(yè)狀態(tài)，自動(dòng)生成飛行控制指令和作業(yè)指令，飛行控制指令通過(guò)飛行控制器25控制多旋翼植保機(jī)I各電機(jī)11的調(diào)速控制器12，各調(diào)速控制器12分別控制各電機(jī)11和旋翼13完成多旋翼植保機(jī)I的自主飛行任務(wù)，作業(yè)指令控制多旋翼植保機(jī)I上的噴藥施肥裝置14完成噴藥、施肥等植保任務(wù)，地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33通過(guò)地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊34與機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊24實(shí)現(xiàn)地面基站3與多旋翼植保機(jī)I之間的雙向數(shù)據(jù)通信，地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33配置的飛行控制軟件負(fù)責(zé)進(jìn)行航線規(guī)劃、噴藥狀態(tài)設(shè)定、飛行控制指令生成與上傳、飛行作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控記錄和作業(yè)效果評(píng)價(jià)。
[0009]地面基站3還包括有可以在突發(fā)狀況時(shí)人工實(shí)施干預(yù)操作、以確保飛行安全的輔助操縱終端35。輔助操縱終端35為與地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33遙控通訊的遙控器或與地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33結(jié)合為一體的操作器。
[0010]多旋翼植保機(jī)I由機(jī)身15、安裝在機(jī)身15上的電池16、安裝在機(jī)身15外端點(diǎn)上的多個(gè)電機(jī)11和與各電機(jī)11分別相配套的多個(gè)調(diào)速控制器12構(gòu)成，各電機(jī)11的輸出轉(zhuǎn)軸上分別安裝有旋翼13，機(jī)身15上安裝有受機(jī)載單片機(jī)控制的噴藥施肥裝置14。各電機(jī)11分別為大功率直流無(wú)刷電機(jī)，多旋翼植保機(jī)I為具有自穩(wěn)定點(diǎn)懸停功能的多旋翼飛機(jī)。
[0011]移動(dòng)差分定位模塊21和固定差分定位模塊31構(gòu)成差分定位裝置，移動(dòng)差分定位模塊21和固定差分定位模塊31分別由一塊K505或K700定位板卡和與定位板卡相連接的天線構(gòu)成，移動(dòng)差分定位模塊21安裝在多旋翼植保機(jī)I上，作為流動(dòng)站，固定差分定位模塊31安裝在地面基站3上作為基準(zhǔn)站，流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間通過(guò)機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊22和地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊32進(jìn)行通信，將基準(zhǔn)站所測(cè)得的位置修正信息傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站同時(shí)可以有多個(gè)，即一個(gè)地面基站3可以配置多架多旋翼植保機(jī)I。定位板卡可以接收美國(guó)的GPS或中國(guó)的北斗系統(tǒng)，接收的是導(dǎo)航衛(wèi)星的載波相位信息，并據(jù)此解算出精確的位置信息。
[0012]地面基站3設(shè)在植保作業(yè)區(qū)域附近，地面基站3與多旋翼植保機(jī)I的距離在機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊22、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊32、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊24和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊34的通訊范圍之內(nèi)。
[0013]機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊22、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊32、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊24和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊34是GSM通信模塊或者433M、2.4G等各類無(wú)線通訊模塊。
[0014]機(jī)載單片機(jī)23采用STM32系列單片機(jī)。
[0015]地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)33可以是計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)或者單片機(jī)各硬件平臺(tái)中的一種。
[0016]飛行控制軟件負(fù)責(zé)進(jìn)行航線規(guī)劃、噴藥狀態(tài)設(shè)定、飛行控制指令生成與上傳、飛行作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控記錄、作業(yè)效果評(píng)價(jià)等功能。
[0017]本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、將衛(wèi)星載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)應(yīng)用于多旋翼植保機(jī)I上，其位置精度達(dá)到厘米級(jí)，實(shí)現(xiàn)多旋翼植保機(jī)I定位精度優(yōu)于1cm的自主飛行控制，滿足植保作業(yè)要求；
