[發明專利]單旋翼的植保無人機避障系統及方法

在審

• 申請號: 201610726775.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107783546A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 田雨農;王鑫照
• 申請（專利權）人: 大連樓蘭科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙)21235
• 代理人: 李猛

技術領域

本發明屬于無人機避障技術領域，尤其涉及一種單旋翼的植保無人機避障系統及方法。

背景技術

農業植保無人機在美國、俄羅斯、日本等國運用的非常普遍，技術也十分先進，然而中國作為農業大國，18億畝基本農田，農業植保無人機卻尚未得到普及。但是，我國的農業植保無人機市場正值上升階段，正因為尚未普及所以市場大有作為。中國每年需要大量的人員從事農業植保作業，而我國每年農藥中毒人數有10萬之眾，同時，農村青壯年勞動力逐漸稀缺，人力成本日益增加。植保無人機則可遠距離遙控操作，避免了噴灑作業人員暴露于農藥的危險，保障了噴灑作業的安全。

植保無人機，是用于農林植物保護作業的無人駕駛飛機，該型無人飛機由飛行平臺、GPS飛控、噴灑機構三部分組成，通過地面遙控或GPS飛控，來實現噴灑作業，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。植保無人機采用高效無刷電機作為動力，機身振動小，可以搭載精密儀器，噴灑農藥等更加精準；同時，植被地形要求低，作業不受海拔限制；植保無人機起飛調校短、效率高、出勤率高；植保無人機具有環保，無廢氣，符合國家節能環保和綠色有機農業發展要求。

植保無人機不斷普及，開始走進普通老百姓的生活。但是植保無人機由于沒有采用相關的防碰撞防護，導致植保無人機在作業過程中，增加了很多的限制，如作業田塊周界10米范圍內要求無人員居住的房舍，作業田塊周界10米范圍內無防護林、高壓線塔、電桿等障礙物，作業田塊中間無影響飛行安全的障礙物或影響飛行視線的障礙物，作物高度應低于操作人員的視線，操作人員能夠觀察到飛機飛行姿態等要求，這些限制將會使得植保無人機的使用受到一定的地域限制，不利于植保無人機的全面普及。

發明內容

針對現有技術存在上述缺點，本發明提供了一種單旋翼的植保無人機避障系統及方法，通過多傳感器的應用，為固定翼植保無人機提供防碰撞的保護措施，提高植保無人機的應用范圍以及使用過程中的安全性能。

第一方面，本發明提供了一種單旋翼的植保無人機避障系統，包括：

毫米波雷達高度表，對無人機與地面的相對高度進行測量；

GPS/北斗定位傳感器，采集定位信息、無人機海拔高度、無人機飛行速度等；

AHRS模塊，采集無人機飛行姿態數據；

毫米波防撞雷達傳感器，采集無人機與障礙物的相對速度、相對距離以及方位角等；

超聲波雷達傳感器，用于對障礙物的相對距離進行采集；

主控制器，通過對各個傳感器獲得的數據進行分析，控制無人機完成避障動作；

所述主控制器分別與毫米波雷達高度表、GPS/北斗定位傳感器、AHRS模塊、毫米波防撞雷達傳感器、超聲波雷達傳感器相連。

優選的，所述毫米波防撞雷達傳感器、超聲波雷達傳感器安裝在無人機前方。

優選的，超聲波雷達傳感器進行0～10米范圍的測距，毫米波防撞雷達傳感器進行1～50m范圍內的測距。

優選的，AHRS模塊，包括MEMS的三軸陀螺儀、加速度計和磁強計，輸出數據為三維加速度、三維角速度和三維地磁場強度。

第二方面，本發明提供了一種單旋翼的植保無人機避障方法，包括：

S1.毫米波防撞雷達傳感器進行中遠距離環境中障礙物目標特征的獲取；

S2.超聲波傳感器進行近距離內障礙物目標特征的獲取：

S3.毫米波雷達高度表進行無人機與地面垂直距離的測量；

S4.GPS/北斗定位傳感器，采集定位信息、無人機海拔高度、無人機飛行速度；

S5.AHRS模塊采集無人機的航姿數據；

S6.主控制器通過對各個傳感器獲得的數據進行分析，控制無人機完成避障動作。

具體的，步驟S6中是通過如下步驟完成避障的：

P1,首先判斷無人機與障礙物的相對距離，將相對距離進行三個部分的劃分:小于N1m，N1m到N2m，N2m到N3m三個距離范圍；

P2,距離劃分完后，根據無人機與障礙物的相對速度進行危險等級的劃分:

當距離小于N1m，速度大于M1m/s,且預警時間小于3s，則屬于危險等級，速度小于M1m/s時，屬于警示等級；

當距離N1m≤R<N2m，速度大于M2m/s時,處于危險等級；當速度M1m/s≤V<M2m/s時，處于警示等級，當速度小于M1m/s時，處于提示等級；