[發(fā)明專利]基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)用無(wú)人空氣動(dòng)力船及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711426125.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109960250B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉羽飛;何勇;劉飛;曹峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;G01C21/20;G08C17/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)用無(wú)人空氣動(dòng)力船及方法，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，包括船體，還包括對(duì)船體進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)線控制的岸基設(shè)備以及搭載有視覺(jué)系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)，視覺(jué)系統(tǒng)用于獲取水田和田間無(wú)人空氣動(dòng)力船的圖像；無(wú)人機(jī)上還設(shè)有用于識(shí)別圖像中的田塊和無(wú)人空氣動(dòng)力船并計(jì)算無(wú)人空氣動(dòng)力船在田塊中的相對(duì)位置的機(jī)載計(jì)算機(jī)，以及對(duì)該相對(duì)位置信息進(jìn)行傳遞的通訊模塊；船體上設(shè)有動(dòng)力單元、施藥單元和船載控制器，船載控制器接收來(lái)自無(wú)人機(jī)發(fā)送的位置信息，結(jié)合由安裝在船體上的方向傳感器獲取的航向信息，計(jì)算出操舵角。自動(dòng)控制船體進(jìn)行航行。通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒋w的實(shí)時(shí)狀態(tài)發(fā)送給岸基側(cè)的電腦，供作業(yè)員遠(yuǎn)程監(jiān)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)用無(wú)人空氣動(dòng)力船及方法。

背景技術(shù)

空氣動(dòng)力船是一種硬質(zhì)平底船，其區(qū)別與傳統(tǒng)船舶的最大特點(diǎn)是沒(méi)有水下動(dòng)力裝置和水下轉(zhuǎn)向裝置。空氣動(dòng)力船是基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，利用置于船體上部的內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣螺旋槳產(chǎn)生推動(dòng)力，并由船體后部的尾舵控制方向。該類船吃水深度極淺，機(jī)動(dòng)性高，目前主要應(yīng)用于灘涂沼澤，濕地淺灘，冰雪湖面和漂浮物多、水底情況復(fù)雜的水域，鮮有應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究領(lǐng)域的產(chǎn)品。

該種應(yīng)用于稻田環(huán)境的無(wú)人空氣動(dòng)力船均采用2.4GHz的無(wú)線遙控設(shè)備，由操作員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。為保證作業(yè)的順利進(jìn)行，需要對(duì)操作員進(jìn)行長(zhǎng)期的專業(yè)培訓(xùn)，需要耗費(fèi)大量人力物力。在大區(qū)塊的稻田環(huán)境下，當(dāng)作業(yè)中的空氣動(dòng)力船超出操作員的視距范圍后，操作員將無(wú)法判斷空氣動(dòng)力船的位置、姿態(tài)等信息，可能造成作業(yè)路徑無(wú)法控制，重復(fù)撒藥，重復(fù)施肥，甚至碰撞事故等極端險(xiǎn)情。

現(xiàn)有應(yīng)用于自動(dòng)導(dǎo)航領(lǐng)域的方法主要是利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航。但是普通GPS模塊的精度基本無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的任務(wù)要求，而高精度的GPS模塊價(jià)格又十分昂貴。此外，GPS信號(hào)容易受到作業(yè)環(huán)境周圍高大遮擋物(樹(shù)木、樓宇)的干擾，發(fā)生定位漂移或GPS信號(hào)缺失的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)用無(wú)人空氣動(dòng)力船及方法，可有效解決操作員無(wú)法判斷農(nóng)用空氣動(dòng)力船的位置、姿態(tài)等信息，可能造成作業(yè)路徑無(wú)法控制，重復(fù)撒藥，重復(fù)施肥等問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)用無(wú)人空氣動(dòng)力船包括船體，還包括對(duì)船體進(jìn)行無(wú)線控制的岸基設(shè)備以及搭載有視覺(jué)系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)，視覺(jué)系統(tǒng)用于獲取水田和田間無(wú)人空氣動(dòng)力船的圖像；無(wú)人機(jī)上還設(shè)有用于識(shí)別圖像中的田塊和無(wú)人空氣動(dòng)力船并計(jì)算無(wú)人空氣動(dòng)力船在田塊中的相對(duì)位置的機(jī)載計(jì)算機(jī)，以及對(duì)該相對(duì)位置信息進(jìn)行傳遞的無(wú)線通訊模塊；船體上設(shè)有：

動(dòng)力單元，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、與所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)自于無(wú)人機(jī)發(fā)送的位置信息，結(jié)合由安裝在船體上的方向傳感器獲取的航向信息，計(jì)算出操舵角。

上述技術(shù)方案中，通過(guò)尾舵控制船體的行進(jìn)方向。通過(guò)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(yōu)選在輸液管上設(shè)有節(jié)流閥用來(lái)控制藥液的流量，同時(shí)，藥箱的開(kāi)口處封有藥箱蓋，以防船體在行進(jìn)過(guò)程中搖晃藥箱以使藥液濺出。另外，船體上還設(shè)有為發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃油的油箱。

通過(guò)搭載有視覺(jué)系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)獲取整塊水田及田間空氣動(dòng)力船的圖像，由機(jī)載計(jì)算機(jī)識(shí)別圖片中的田塊和空氣動(dòng)力船，計(jì)算空氣動(dòng)力船在田塊中的相對(duì)位置，通過(guò)無(wú)線通信模塊(優(yōu)選為藍(lán)牙模塊)將位置信息發(fā)送到空氣動(dòng)力船。船載配對(duì)的無(wú)線通信模塊(優(yōu)選為藍(lán)牙模塊)實(shí)時(shí)接收來(lái)自無(wú)人機(jī)發(fā)送的位置信息，結(jié)合由方向傳感器獲取的航向信息，計(jì)算確定操舵角，并自動(dòng)控制船體進(jìn)行航行。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒋w的實(shí)時(shí)狀態(tài)包括船速，導(dǎo)航誤差，任務(wù)完成情況發(fā)送給岸基側(cè)的電腦，供作業(yè)員遠(yuǎn)程監(jiān)控。無(wú)線通信系統(tǒng)優(yōu)選為3G/4G模塊。