[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

本發明公開了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及方法，屬于農業機械技術領域，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以及搭載有視覺系統的無人機，視覺系統用于獲取水田和田間無人空氣動力船的圖像；無人機上還設有用于識別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；船體上設有動力單元、施藥單元和船載控制器，船載控制器接收來自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。自動控制船體進行航行。通過無線傳輸的方式將船體的實時狀態發送給岸基側的電腦，供作業員遠程監控。

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。

背景技術

空氣動力船是一種硬質平底船，其區別與傳統船舶的最大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2.4GHz的無線遙控設備，由操作員進行現場控制。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，需要耗費大量人力物力。在大區塊的稻田環境下，當作業中的空氣動力船超出操作員的視距范圍后，操作員將無法判斷空氣動力船的位置、姿態等信息，可能造成作業路徑無法控制，重復撒藥，重復施肥，甚至碰撞事故等極端險情。

現有應用于自動導航領域的方法主要是利用GPS進行導航。但是普通GPS模塊的精度基本無法滿足農業生產的任務要求，而高精度的GPS模塊價格又十分昂貴。此外，GPS信號容易受到作業環境周圍高大遮擋物(樹木、樓宇)的干擾，發生定位漂移或GPS信號缺失的問題。

發明內容

本發明的目的為提供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及方法，可有效解決操作員無法判斷農用空氣動力船的位置、姿態等信息，可能造成作業路徑無法控制，重復撒藥，重復施肥等問題。

為了實現上述目的，本發明提供的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，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，視覺系統用于獲取水田和田間無人空氣動力船的圖像；無人機上還設有用于識別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無線通訊模塊；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。

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，船體上還設有為發動機提供燃油的油箱。

通過搭載有視覺系統的無人機獲取整塊水田及田間空氣動力船的圖像，由機載計算機識別圖片中的田塊和空氣動力船，計算空氣動力船在田塊中的相對位置，通過無線通信模塊(優選為藍牙模塊)將位置信息發送到空氣動力船。船載配對的無線通信模塊(優選為藍牙模塊)實時接收來自無人機發送的位置信息，結合由方向傳感器獲取的航向信息，計算確定操舵角，并自動控制船體進行航行。同時，通過無線傳輸的方式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側的電腦，供作業員遠程監控。無線通信系統優選為3G/4G模塊。