一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机及控制方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机及控制方法。

背景技术：

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。它最早出现于20世纪20年代，当时是作为训练用的靶机使用的，是一个许多国家用于描述最新一代无人驾驶飞机的术语。无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。

近些年来,我国环境保护意识的逐步增强,生态环境得到明显恢复,鸟类的种群和数量也大幅增加；另一方面,由于林区生产中广泛使用农药,农作物和树木上的害虫数量减少,鸟类的食源也随之减少。鸟类开始啄食稻谷、苗木、种子等作物,着造成作物的减产和死亡,由其是对苗木新育苗的危害最为突出。打鸟、捕鸟行为受到限制,传统的驱鸟方法又存在着种种不足。现今随着农业的相关改革与发展，农田里面的经济作物逐渐多了起来，每年都会因鸟类活动造成很大的损失，在农田里的驱鸟工作变得越看来越重要。一般驱鸟器只能在小范围内防止鸟类对农作物的侵袭，并不能解决大范围区域内的驱离鸟类的工作，同时一般的驱鸟器或者无人机消耗能源大，很难长期自动运行。而且功能往往较为单一，对于大面积的农林业不能起到有效的巡航监控，众所周知，农林业的管理与气候密切相关，大多无人机监测过程中大多只是图像，鲜少有为管理人员能提供气象环境信息。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明提供一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机及控制方法，能够扩展巡逻范围，可监测环境气象信息和驱除鸟类。

本发明的技术方案为：一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机，主要由一个母机和若干子机组成，所述母机主要包括机身、翅翼、尾翼、螺旋浆、发动机、储能供能装置、电子复合眼、环境气象监测装置、电磁波发生器、音频发生器和控制器，所述翅翼共一对，分别固定连接在所述机身中部的左右两侧，翅翼的下方设有与所述子机一一对应的夹持装置，所述尾翼安装在机身的尾部，翅翼和尾翼上均设有太阳能电池板，太阳能电池板可为母机在飞行过程中提供动力，所述发动机连接在机身的尾部并位于尾翼的下方，所述螺旋桨与发动机的输出端相连，所述电子复合眼共两个，对称安装在机身的头部顶端，所述音频发生器、电磁波发生器和环境气象监测装置从前至后依次安装在机身的背部上，所述控制器位于机身内的前部，所述储能供能装置位于机身内的中部，储能供能装置分别与所述发动机、电子复合眼、环境气象监测装置、电磁波发生器、音频发生器和控制器、夹持装置、太阳能电池板通过电气连接；

所述子机主要包括壳体、鞘翅、折叠扑翼、t型肋板、蓄电池、驱动机构、微型电机、微控芯片、微型电磁波发生器、微型音频发生器和微型电子复眼，所述壳体为椭圆形，所述t型肋板的竖段固定连接在壳体的上方，并与壳体的纵向中轴线重合，所述鞘翅共一对，并通过旋转推拉构件固定连接在t型肋板底部的左右两侧，所述折叠扑翼共一对，并通过伸缩扑动构件固定连接在鞘翅的下方，其中，鞘翅为硬质材料，折叠扑翼为柔性材料，折叠扑翼收缩后位于鞘翅下方，鞘翅可为折叠扑翼提供保护，所述蓄电池位于壳体内的中后部，所述驱动机构、微型电机和微控芯片依次位于蓄电池的前方，驱动机构与旋转推拉构件和伸缩扑动构件相连，所述微型电磁波发生器和微型音频发生器分别位于微控芯片的左右前方，所述微型电子复眼共两个，对称安装在壳体的头部顶端，壳体的前部上第一窗口和第二窗口，所述第一窗口、第二窗口分别与微型电磁波发生器、微型音频发生器相通，蓄电池分别与驱动机构、微型电机、微控芯片、微型电磁波发生器、微型音频发生器和微型电子复眼通过电气连接；子机和母机通过t型肋板和加持装置相连。

进一步的，所述环境气象监测装置上安装有温度传感器、湿度传感器和风速风向传感器，所述风速风向传感器设在环境气象监测装置的顶部的中心位置，所述温度传感器和湿度传感器分别设在风速风向传感器的左右两边，环境气象监测装置将温度、湿度和风速风向等信息采集后传输至所述终端服务器，可为管理人员提供参考。

进一步的，所述加持装置包括连接臂和电动夹爪，所述连接臂的上端固定连接在所述翅翼的下方，并与所述控制器相连，所述电动夹爪活动连接在连接臂的下端两侧，连接臂的内部设有激光发射器，所述激光发生器的发射口位于连接臂的正下方，电动夹爪内嵌有qi无线充电器，所述qi无线充电器与所述储能供能装置的输出端电性连接，电动夹爪可通过加持t型肋板来固定子机，激光发射器用于精准对接，qi无线充电器可为子机补充电能。

