[發明專利]帶有自動導航安全輔助系統的農用無人空氣動力船及導航方法

有效

• 申請號: 201711426100.0
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN109956019B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉羽飛;何勇;劉飛;萬亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B63H7/02
• 分類號: B63H7/02;B63H25/48;G01C21/20
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種帶有自動導航安全輔助系統的農用無人空氣動力船及導航方法，屬于農業機械技術領域。農用無人空氣動力船包括船體，還包括對船體進行遠程監控與無線控制的岸基設備；船體上設有：動力單元、施藥單元、定位系統以及船載控制器。通過尾舵控制船體的行進方向。通過輸液管將藥箱中的肥料或除草劑等藥液輸出并流入水田中，優選在輸液管上設有節流閥用來控制藥液的流量，同時，藥箱的開口處封有藥箱蓋，以防船體在行進過程中搖晃藥箱以使藥液濺出。船體上具有為發動機提供燃油的油箱。船載控制器根據船體的實時位置信息和航向信息與目標路徑及期望航向進行比對，計算確定油門舵機、螺旋槳舵機和尾舵舵機的角度值，并對船體進行導航控制。

技術領域

本發明涉及農業機械技術領域，具體地說，涉及一種帶有自動導航安全輔助系統的農用無人空氣動力船及導航方法。

背景技術

空氣動力船是一種硬質平底船，其與傳統船舶的最大區別特點是沒有水下動力裝置和水下轉向裝置。空氣動力船是基于空氣動力學原理，利用置于船體上部的內燃機或電動機帶動空氣螺旋槳產生推動力，并由船體后部的尾舵控制方向。該類船吃水深度極淺，機動性高，目前主要應用于灘涂沼澤，濕地淺灘，冰雪湖面和漂浮物多、水底情況復雜的水域，鮮有應用于工農業生產及科學研究領域的產品。

該種應用于稻田環境的無人空氣動力船均采用2.4G Hz的無線遙控設備，由操作員進行現場控制，實施施肥或除草作業。為保證作業的順利進行，需要對操作員進行長期的專業培訓。此外，在大區塊的稻田環境下，當作業中的無人船超出操作員的視距范圍后，操作員將無法判斷無人船的位置，姿態等信息。造成作業路徑無法控制，釀成重復撒藥，重復施肥，甚至碰撞事故等極端險情。

發明內容

本發明的目的為提供一種帶有自動導航安全輔助系統的農用無人空氣動力船及導航方法，可準確判斷船體的位置信息并控制船體根據預設路線穩定航行。

為了實現上述目的，本發明提供的帶有自動導航安全輔助系統的農用無人空氣動力船包括船體，還包括對船體進行遠程監控和無線控制的岸基設備；船體上設有：

動力單元，包括發動機、與所述發動機的輸出軸相連的空氣螺旋槳以及用于控制船體航行方向的尾舵；

施藥單元，包括藥箱以及與藥箱相連的輸液管；

定位系統，用于獲取船體的實時位置信息和航向信息；

船載控制器，根據船體的實時位置信息和航向信息與目標路徑及期望航向進行比對，計算確定油門舵機、螺旋槳舵機和尾舵舵機的角度值，并對船體進行導航控制。

上述技術方案中，通過尾舵控制船體的行進方向。通過輸液管將藥箱中的肥料或除草劑等藥液輸出并流入水田中，優選在輸液管上設有節流閥用來控制藥液的流量，同時，藥箱的開口處封有藥箱蓋，以防船體在行進過程中搖晃藥箱以使藥液濺出。另外，船體上還具有為發動機提供燃油的油箱。

通過定位系統獲取船體的實時位置信息和航向信息，通過控制系統計算確定所連接的油門舵機、扇葉舵機和尾舵舵機的角度值。無線通信系統為3G/4G 模塊，將船體的實時狀態包括船速，導航誤差，任務完成情況發送給岸基設備的處理器，供作業員遠程監控。

具體的方案為空氣螺旋槳的兩扇葉通過凸輪連桿機構連接到舵機上，以控制兩扇葉的傾斜角度。扇葉傾斜角度的大小可以在發動機轉速不變的情況下，改變風力的大小；扇葉傾斜角度的正反可以改變風力的方向，進而控制船的前進和后退。

更具體的方案為凸輪連桿機構包括分別與空氣螺旋槳的兩片扇葉相連的第一支架和第二支架、套設在發動機的機架上的凸輪以及安裝在發動機的輸出軸上的軸承；第一支架和第二支架連接在軸承的內圈上；凸輪上鉸接有第一連桿，該第一連桿的一端鉸接在軸承的外圈上，另一端通過與其鉸接的第二連桿連接舵機輸出端。