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，針對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊的植保作業(yè)，采用的依舊是單臺植保無人機(jī)飛防作業(yè)，即使采用的是多臺植保無人機(jī)作業(yè)，也要對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊劃分，且每臺植保無人機(jī)都要進(jìn)行一次測繪，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)航時間都在一個小時以內(nèi)，因此不可能持續(xù)長時間工作，這就需要在植保作業(yè)過程中對電池進(jìn)行手動充電或更換，對藥箱進(jìn)行手動加藥或更換。這不僅造成時間的浪費(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)，不需要手動對電池和藥箱進(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、至少兩臺植保無人機(jī)和自動更換電池藥箱平臺。

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

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)。

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

進(jìn)一步的，所述電源和控制單元放置在平臺本體內(nèi)部；

進(jìn)一步的，所述電池存儲區(qū)包括電池、充電器和升降臺，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，所述藥箱存儲區(qū)包括藥箱和升降臺，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：通過測繪無人機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測繪，規(guī)劃飛行路線并劃分給多臺植保無人機(jī)；

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

進(jìn)一步的，所述步驟1包括用測繪無人機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測繪，規(guī)劃最佳飛行路線，并對飛行路線劃進(jìn)行劃分，每一段路線對應(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)，輸入到對應(yīng)的植保無人機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括整個飛防植保過程中實(shí)現(xiàn)自動更換電池和藥箱；當(dāng)植保無人機(jī)在飛行時，電池電量檢測模塊和藥箱藥量檢測模塊實(shí)時檢測電池電量和藥箱藥量，當(dāng)檢測出電量不足或藥量不足時，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更換電池藥箱平臺的gps定位坐標(biāo)，無人機(jī)飛行至自動更換電池藥箱平臺后，無人機(jī)的圖像采集模塊開始采集平臺信息，并對與之對應(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)對應(yīng)的電池存儲區(qū)和藥箱存儲區(qū)的升降臺升起，當(dāng)升降臺的上平面與自動更換電池藥箱平臺的上平面在一條水平面上時，升降臺停止上升；自動更換電池藥箱平臺的控制單元發(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，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)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與自動更換電池藥箱平臺的上平面的距離是h米時，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)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與平臺上面之間的距離是m米時，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，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，當(dāng)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與平臺的上面之間的距離是h米時，更換機(jī)械手向藥箱存儲區(qū)運(yùn)動，當(dāng)攝像頭采集到藥箱存儲區(qū)的空白區(qū)域是，更換機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動并開始向下運(yùn)動，當(dāng)攝像頭采集到藥箱底面完全放置在藥箱存儲區(qū)后，更換機(jī)械手的爪子松開并向上運(yùn)動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，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，當(dāng)距離傳感器采集到機(jī)械手的爪子與平臺上面之間的距離是h米時，更換機(jī)械手停止運(yùn)動，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)動方向并向下運(yùn)動，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，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)電池電量檢測模塊檢測到電量不足或藥箱藥量檢測模塊檢測出藥量不足時，植保無人機(jī)將飛行至自動更換電池藥箱平臺進(jìn)行更換電池或藥箱；當(dāng)兩臺或兩臺以上植保無人機(jī)在飛往自動更換電池藥箱的過程中，在某一處交匯時，植保無人機(jī)通過通信模塊將返回平臺的起始時間互相發(fā)送給對方，植保無人機(jī)再通過邏輯判斷程序判斷時間，返航時間早的那個植保無人機(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)都飛行至自動更換電池藥箱平臺。

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)，通過電池電量檢測模塊檢測電量和藥箱藥量檢測模塊檢測藥量，利用通信、定位技術(shù)和邏輯判斷程序使得多臺植保無人機(jī)有序地飛至自動更換電池藥箱平臺，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是自動更換電池藥箱平臺的主視圖示意圖。

圖3是自動更換電池藥箱平臺的俯視圖示意圖。

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；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；6.藥箱；7.充電器；8.更換機(jī)械手；9.電池存儲區(qū)；10.無人機(jī)起降區(qū)；11.gps定位裝置；12.藥箱存儲區(qū)；13.平臺本體；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、至少兩臺植保無人機(jī)和自動更換電池藥箱平臺。

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

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)。

所述自動更換電池藥箱平臺包括平臺本體13、電源15、控制單元14、至少兩電池存儲區(qū)9、至少兩無人機(jī)起降區(qū)10和至少兩藥箱存儲區(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放置在平臺本體13內(nèi)部；

進(jìn)一步的，所述電池存儲區(qū)9包括電池2、充電器7和升降臺1，所述電池2和充電器7安裝在升降臺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，所述藥箱存儲區(qū)12包括藥箱6和升降臺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：通過測繪無人機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測繪，規(guī)劃飛行路線并劃分給多臺植保無人機(jī)；

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

進(jìn)一步的，所述步驟1包括用測繪無人機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)化大地塊進(jìn)行測繪，規(guī)劃最佳飛行路線，并對飛行路線劃進(jìn)行劃分，每一段路線對應(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)，輸入到對應(yīng)的植保無人機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括整個飛防植保過程中實(shí)現(xiàn)自動更換電池和藥箱；當(dāng)植保無人機(jī)在飛行時，電池電量檢測模塊和藥箱藥量檢測模塊實(shí)時檢測電池電量和藥箱藥量，當(dāng)檢測出電量不足或藥量不足時，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更換電池藥箱平臺的gps定位坐標(biāo)，無人機(jī)飛行至自動更換電池藥箱平臺后，無人機(jī)的圖像采集模塊開始采集平臺信息，并對與之對應(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)對應(yīng)的電池存儲區(qū)和藥箱存儲區(qū)的升降臺升起，當(dāng)升降臺的上平面與自動更換電池藥箱平臺的上平面在一條水平面上時，升降臺停止上升；自動更換電池藥箱平臺的控制單元發(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，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)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與自動更換電池藥箱平臺的上平面的距離是h米時，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)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與平臺上面之間的距離是m米時，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，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，當(dāng)高度傳感器檢測到機(jī)械手的爪子與平臺的上面之間的距離是h米時，更換機(jī)械手向藥箱存儲區(qū)運(yùn)動，當(dāng)攝像頭采集到藥箱存儲區(qū)的空白區(qū)域是，更換機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動并開始向下運(yùn)動，當(dāng)攝像頭采集到藥箱底面完全放置在藥箱存儲區(qū)后，更換機(jī)械手的爪子松開并向上運(yùn)動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，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，當(dāng)距離傳感器采集到機(jī)械手的爪子與平臺上面之間的距離是h米時，更換機(jī)械手停止運(yùn)動，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)動方向并向下運(yùn)動，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，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)電池電量檢測模塊檢測到電量不足或藥箱藥量檢測模塊檢測出藥量不足時，植保無人機(jī)將飛行至自動更換電池藥箱平臺進(jìn)行更換電池或藥箱；當(dāng)兩臺或兩臺以上植保無人機(jī)在飛往自動更換電池藥箱的過程中，在某一處交匯時，植保無人機(jī)通過通信模塊將返回平臺的起始時間互相發(fā)送給對方，植保無人機(jī)再通過邏輯判斷程序判斷時間，返航時間早的那個植保無人機(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)都飛行至自動更換電池藥箱平臺。