一种植保无人机的全自主飞行系统及其方法与流程

本发明属于无人机技术领域，具体涉及到一种植保无人机的全自主飞行系统及其方法。

背景技术：

随着无人机技术的发展，植保无人机在农业方面也得到了广泛应用。目前，针对标准化大地块的植保作业，采用的依旧是单台植保无人机飞防作业，即使采用的是多台植保无人机作业，也要对标准化大地块划分，且每台植保无人机都要进行一次测绘，程序繁琐；另外，由于电池技术的局限性，一般植保无人机系统的续航时间都在一个小时以内，因此不可能持续长时间工作，这就需要在植保作业过程中对电池进行手动充电或更换，对药箱进行手动加药或更换。这不仅造成时间的浪费，更也增加了成本，效率十分低下。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种植保无人机的全自主飞行系统及其方法，实现了多植保无人机协同飞行作业，不需要手动对电池和药箱进行更换，提高了续航能力和飞防作业的效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种植保无人机的全自主飞行系统，包括标准化大地块、至少两台植保无人机和自动更换电池药箱平台。

所述植保无人机包括电源模块、飞控模块、通信模块、计时模块、图像采集模块、电池电量检测模块和药箱药量检测模块。

所述植保无人机的自主飞行定位采用rtk技术或超带宽技术，多植保无人机协同飞行作业。

所述自动更换电池药箱平台包括平台本体、电源、控制单元、至少两电池存储区、至少两无人机起降区和至少两药箱存储区；

进一步的，所述电源和控制单元放置在平台本体内部；

进一步的，所述电池存储区包括电池、充电器和升降台，所述电池和充电器安装在升降机构上面，且充电器与电源接通；

进一步的，所述无人机起降区包括无人机固定机构、gps定位装置和更换机械手；

进一步的，所述药箱存储区包括药箱和升降台，所述药箱中存满药水。

进一步的，所述更换机械手包括底座、支撑架、机械臂、万向节、伸缩机构、爪子、高度传感器和摄像头；

所述高度传感器和摄像头安装在机械臂上。

一种植保无人机的全自主飞行方法，包括以下步骤：

步骤1：通过测绘无人机对标准化大地块进行测绘，规划飞行路线并划分给多台植保无人机；

步骤2：电池电量检测模块检测到电量不足或药箱药量检测模块检测出药量不足时，植保无人机将飞行至自动更换电池药箱平台进行更换电池或药箱。

进一步的，所述步骤1包括用测绘无人机对标准化大地块进行测绘，规划最佳飞行路线，并对飞行路线划进行划分，每一段路线对应一植保无人机飞防植保；记录下每段路线的起始地理坐标和终点地理坐标，输入到对应的植保无人机中。

进一步的，所述步骤2包括整个飞防植保过程中实现自动更换电池和药箱；当植保无人机在飞行时，电池电量检测模块和药箱药量检测模块实时检测电池电量和药箱药量，当检测出电量不足或药量不足时，飞控模块将发出指令，无人机将通过通信模块判断自动更换电池药箱平台的gps定位坐标，无人机飞行至自动更换电池药箱平台后，无人机的图像采集模块开始采集平台信息，并对与之对应的无人机起降区进行信息匹配，匹配成功后，无人机根据图像采集模块采集到的无人机固定机构信息进行降落，固定机构将无人机固定好后，机械手对电池和药箱进行更换；当植保无人机固定好后，与无人机起降区对应的电池存储区和药箱存储区的升降台升起，当升降台的上平面与自动更换电池药箱平台的上平面在一条水平面上时，升降台停止上升；自动更换电池药箱平台的控制单元发出指令，更换机械手的机械臂向下弯曲，机械臂上的摄像头采集植保无人机的信息，当摄像头采集到电池的信息时，控制模块发出指令，更换机械手的爪子抓取电池并从无人机上取下来，当高度传感器检测到机械手的爪子与自动更换电池药箱平台的上平面的距离是h米时，更换机械手旋转方向，更换机械手通过摄像头采集到的充电器信息，将电池慢慢放下，使电池的触电与充电器的触电充分接触，此时电池处于充电状态，更换机械手的爪子松开电池；在摄像头的作用下拿取电池存放区中的电池，当高度传感器检测到机械手的爪子与平台上面之间的距离是m米时，更换机械手转换方向，当摄像头采集到无人机上放置电池的区域时，更换机械手将电池慢慢放下，当摄像头采集到电池已经完全放入到电池区域后，更换机械手的爪子松开电池，此时电池的更换完成；更换机械手上的摄像头开始采集药箱信息，控制模块发出指令，更换机械手的爪子开始抓取药箱上的把手，更换机械手带着药箱向上运动，当高度传感器检测到机械手的爪子与平台的上面之间的距离是h米时，更换机械手向药箱存储区运动，当摄像头采集到药箱存储区的空白区域是，更换机械手停止转动并开始向下运动，当摄像头采集到药箱底面完全放置在药箱存储区后，更换机械手的爪子松开并向上运动s米，摄像头开始采集装满药水的药箱信息，更换机械手开始向下运动，当摄像头采集到药箱的把手后，控制单元发出指令，更换机械手的爪子开始抓取装满药水的药箱把手并向上运动，当距离传感器采集到机械手的爪子与平台上面之间的距离是h米时，更换机械手停止运动，摄像头开始采集无人机上药箱放置区域，采集到信息后，更换机械手转动方向并向下运动，当摄像头采集到药箱完全放入到药箱放置区后，控制单元发出指令，更换机械手的爪子松开药箱的把手，此时，药箱的更换完成。

