CN106483978A - 一种无人机作业语音引导装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机作业语音引导装置及其方法，其包括安装在无人机的机载端和地面上使用的地面端，所述机载端包括在无人机上使用的机载GPS、第一视角摄像头、在无人机上使用的机载计算机、电子调速器、水泵、喷头和第二无线通信电台，所述机载计算机分别与机载GPS、第一视角摄像头、第二无线通信电台以及电子调速器连接，所述电子调速器与水泵相接，水泵与喷头相连接；所述地面端包括在地面上使用的地面计算机、耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台，所述耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台分别与地面计算机连接；所述第一无线通信电台与第二无线通信电台无线连接。

Description

一种无人机作业语音引导装置及其方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及的是一种无人机作业语音引导装置及其方法。

背景技术

无人机作为一种安全高效的空中到达平台，在农林行业的应用越来越广泛。无人机具有灵活性能高，可空中悬停，无需专用起降机场（起降简单），作业效率高（无人机农药喷洒作业效率是人工喷洒的8-20倍）、作业强度相对较低。同时，小型无人机应用于农林行业具有成本低、容易维护、灵活机动好等优势。旋翼产生的气流能用于农药喷洒，同时有助于增加雾滴对作物的穿透性，提高防治效果，实现人药分离，远距离作业，避免了人员中毒；自动导航保持航线规范和速度均匀，有利于撒播的高质量完成；所以广大农林行业逐渐改为使用无人机的。

在现有的技术中，无人机在农药喷洒作业、飞航授粉作业和飞行撒播作业中大部分采用人工遥控或半自动遥控的形式进行，即通过无人机的操控手站在田间田头采用目视操控的方式对无人机进行遥控作业。由于无人机的飞行速度较快，操控过程中稍有延误就可能造成大面积的作业遗漏区或重叠区。因此，如何操控无人机实现精准作业显得尤为重要。

但是由于无人机目视范围内的遥控作业的航线线长较短，无人机转弯、掉头的频率较高，在转弯掉头的区域通常存在尚未到达或已经远远超越掉头线才转弯的现象，容易出现遗漏打药的情况；也影响了飞行作业的效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机作业语音引导装置及其方法，旨在解决现有的无人机采用目视操控的方式对无人机进行遥控作业，操作中单条航线短、掉头转弯频繁，操纵不够精准，容易可能造成大面积的作业遗漏区或重叠区 ，并且影响飞行作业效率的技术问题。

本发明的技术方案如下： 一种无人机作业语音引导装置，其中，包括安装在无人机的机载端和地面上使用的地面端，所述机载端包括在无人机上使用的机载GPS、第一视角摄像头、在无人机上使用的机载计算机、电子调速器、水泵、喷头和第二无线通信电台，所述机载计算机分别与机载GPS、第一视角摄像头、第二无线通信电台以及电子调速器连接，所述电子调速器与水泵相接，水泵与喷头相连接；所述地面端包括在地面上使用的地面计算机、耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台，所述耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台分别与地面计算机连接；所述第一无线通信电台与第二无线通信电台无线连接。

所述的无人机作业语音引导装置，其中，所述机载GPS安装在作业的无人机上，用于测定无人机所在的实时经度、纬度和速度数据。

所述的无人机作业语音引导装置，其中，所述第一视角摄像头安装在无人机的机头位置，用于监测无人机实时的飞行状态。

一种如权利要求1中无人机作业语音引导的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一，将地面端GPS拿到作业区域的各个角点上进行作业区域的GPS信息采集，然后根据采集到的作业区域的各个角点GPS经度纬度信息输入到地面计算机进行航线规划，并得到的规划航线，在地面计算机自动生成飞行器的作业区域航路图；