[0019]2、通過(guò)地面控制軟件規(guī)劃航線，多旋翼植保機(jī)I按照航線自主完成飛行和自動(dòng)作業(yè)，并記錄全部過(guò)程數(shù)據(jù)，用于分析、評(píng)價(jià)作業(yè)效果和下次作業(yè)時(shí)直接調(diào)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，它包括多旋翼植保機(jī)(I)、機(jī)載控制器(2)和地面基站(3)，機(jī)載控制器(2)安裝在多旋翼植保機(jī)(I)上，其特征在于:機(jī)載控制器(2)包括有移動(dòng)差分定位模塊(21)、機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(22)、機(jī)載單片機(jī)(23)、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(24)和飛行控制器(25)，地面基站(3)包括有固定差分定位模塊(31)、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(32)、地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(33)和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(34)，固定差分定位模塊(31)通過(guò)地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(32)將位置修正信息實(shí)時(shí)發(fā)送給多旋翼植保機(jī)(I)，移動(dòng)差分定位模塊(21)通過(guò)機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(22)接收到地面基站(3)發(fā)來(lái)的位置信息，并將這個(gè)位置信息傳給機(jī)載單片機(jī)(23)，機(jī)載單片機(jī)(23)通過(guò)飛行控制器(25)控制多旋翼植保機(jī)(I)各電機(jī)(11)的調(diào)速控制器(12)，各調(diào)速控制器(12)分別控制各電機(jī)(II)和旋翼(13)完成多旋翼植保機(jī)(I)的自主飛行任務(wù)，地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(33)通過(guò)地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(34)與機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(24)實(shí)現(xiàn)地面基站(3)與多旋翼植保機(jī)(I)之間的雙向數(shù)據(jù)通信。2.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述地面基站(3)還包括有可以在突發(fā)狀況時(shí)人工實(shí)施干預(yù)操作、以確保飛行安全的輔助操縱終端(35)。3.如權(quán)利要求2所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述輔助操縱終端(35)為與地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(33)遙控通訊的遙控器或與地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(33)結(jié)合為一體的操作器。4.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述多旋翼植保機(jī)(I)由機(jī)身(15)、安裝在機(jī)身(15)上的電池(16)、安裝在機(jī)身(15)外端點(diǎn)上的多個(gè)電機(jī)(11)和與各電機(jī)(11)分別相配套的多個(gè)調(diào)速控制器(12)構(gòu)成，各電機(jī)(11)的輸出轉(zhuǎn)軸上分別安裝有旋翼(13)，機(jī)身(15)上安裝有受機(jī)載單片機(jī)控制的噴藥施肥裝置(14)。5.如權(quán)利要求4所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述各電機(jī)(11)分別為大功率直流無(wú)刷電機(jī)，多旋翼植保機(jī)(I)為具有自穩(wěn)定點(diǎn)懸停功能的多旋翼飛機(jī)。6.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述移動(dòng)差分定位模塊(21)和固定差分定位模塊(31)構(gòu)成差分定位裝置，移動(dòng)差分定位模塊(21)和固定差分定位模塊(31)分別由一塊K505或K700定位板卡和與定位板卡相連接的天線構(gòu)成，移動(dòng)差分定位模塊(21)安裝在多旋翼植保機(jī)(I)上，作為流動(dòng)站，固定差分定位模塊(31)安裝在地面基站(3)上作為基準(zhǔn)站，流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間通過(guò)機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(22)和地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(32)進(jìn)行通信，將基準(zhǔn)站所測(cè)得的位置修正信息傳送給流動(dòng)站。7.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)上定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(22 )、地面定位數(shù)據(jù)傳輸模塊(32 )、機(jī)上遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(24 )和地面遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊(34)是GSM通信模塊或者433M、2.4G類無(wú)線通訊模塊。8.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)載單片機(jī)(23)采用STM32系列單片機(jī)。9.如權(quán)利要求1所述的基于差分定位的自主飛行多旋翼植保機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述地面監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(33)可以是計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)或者單片機(jī)各硬件平臺(tái)中的一種。
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK205540281SQ201620057744
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】孫斌, 凌志, 張長(zhǎng)江
【申請(qǐng)人】孫斌