进一步的，所述t型肋板的横段内嵌有激光接收器，所述激光接收器的接收口位于所述横段的正上方，t型肋板的竖段内嵌有qi无线接收器，所述qi无线接收器与所述蓄电池的输入端电性连接，激光接收器与激光发射器配合实现母机与子机的对接，qi无线接收器可保证子机内的蓄电池能够接收到无线电磁波，进而完成无线充电。

进一步的，所述母机的机身和所述子机的壳体四周设有2-5个红外线传感器，红外线传感器可便于母机和子机避障，避免造成因机械碰撞而造成损伤。

进一步的，所述控制器包括a/d采集转化模块、数据处理模块、数据存储模块、数据收发模块、无线通信模块、定位模块、指令编码与显示模块和指令收发模块，所述a/d采集转化模块将从所述温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器、红外线传感器采集和电子复眼的信号或图像信息进行转化数据，所述数据处理模块对所述数据进行处理，所述数据存储模块对所述处理后的数据进行存储，所述数据收发模块通过所述无线通信模块将处理后的数据发送至终端服务器，所述定位模块将位置信息通过无线信号发送至所述终端服务器，所述指令编码与显示模块和指令收发模块通过无线信号与终端服务器或所述微控芯片相连。

进一步的，所述微控芯片包括gps定位单元、信息采集处理单元、输入输出单元和无线通信单元，所述信息采集处理单元将从所述微型电子复眼和红外线传感器采集的信息进行处理后，传入所述输入输出单元，输入输出单元分别通过所述无线通信单元与所述数据收发模块和指令收发模块相连，所述gps定位单元通过无线信号与所述定位模块相连。

进一步的，所述鞘翅和机身上涂覆有红色荧光涂层，鸟类对红色比较敏感，能起到一定的驱鸟作用，同时，红色也鲜艳，易于人眼辨别，此外，红色荧光涂层可在夜晚达到同样效果。

一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机的控制方法，包括以下步骤：

s：将所述母机放飞到空中一定高度后，所述夹持装置打开并将所述子机依次释放，同时，所述鞘翅通过所述旋转推拉构件分别向左右方向旋转且向上方提升，所述折叠扑翼通过所述伸缩扑动构件迅速展开并进行扑动，实现子机的自由飞行；

s：母机在中央区域巡逻，各子机在母机之外的四周领域巡逻，母机通过所述电子复合眼将扫描的图像信息、通过所述环境气象监测装置监测到的温度、湿度和风速风向信息、通过红外线传感器检测到的障碍物信息均传输至所述控制器，控制器将信息进行转换、处理、存储后，通过无线信号发送至所述终端服务器；子机通过微型电子复眼和红外线传感器采集的信息均传输至所述微控芯片，微控芯片将信息处理后，依次通过所述输入输出单元和无线通信单元将数据传至所述数据收发模块；

s：当母机或子机通过电子复合眼或微型电子复眼发现有鸟类时，母机分别开启所述电磁波发生器和音频发生器，通过发射电磁波和声音驱赶鸟类，子机分别开启所述微型电磁波发生器和微型音频发生器通过发射电磁波和声音驱赶鸟类；

s：当巡逻时间结束或子机电量不足时，通过无线通信单元将此信息发送至母机，子机的所述gps定位单元通过无线信号与所述定位模块相连，以此确定与母机的位置关系，母机与子机同时靠近，在近距离时，夹持装置通过所述激光发射器与所述t型肋板上激光接收器进行配对定位，夹持装置收紧并固定子机，利用qi无线充电器为子机进行充电，充电满后等待下一次巡逻。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的用于农林业的多功能巡逻子母无人机，通过设置子母机，进而扩展巡逻范围，子机相较于母机体型小且轻盈，可在狭窄区域进行近距离巡逻，并且相较于母机，子机的成本更低，相对更加经济实惠；其中，母机通过负载的环境气象监测装置将温度、湿度和风速风向等信息采集后传输至所述终端服务器，可为管理人员提供参考；其中母机通过太阳能电池板实时补充电能，子机与母机之间可通过qi无线充电器实现充电，可大大提高子机的续航能力；其中，子机采用鞘翅和折叠扑翼，鞘翅为硬质材料，折叠扑翼为柔性材料，折叠扑翼收缩后位于鞘翅下方，鞘翅可为折叠扑翼提供保护，同时也更加节省空间。总之，本发明设计合理、智能化程度高、操作方便且经济实惠，可大大提高巡航效率并减轻管理人员的劳动。