进一步的，多植保无人机协同飞行，当电池电量检测模块检测到电量不足或药箱药量检测模块检测出药量不足时，植保无人机将飞行至自动更换电池药箱平台进行更换电池或药箱；当两台或两台以上植保无人机在飞往自动更换电池药箱的过程中，在某一处交汇时，植保无人机通过通信模块将返回平台的起始时间互相发送给对方，植保无人机再通过逻辑判断程序判断时间，返航时间早的那个植保无人机先飞行，其余的植保无人机处于悬停状态，多台植保无人机依次执行，直至在交汇处的所有植保无人机都飞行至自动更换电池药箱平台。

本发明的有益效果是多植保无人机协同飞行作业，通过电池电量检测模块检测电量和药箱药量检测模块检测药量，利用通信、定位技术和逻辑判断程序使得多台植保无人机有序地飞至自动更换电池药箱平台，再通过摄像头采集信息，更换机械手更换电池和药箱，实现自主更换，不需人工操作，简单且效率高。

附图说明

图1是一种植保无人机的全自主飞行系统的示意图。

图2是自动更换电池药箱平台的主视图示意图。

图3是自动更换电池药箱平台的俯视图示意图。

图4是一种植保无人机的全自主飞行方法的流程图。

其中：1.升降台；2.电池；3.植保无人机；4.无人机固定机构；5.升降台；6.药箱；7.充电器；8.更换机械手；9.电池存储区；10.无人机起降区；11.gps定位装置；12.药箱存储区；13.平台本体；14.控制单元；15.电源；81.摄像头；82.高度传感器；83.爪子；84.伸缩机构；85.机械臂；86.万向节；87.支撑架；88.底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种植保无人机的全自主飞行系统，包括标准化大地块、至少两台植保无人机和自动更换电池药箱平台。

