[發明專利]一種自動土質采樣無人機及其控制方法

有效

• 申請號: 202011263538.3
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112478158B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 朱啟越;宋承其;陳帥;林思佳;姜衍
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64C27/00;B64D45/00;G01N1/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種自動土質采樣無人機，包括機體（1）和四個設于機體上并成對稱分布的螺旋槳（5）、電機（6）和分布在其周圍的圓柱型保護罩（7）；其特征在于，還包括安裝在機體（1）上的采樣裝置（2）、自扶水平防倒裝置（3）和防纏繞裝置（4）；所述機體內安裝有三軸陀螺儀、電源模塊、主控模塊、GPS模塊、信號處理模塊、圖像處理模塊、避障模塊、天線；

所述主控模塊分別與三軸陀螺儀、電源模塊、主控模塊、GPS模塊、信號處理模塊、圖像處理模塊、避障模塊、天線、電機（6）以及自扶水平防倒裝置（3）連接；

所述采樣裝置（2）包括推桿電機（12）、托板（18）、采樣器（15），所述采樣器（15）通過螺紋與推桿電機連接，所述推桿電機（12）設于托板（18）上；

所述推桿電機（12）由板（13）、殼體（14）、推桿（21）、推桿套（22）、推桿套座（28）、限位臺（23）、電機（24）、主動齒輪（25）、從動齒輪（26）組成，所述推桿（21）通過鍵（27）與從動齒輪（26）連接，所述推桿套（22）與推桿套座（28）通過圓柱銷（29）連接，所述推桿套座（28）內設有螺紋與推桿（21）進行螺紋配合，所述限位臺（23）由螺釘（30）固定于殼體（14）上；

所述自扶水平防倒裝置（3）設有伺服電機（11）和支腳（10），所述伺服電機（11）通過纜線（19）與主控模塊連接，所述纜線設于托板（18）上，通過托板（18）中間，由固定槽（20）固定；

所述防纏繞裝置（4）設有微型電動伸縮桿（8），自動桿末端裝有可旋轉刀具（9）；

基于上述一種自動土質采樣無人機的控制方法，包括平地模式、斜坡模式、草地模式，

所述平地模式通過圖像識別相機將圖像傳到圖像識別模塊，判斷降落點無草或草稀少，主控模塊控制機體（1）下降，三軸陀螺儀判定此時位置處于水平，將信號傳到主控模塊，主控模塊控制推桿電機帶動采樣器開始下壓，同時螺旋槳（5）啟動，維持機體（1）平衡，取樣完成后，推桿電機回到原位；

所述斜坡模式通過圖像識別相機將圖像傳到圖像識別模塊，判斷降落點無草或草稀少，主控模塊控制機體（1）下降，三軸陀螺儀判定此時位置處于斜坡，將信號傳到主控模塊，主控模塊控制伺服電機（11）調整支腳（10）直至機體（1）處于水平，執行平地模式；

所述草地模式，通過圖像識別相機將圖像傳到圖像識別模塊，判斷降落點草地茂盛，主控模塊控制機體（1）下降，實時通過GPS判斷機體（1）離地面的距離，當距離等于或者小于閾值時，控制微型電動伸縮桿（8）豎直向下伸長，同時啟動刀具（9），當支腳（10）觸地時，刀具（9）停止運作，微型電動 伸縮桿（8）收起，執行無人機位置調整模式；

無人機位置調整模式：

S1：主控模塊根據三軸陀螺儀判斷當前機體（1）處于斜坡處還是平地處；

S2：若機體（1）處于平地處，則采用平地模式采樣；

S3：若機體（1）處于斜坡處，則主控模塊控制伺服電機（11）調整支腳（10），直至主控模塊判定機體（1）處于水平，執行S2；

機體（1）進入飛行狀態時，實時通過GPS 模塊檢測當前位置，并發送給主控模塊，主控模塊判斷機體（1）是否在同一位置持續停滯，若是，主控模塊啟動刀具（9 ），控制微型電動伸縮桿（8）伸縮，結束后通過三軸陀螺儀判定是否處于水平狀態，若水平，則進入飛行狀態，若不水平，則扶正后進入飛行狀態；反之，維持當前狀態；

主控模塊判斷機體電量是否低于閾值，若低于閾值，則優先執行自動返航模式；反之，則繼續采樣。

2.根據權利要求1所述的一種自動土質采樣無人機，其特征在于，所述采樣器（15）由柱體盛土器（16）和偏向盛土器內的四片瓣狀薄片（17）組成，所述瓣狀薄片（17）采用彈性好的耐磨材料制備。

3.根據權利要求1所述的一種自動土質采樣無人機，其特征在于，所述機體（1）還搭載圖像識別相機、所述主控模塊和圖像識別模塊與圖像識別相機連接。

4.根據權利要求1所述的一種自動土質采樣無人機，其特征在于，所述自扶水平防倒裝置（3）的支腳（10）底部采用耐磨橡膠制備。