附图说明

图1是本发明母机整体结构示意图；

图2是本发明的子机的展翅状态的俯视图；

图3是本发明的子机的展翅状态的主视图；

图4是图2a-a段剖视图；

图5是本发明的夹持装置的剖视图；

图6是本发明的主控器和微控芯片的系统结构图。

其中，1-母机、10-机身、11-翅翼、12-尾翼、13-螺旋浆、14-发动机、15-储能供能装置、16-电子复合眼、17-环境气象监测装置、171-温度传感器、172-湿度传感器、173-风速风向传感器、18-电磁波发生器、19-音频发生器、110-控制器、111-夹持装置、1110-连接臂、1111-电动夹爪、1112-激光发射器、1113-qi无线充电器、112-太阳能电池板、113-红外线传感器、2-子机、20-壳体、21-鞘翅、22-折叠扑翼、23-t型肋板、230-激光接收器、231-qi无线接收器、24-蓄电池、25-驱动机构、26-微型电机、27-微控芯片、28-微型电磁波发生器、29-微型音频发生器、210-微型电子复眼、211-旋转推拉构件、212-伸缩扑动构件、213-第一窗口、214-第二窗口、1101-a/d采集转化模块、1102-数据处理模块、1103-数据存储模块、1104-数据收发模块、1105-无线通信模块、1106-定位模块、1107-指令编码与显示模块、1108-指令收发模块、1109-终端服务器、271-gps定位单元、272-数据采集处理单元、273-输入输出单元、274-无线通信单元。

具体实施方式

下面结合附图1-6和具体实施例来对本发明进行更进一步详细的说明：

如图1所示，一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机，主要由一个母机1和四个子机2组成，母机1主要包括机身10、翅翼11、尾翼12、螺旋浆13、发动机14、储能供能装置15、电子复合眼16、环境气象监测装置17、电磁波发生器18、音频发生器19和控制器110，翅翼11共一对，分别固定连接在机身10中部的左右两侧，翅翼11的下方设有与子机2一一对应的夹持装置111，如图5所示，加持装置111包括连接臂1110和电动夹爪1111，连接臂1110的上端固定连接在翅翼11的下方，并与控制器110相连，电动夹爪1111活动连接在连接臂1110的下端两侧，连接臂1110的内部设有激光发射器1112，激光发生器1112的发射口位于连接臂1110的正下方，电动夹爪1111内嵌有qi无线充电器1113，qi无线充电器1113与储能供能装置15的输出端电性连接，电动夹爪1111可通过加持t型肋板23来固定子机2，激光发射器1112用于精准对接，qi无线充电器1113可为子机2补充电能。尾翼12安装在机身10的尾部，翅翼11和尾翼12上均设有太阳能电池板112，太阳能电池板112可为母机1在飞行过程中提供动力，发动机14连接在机身10的尾部并位于尾翼12的下方，螺旋桨13与发动机14的输出端相连，电子复合眼16共两个，对称安装在机身10的头部顶端，音频发生器19、电磁波发生器18和环境气象监测装置17从前至后依次安装在机身10的背部上，如图1所示，环境气象监测装置17上安装有温度传感器171、湿度传感器172和风速风向传感器173，风速风向传感器173设在环境气象监测装置17的顶部的中心位置，温度传感器171和湿度传感器172分别设在风速风向传感器173的左右两边，环境气象监测装置17将温度、湿度和风速风向等信息采集后传输至终端服务器1109，可为管理人员提供参考。控制器110位于机身10内的前部，储能供能装置15位于机身10内的中部，储能供能装置15分别与发动机14、电子复合眼16、环境气象监测装置17、电磁波发生器18、音频发生器19和控制器110、夹持装置111、太阳能电池板112通过电气连接；

如图2-3所示，子机2主要包括壳体20、鞘翅21、折叠扑翼22、t型肋板23、蓄电池24、驱动机构25、微型电机26、微控芯片27、微型电磁波发生器28、微型音频发生器29和微型电子复眼210，壳体20为椭圆形，t型肋板23的竖段固定连接在壳体20的上方，如图3所示，t型肋板23的横段内嵌有激光接收器230，激光接收器230的接收口位于横段的正上方，t型肋板23的竖段内嵌有qi无线接收器231，qi无线接收器231与蓄电池24的输入端电性连接，激光接收器230与激光发射器1112配合实现母机1与子机2的对接，qi无线接收器231可保证子机2内的蓄电池24能够接收到无线电磁波，进而完成无线充电。并与壳体20的纵向中轴线重合，鞘翅21共一对，并通过旋转推拉构件211固定连接在t型肋板23底部的左右两侧，折叠扑翼22共一对，并通过伸缩扑动构件212固定连接在鞘翅21的下方，其中，鞘翅21为硬质材料，折叠扑翼22为柔性材料，折叠扑翼22收缩后位于鞘翅21下方，鞘翅21可为折叠扑翼22提供保护，

