基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统及其方法与流程

本发明涉及无人机飞行控制领域，尤其涉及一种基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统及其方法。

背景技术：

随着我国农业现代化的逐步推进，出现了越来越多的大规模种植，传统的人工作业方式已经不能适应这种高强度的生产，为了提高生产效率，现代科学技术和现代工业装备在农业上的应用越来越多。农业生产的机械化和信息化是现代农业的发展趋势。

近年来，随着无人机技术高速发展，无人机在各领域都有广泛的应用，在农业生产中也扮演着越来越重要的角色。

四旋翼无人机植保作业方式具有工作效率高、作业面积广、便于信息化管理等优点，受到了广泛的关注，但是基于视觉的智能植保无人机喷洒系统的设计却鲜有报道。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统及其方法，能够识别喷洒区域，根据虫害情况自动调整喷洒量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统，包括无人机本体、高度测量模块、驱动模块、相机模块、喷洒模块、电源模块和飞行控制模块；

所述高度测量模块采用激光传感器，用于测量无人机本体的飞行高度，并将其传递给所述中央处理器；

所述驱动模块包括根据飞行控制模块的指令驱动无人机本体的各个旋翼工作；

所述相机模块用于采集植保图像，并将其传递给所述飞行控制模块；

所述喷洒模块包括药箱、加压泵、过滤垫片、控制阀和雾化喷头，其中，所述药箱用于存放需要喷洒的药剂；所述加压泵的入口通过导管和药箱的出口相连，加压泵的出口通过导管和雾化喷头相连；所述过滤垫片设置在药箱的出口处，用于过滤药渣；所述控制阀设置在加压泵出口和雾化喷头之间的管道中，用于控制其开度大小、进而控制雾化喷头的喷洒力度；

所述电源模块用于供电；

所述飞行控制模块包括加速度计、三轴陀螺仪、gps、通讯模块和中央处理器；

所述加速度计用于测量无人机本体的加速度信息，并将其传递给中央处理器；

所述三轴陀螺仪由于测量无人机本体的姿态信息，并将其传递给中央处理器；

所述gps用于测量无人机本体的位置信息，并将其传递给中央处理器；

所述通讯模块用于接收外部的指令，并将其传递给中央处理器；

所述中央处理器分别和加速度计、三轴陀螺仪、gps、通讯模块、高度测量模块、驱动模块、相机模块、加压泵、控制阀、电源模块电气相连，用于根据通讯模块接收到的指令，结合加速度计、三轴陀螺仪、gps、高度测量模块的感应数据，控制相机模块、加压泵、控制阀工作。

本发明还公开了一种该基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统的控制方法，其中基于视觉自主规划飞行路径的具体步骤如下：

步骤a.1），通讯模块接接收外界发送的自主规划飞行指令和喷洒坐标区域，并将其传递给中央处理器；

步骤a.2），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行到植保作业区域上方；

步骤a.3），高度测量模块测量无人机本体的飞行高度，并将其传递给中央处理器；

步骤a.4），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行至预设的第一高度阈值，并控制相机模块采集植保图像；

步骤a.5），中央控制器控制提取采集到的植保图像的角点，识别作业区域边界；

步骤a.6），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行至预设的第二高度阈值后、沿着作业区域边界飞行，采集完整的作业区域二维图像；

步骤a.7），中央控制器根据作业区域的二维图像、无人机的高度信息和喷洒坐标区域，规划飞行路径。

作为本发明基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统的控制方法进一步的优化方案，其中进行均匀喷洒的具体步骤如下：

步骤b.1），设定喷洒参数；

步骤b.2），无人机跟踪预定轨迹；

步骤b.3），读取无人机高度和速度数据；

步骤b.4），实时计算单位面积施药量以及喷头开度大小；

步骤b.5），控制器发出控制指令，调整控制阀的开度大小，执行喷洒任务。

作为本发明基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统的控制方法进一步的优化方案，其中进行智能喷洒的具体步骤如下：

步骤c.1），四旋翼在作业区域上方飞行，通过相机采集图像信息；

步骤c.2），提取图像角点，量化虫害情况；

步骤c.3），读取无人机高度和速度数据；

步骤c.4），计算单位面积施药量以及喷头开度大小；

步骤c.5），控制器向雾化喷头发出控制指令，调整控制阀的开度大小，执行喷洒任务。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.自主规划路径，无人机自主飞行，减小人力成本，同时避免了人工遥控造成的操作误差，使作物得到均匀的施药；

