[發明專利]基于無人機視覺進行自動導航的農用無人空氣動力船及方法

有效

• 申請號: 201711426125.0
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN109960250B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉羽飛;何勇;劉飛;曹峰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20;G08C17/02
• 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

1.一種基于無人機視覺進行自動導航的農用無人空氣動力船，包括船體，其特征在于：

還包括對船體進行無線控制的岸基設備以及搭載有視覺系統的無人機，所述視覺系統用于獲取水田和田間無人空氣動力船的圖像；

所述無人機上還設有用于識別所述圖像中的田塊和無人空氣動力船并計算無人空氣動力船在田塊中的相對位置的機載計算機，以及對該相對位置信息進行傳遞的通訊模塊；

所述船體上設有：

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；

船載控制器，用于處理接收來自于所述無人機發送的位置信息，結合由安裝在船體上的方向傳感器獲取的航向信息，計算出操舵角；

基于上述農用無人空氣動力船的導航方法，包括以下步驟：

1)獲取水田圖像，將帶有顏色的圓的標識物放置到水田四個邊緣角點處，使圓心與水田邊緣角點重合，利用無人機拍攝水田圖像，并對圖像進行投影變換，矯正失真圖像，獲得矯正后的水田圖像；

2)建立坐標系，以矯正后的水田圖像中左上方的角點為原點，左上方角點到右上方角點的方向為y軸，過原點做y軸的垂線得到x軸，建立水田直角坐標系；

3)識別空氣動力船；

4)計算船體位置信息，將船體視為一個質點，并計算該質點在水田直角坐標系中的坐標(x_boat,y_boat)，計算公式如下

其中，(x_{pix_a},y_{pix_a})是左上方角點的圖像坐標；(x_{pix_b},y_{pix_b})是右上方角點的圖像坐標；(x_pix,y_pix)是空氣動力船在圖像上的坐標信息；

5)航行自動控制，無人機將船體在水田直角坐標系中的坐標信息發送給空氣動力船的控制器，控制器結合船載方向傳感器獲取的實施航向信息，計算操舵角并自動控制空氣動力船沿預定的航線航行；

6)遠程監控，空氣動力船的控制器將船體的船速、導航誤差及任務完成情況通過無線通訊的方式傳送給岸基設備，供作業員遠程監控。

2.根據權利要求1所述的農用無人空氣動力船，其特征在于：

所述的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。

3.根據權利要求2所述的農用無人空氣動力船，其特征在于：

所述的凸輪連桿機構包括分別與所述空氣螺旋槳的兩片扇葉相連的第一支架和第二支架、套設在所述發動機的機架上的凸輪以及安裝在所述發動機的輸出軸上的軸承；

所述第一支架和第二支架連接在所述軸承的內圈上；

所述凸輪上鉸接有第一連桿，該第一連桿的一端鉸接在所述軸承的外圈上，另一端通過與其鉸接的第二連桿連接所述的舵機輸出端。

4.根據權利要求2所述的農用無人空氣動力船，其特征在于：

所述的發動機上安裝有用于探測發動機轉速的磁傳感器。

5.根據權利要求1所述的農用無人空氣動力船，其特征在于：

所述的岸基設備具有無線緊急制動器，與設置在船體的無線緊急制動器接收機配合實現迅速關停發動機；

還具有與設置在船體上的遙控器接收機配合使用的遙控器，實現人工對船體進行遠程操作。