所述植保无人机包括电源模块、飞控模块、通信模块、计时模块、图像采集模块、电池电量检测模块和药箱药量检测模块。

所述植保无人机的自主飞行定位采用rtk技术或超带宽技术，多植保无人机协同飞行作业。

所述自动更换电池药箱平台包括平台本体13、电源15、控制单元14、至少两电池存储区9、至少两无人机起降区10和至少两药箱存储区12，如图2、图3所示；

进一步的，所述电源15和控制单元14放置在平台本体13内部；

进一步的，所述电池存储区9包括电池2、充电器7和升降台1，所述电池2和充电器7安装在升降台1上面，且充电器7与电源15接通；

进一步的，所述无人机起降区10包括无人机固定机构4、gps定位装置11和更换机械手8；

进一步的，所述药箱存储区12包括药箱6和升降台5，所述药箱6中存满药水。

进一步的，所述更换机械手8包括底座88、支撑架87、机械臂85、万向节86、伸缩机构84、爪子83、高度传感器82和摄像头81；

所述高度传感器82和摄像头81安装在机械臂85上。

一种植保无人机的全自主飞行方法，包括以下步骤，如图4所示：

步骤1：通过测绘无人机对标准化大地块进行测绘，规划飞行路线并划分给多台植保无人机；

步骤2：电池电量检测模块检测到电量不足或药箱药量检测模块检测出药量不足时，植保无人机将飞行至自动更换电池药箱平台进行更换电池或药箱。

进一步的，所述步骤1包括用测绘无人机对标准化大地块进行测绘，规划最佳飞行路线，并对飞行路线划进行划分，每一段路线对应一植保无人机飞防植保；记录下每段路线的起始地理坐标和终点地理坐标，输入到对应的植保无人机中。

进一步的，所述步骤2包括整个飞防植保过程中实现自动更换电池和药箱；当植保无人机在飞行时，电池电量检测模块和药箱药量检测模块实时检测电池电量和药箱药量，当检测出电量不足或药量不足时，飞控模块将发出指令，无人机将通过通信模块判断自动更换电池药箱平台的gps定位坐标，无人机飞行至自动更换电池药箱平台后，无人机的图像采集模块开始采集平台信息，并对与之对应的无人机起降区进行信息匹配，匹配成功后，无人机根据图像采集模块采集到的无人机固定机构信息进行降落，固定机构将无人机固定好后，机械手对电池和药箱进行更换；当植保无人机固定好后，与无人机起降区对应的电池存储区和药箱存储区的升降台升起，当升降台的上平面与自动更换电池药箱平台的上平面在一条水平面上时，升降台停止上升；自动更换电池药箱平台的控制单元发出指令，更换机械手的机械臂向下弯曲，机械臂上的摄像头采集植保无人机的信息，当摄像头采集到电池的信息时，控制模块发出指令，更换机械手的爪子抓取电池并从无人机上取下来，当高度传感器检测到机械手的爪子与自动更换电池药箱平台的上平面的距离是h米时，更换机械手旋转方向，更换机械手通过摄像头采集到的充电器信息，将电池慢慢放下，使电池的触电与充电器的触电充分接触，此时电池处于充电状态，更换机械手的爪子松开电池；在摄像头的作用下拿取电池存放区中的电池，当高度传感器检测到机械手的爪子与平台上面之间的距离是m米时，更换机械手转换方向，当摄像头采集到无人机上放置电池的区域时，更换机械手将电池慢慢放下，当摄像头采集到电池已经完全放入到电池区域后，更换机械手的爪子松开电池，此时电池的更换完成；更换机械手上的摄像头开始采集药箱信息，控制模块发出指令，更换机械手的爪子开始抓取药箱上的把手，更换机械手带着药箱向上运动，当高度传感器检测到机械手的爪子与平台的上面之间的距离是h米时，更换机械手向药箱存储区运动，当摄像头采集到药箱存储区的空白区域是，更换机械手停止转动并开始向下运动，当摄像头采集到药箱底面完全放置在药箱存储区后，更换机械手的爪子松开并向上运动s米，摄像头开始采集装满药水的药箱信息，更换机械手开始向下运动，当摄像头采集到药箱的把手后，控制单元发出指令，更换机械手的爪子开始抓取装满药水的药箱把手并向上运动，当距离传感器采集到机械手的爪子与平台上面之间的距离是h米时，更换机械手停止运动，摄像头开始采集无人机上药箱放置区域，采集到信息后，更换机械手转动方向并向下运动，当摄像头采集到药箱完全放入到药箱放置区后，控制单元发出指令，更换机械手的爪子松开药箱的把手，此时，药箱的更换完成。

进一步的，多植保无人机协同飞行，当电池电量检测模块检测到电量不足或药箱药量检测模块检测出药量不足时，植保无人机将飞行至自动更换电池药箱平台进行更换电池或药箱；当两台或两台以上植保无人机在飞往自动更换电池药箱的过程中，在某一处交汇时，植保无人机通过通信模块将返回平台的起始时间互相发送给对方，植保无人机再通过逻辑判断程序判断时间，返航时间早的那个植保无人机先飞行，其余的植保无人机处于悬停状态，多台植保无人机依次执行，直至在交汇处的所有植保无人机都飞行至自动更换电池药箱平台。