2.可选择不同的喷洒模式，可通过视觉，针对作物不同的受虫害情况加大或减少农药喷洒量，使药物利用最优化，减少环境污染，还支持用户自定义喷洒量；

3.既适用于平面作用区域，也适用于单棵植株的立体作业；

4.喷洒的药剂在无人机本体旋翼旋转产生的风的作用下，可使药物快速沉降到农作物上，减小药物损失和环境污染。

附图说明

图1是基于视觉的植保喷洒无人机系统结构图；

图2是无人机飞行路径规划流程图；

图3是喷洒流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统，包括无人机本体、高度测量模块、驱动模块、相机模块、喷洒模块、电源模块和飞行控制模块；

所述高度测量模块采用激光传感器，用于测量无人机本体的飞行高度，并将其传递给所述中央处理器；

所述驱动模块包括根据飞行控制模块的指令驱动无人机本体的各个旋翼工作；

所述相机模块用于采集植保图像，并将其传递给所述飞行控制模块；

所述喷洒模块包括药箱、加压泵、过滤垫片、控制阀和雾化喷头，其中，所述药箱用于存放需要喷洒的药剂；所述加压泵的入口通过导管和药箱的出口相连，加压泵的出口通过导管和雾化喷头相连；所述过滤垫片设置在药箱的出口处，用于过滤药渣；所述控制阀设置在加压泵出口和雾化喷头之间的管道中，用于控制其开度大小、进而控制雾化喷头的喷洒力度；

所述电源模块用于供电；

所述飞行控制模块包括加速度计、三轴陀螺仪、gps、通讯模块和中央处理器；

所述加速度计用于测量无人机本体的加速度信息，并将其传递给中央处理器；

所述三轴陀螺仪由于测量无人机本体的姿态信息，并将其传递给中央处理器；

所述gps用于测量无人机本体的位置信息，并将其传递给中央处理器；

所述通讯模块用于接收外部的指令，并将其传递给中央处理器；

所述中央处理器分别和加速度计、三轴陀螺仪、gps、通讯模块、高度测量模块、驱动模块、相机模块、加压泵、控制阀、电源模块电气相连，用于根据通讯模块接收到的指令，结合加速度计、三轴陀螺仪、gps、高度测量模块的感应数据，控制相机模块、加压泵、控制阀工作。

如图2所示，本发明还公开了一种该基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统的控制方法，其中基于视觉自主规划飞行路径的具体步骤如下：

步骤a.1），通讯模块接接收外界发送的自主规划飞行指令和喷洒坐标区域，并将其传递给中央处理器；

步骤a.2），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行到植保作业区域上方；

步骤a.3），高度测量模块测量无人机本体的飞行高度，并将其传递给中央处理器；

步骤a.4），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行至预设的第一高度阈值，并控制相机模块采集植保图像；

步骤a.5），中央控制器控制提取采集到的植保图像的角点，识别作业区域边界；

步骤a.6），中央控制器控制驱动模块驱动无人机本体飞行至预设的第二高度阈值后、沿着作业区域边界飞行，采集完整的作业区域二维图像；

步骤a.7），中央控制器根据作业区域的二维图像、无人机的高度信息和喷洒坐标区域，规划飞行路径。

如图3所示，本发明具有两种模式调整施药量，可根据实际需求选择智能喷洒或者均匀喷洒，其中进行均匀喷洒的具体步骤如下：

步骤b.1），设定喷洒参数；

步骤b.2），无人机跟踪预定轨迹；

步骤b.3），读取无人机高度和速度数据；

步骤b.4），实时计算单位面积施药量以及喷头开度大小；

步骤b.5），控制器发出控制指令，调整控制阀的开度大小，执行喷洒任务。

进行智能喷洒的具体步骤如下：

步骤c.1），四旋翼在作业区域上方飞行，通过相机采集图像信息；

步骤c.2），提取图像角点，量化虫害情况；

步骤c.3），读取无人机高度和速度数据；

步骤c.4），计算单位面积施药量以及喷头开度大小；

步骤c.5），控制器向雾化喷头发出控制指令，调整控制阀的大小，执行喷洒任务。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。