如图4所示，蓄电池24位于壳体20内的中后部，驱动机构25、微型电机26和微控芯片27依次位于蓄电池24的前方，驱动机构25与旋转推拉构件211和伸缩扑动构件212相连，微型电磁波发生器28和微型音频发生器29分别位于微控芯片27的左右前方，微型电子复眼210共两个，对称安装在壳体20的头部顶端，壳体20的前部上第一窗口213和第二窗口214，第一窗口213、第二窗口214分别与微型电磁波发生器28、微型音频发生器29相通，蓄电池24分别与驱动机构25、微型电机26、微控芯片27、微型电磁波发生器28、微型音频发生器29和微型电子复眼210通过电气连接；子机2和母机1通过t型肋板23和加持装置111相连。

如图1-3所示，母机1的机身10和子机2的壳体20四周设有4个红外线传感器113，红外线传感器113可便于母机1和子机2避障，避免造成因机械碰撞而造成损伤，其中，鞘翅21和机身10上涂覆有红色荧光涂层，鸟类对红色比较敏感，能起到一定的驱鸟作用，同时，红色也鲜艳，易于人眼辨别，此外，红色荧光涂层可在夜晚达到同样效果。

如图6所示，控制器110包括a/d采集转化模块1101、数据处理模块1102、数据存储模块1103、数据收发模块1104、无线通信模块1105、定位模块1106、指令编码与显示模块1107和指令收发模块1108，a/d采集转化模块1101将从温度传感器171、湿度传感器172、风速风向传感器173、红外线传感器113采集和电子复眼16的信号或图像信息进行转化数据，数据处理模块1102对数据进行处理，数据存储模块1103对处理后的数据进行存储，数据收发模块1104通过无线通信模块1105将处理后的数据发送至终端服务器1109，定位模块1106将位置信息通过无线信号发送至终端服务器1109，指令编码与显示模块1107和指令收发模块1108通过无线信号与终端服务器1109或微控芯片27相连。

如图6所示，微控芯片27包括gps定位单元271、信息采集处理单元272、输入输出单元273和无线通信单元274，信息采集处理单元272将从微型电子复眼210和红外线传感器113采集的信息进行处理后，传入输入输出单元273，输入输出单元273分别通过无线通信单元274与数据收发模块1104和指令收发模块1108相连，gps定位单元271通过无线信号与定位模块1106相连。

本发明还提供了一种用于农林业的多功能巡逻子母无人机的控制方法，包括以下步骤：

s1：将母机1放飞到空中一定高度后，夹持装置111打开并将子机2依次释放，同时，鞘翅21通过旋转推拉构件211分别向左右方向旋转且向上方提升，折叠扑翼22通过伸缩扑动构件212迅速展开并进行扑动，实现子机2的自由飞行；

s2：母机1在中央区域巡逻，各子机2在母机1之外的四周领域巡逻，母机1通过电子复合眼16将扫描的图像信息、通过环境气象监测装置17监测到的温度、湿度和风速风向信息、通过红外线传感器113检测到的障碍物信息均传输至控制器110，控制器110将信息进行转换、处理、存储后，通过无线信号发送至终端服务器1109；子机2通过微型电子复眼210和红外线传感器113采集的信息均传输至微控芯片27，微控芯片27将信息处理后，依次通过输入输出单元273和无线通信单元274将数据传至数据收发模块1104；

s3：当母机1或子机2通过电子复合眼16或微型电子复眼210发现有鸟类时，母机1分别开启电磁波发生器18和音频发生器19，通过发射电磁波和声音驱赶鸟类，子机2分别开启微型电磁波发生器28和微型音频发生器29通过发射电磁波和声音驱赶鸟类；

s4：当巡逻时间结束或子机2电量不足时，通过无线通信单元274将此信息发送至母机1，子机2的gps定位单元271通过无线信号与定位模块1106相连，以此确定与母机1的位置关系，母机1与子机2同时靠近，在近距离时，夹持装置111通过激光发射器1112与t型肋板23上激光接收器230进行配对定位，夹持装置111收紧并固定子机2，利用qi无线充电器1113为子机2进行充电，充电满后等待下一次巡逻。

需要说明的是，虽然上面已经结合附图详细说明了本发明，但我们认为本发明的使用范围并不限制在上述所述的方法。只要是在本发明的精神和原理内所作的各种修改、等同替换、或改进也都在本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。