植保喷药无人机及其定间距飞行控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115056986A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210777348.6(51)Int.Cl.(22)申请日2022.07.04B64D1/18(2006.01)A01M7/00(2006.01)(71)申请人陈新民G05D1/10(2006.01)地址456250河南省鹤壁市浚县卫溪新华路农业局申请人牛忠洁张山保孙永乐刘天柱刘志豪吴娜刘静翁玉飞张守霞(72)发明人陈新民牛忠洁张山保孙永乐刘天柱刘志豪吴娜刘静翁玉飞张守霞(74)专利代理机构郑州先风知识产权代理有限公司41127专利代理师马柯柯权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称植保喷药无人机及其定间距飞行控制方法(57)摘要本发明公开了一种植保喷药无人机，具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度HX数据；本发明还公开了相应的控制方法，当基准平面升高时，飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使HS落入HX±0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变；当基准平面降低时，飞行控制器降低植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使HS落入HX±0.03米的范围之内后，保持螺旋桨转速不变。本发明将植保喷药无人机相对农作物的高度保持在最佳相对高度，在同样的喷药量下取得更优的喷药效果，在同样喷药效果下药液使用量最小。CN115056986ACN115056986A权利要求书1/2页1.植保喷药无人机，具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；其特征在于：飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度HX数据；所述各种类型的农作物包括但不限于水稻、小麦、玉米、棉花、高粱和大豆；HX的单位为米；将喷药作业过程中的任意时刻下，飞行控制器将植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面作为基准平面；相对高度指植保喷药无人机与基准平面的竖向距离；最佳相对高度数据通过实验获取；所述实验是指针对特定农作物的各生长阶段，分别通过控制植保喷药无人机由高向低渐变间距飞行喷药，初始相对高度为3米，终止相对高度为0.4米，人工选取其中药液竖向穿透性最佳的相对高度作为该特定农作物特定生长阶段的最佳相对高度数据。2.根据权利要求1所述的植保喷药无人机，其特征在于：相对高度测量模块采用测量方向朝向下方的超声波传感器阵列。3.根据权利要求1所述的植保喷药无人机，其特征在于：飞行控制器还连接有用于测量前方N米处农作物顶端与植保喷药无人机之间间距L的前间距测量模块；L的单位为米；N为实数且4米≥N≥2米；前间距测量模块采用超声波传感器阵列或激光测距传感器阵列；以当前植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面为基准平面，前间距测量模块测量的竖向角度范围覆盖从最高的水平方向至最低的朝向前方N米处的基准平面的方向。4.权利要求3中所述植保喷药无人机的定间距飞行控制方法，其特征在于：喷药作业前，工作人员向飞行控制器输入待喷药区域的农作物种类及生长期，喷药作业开始、植保喷药无人机起飞后延时3‑5秒，飞行控制器持续通过相对高度测量模块获取与其正下方农作物之间的竖向距离，将任意时刻下该竖向距离的实际值作为该时刻下的实际相对高度HS；该竖向距离以相对高度测量模块的超声波传感器阵列获取的最小值为准，并根据该最小值确定基准平面相对植保喷药无人机的位置；飞行控制器控制植保喷药无人机的飞行高度，使HS持续落入HX±0.03米的范围之内；具体是：喷药作业进行中，随着植保喷药无人机向前飞行，当基准平面不变时，飞行控制器使螺旋桨的转速保持不变；当基准平面升高时，飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使HS落入HX±0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变；当基准平面降低时，飞行控制器降低植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使HS落入HX±0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变。5.根据权利要求4所述的定间距飞行控制方法，其特征在于：还包括有基准平面变化前的平滑变高控制方法：前方N米处农作物的最高点与当前植保喷药无人机之间竖向高度差为H米；情况一：当H＞HX时表明前方N米处的农作物顶端高度低于基准平面，飞行控制器通过以下公式一得到H值：公式一：H=（L2‑N＇2）0.5；其中，N＇＝N+⊿N，⊿N＝（N/L＇）×L＇＇，L＇=(HS2+N2)0.5，2CN115056986A权利要求书2/2页L＇＇＝L－L＇；H－HX为当前的植保喷药无人机高度降低目标；此时飞行控制器提前降低螺旋桨的转速，直到以下AB两个条件之一发生时，保持螺旋桨的转速