步骤二， 地面计算机将规划航线传输给机载计算机；

步骤三，机载计算机控制无人机按照规划航线飞行；

步骤四，无人机在飞行的时候，机载GPS采集到的飞行航线的经度、纬度以及飞行速度传输给地面计算机；

步骤五，地面计算将规划航线与飞行航线进行轨迹分析，并且得到差值；

步骤六，地面计算机根据差值通过语音引导或者文字输出的方式，引导无人机操作人员主动纠正无人机的飞行轨迹和飞行姿态。

所述的无人机作业语音引导的方法，其中，步骤三中的无人机在飞行时，电子调速器接收机载计算机输出的数据信号，并根据该信号的状态调整水泵的输入电压大小及开关状态。

所述的无人机作业语音引导的方法，其中，步骤四中无人机在飞行的时候，第一视觉摄像头将监测无人机实时的飞行状态通过第二无线通信平台传输给地面端，再由地面端的第二无线通信平台接收。

所述的无人机作业语音引导的方法，其中，所述步骤一中的角点采集数量大于三个。

所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，所述步骤五中，地面计算机将无人机的移动轨迹和水泵的输出状态通过采用不同颜色或线条标示已作业区域和未作业区域，并显示在显示器上。

所述的无人机作业语音引导的方法，其中，所述显示器还可以显示第一视觉摄像头拍摄的飞行状态。

所述的无人机作业语音引导的方法，其中，所述步骤六中语音引导包括作业前无人机的状态检查、开始作业、结束作业以及作业后无人机状态维护。

本发明的有益效果：本发明先将地面端拿到作业区域的各个角点上进行作业区域的GPS信息采集，根据采集到的作业区域的各个角点GPS经度纬度信息输入到地面计算机进行航线规划；再根据无人机飞行作业时机载GPS提供的经度、纬度、飞行速度等数据状态数据与规划航线的预定飞行数据进行对比，得到无人机实际作业的与预设状态的差值，通过语音引导的方式，引导无人机操控手进行精准的飞行操控，从而避免了目视操作过程中人为误差造成作业的重复或遗漏现象，并可实现超视距作业，在很大程度上提高了作业的精准性和作业效率。此外，还采用气压高度计/超声波高度计，检测无人机的飞行高度，结合预设的飞行航线进行分析对比，得到无人机实际飞行航线与规划航线的差值，并通过语音提示或文字输出的的形式，精确引导无人机操控手主动/纠正无人机的飞行姿态。利用GPS实时采集的经度、纬度、高度和速度数据，结合任务规划的航线进行航路数据对比，指导无人机操控手实时调整、纠正飞行轨迹，避免了目视操作中的视觉误差，使飞行作业更精准。采用语音引导的形式辅助无人机操控手进行飞行作业，作用距离远，可实现超视距作业，避免了目视操作中单条航线短、掉头转弯频繁的缺点，使飞行作业效率更高。

附图说明

图1是本发明的一种结构框图。

图2是本发明的方法流程图。

图3是本发明的边角点和航路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种无人机作业语音引导装置，其中，包括安装在无人机的机载端1和地面上使用的地面端2，所述机载端包括在无人机上使用的机载GPS、第一视角摄像头、在无人机上使用的机载计算机、电子调速器、水泵、喷头和第二无线通信电台，所述机载计算机分别与机载GPS、第一视角摄像头、第二无线通信电台以及电子调速器连接，所述电子调速器与水泵相接，水泵与喷头相连接；所述地面端包括在地面上使用的地面计算机、耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台，所述耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台分别与地面计算机连接；所述第一无线通信电台与第二无线通信电台无线连接。

采用上述结构后，本发明通过地面端GPS采集工作区域的经度、纬度，然后传输给地面计算机，有地面计算机进行航线规划，当得到规划航线，则可以通过第二线通信平台传输给第二无线通信平台，再由第二无线通信平台输送给机载计算机，由机在计算控制无人机飞行，而飞行的时候，机载GPS获取飞行航行中的经度、纬度和飞行速度；然后传输给机载计算机，在传输给地面计算机，通过将飞行航线和规划航线进行比较，得到差值，而此时地面计算机可以通过语音引导无人机操作员，根据语音引导来实现对无人机的精准操控；所以不会出现大面积的作业遗漏重叠的区域，即使在航线短的情况下，也可以精准操作。

进一步说，所述机载GPS安装在作业的无人机上，用于测定无人机所在的实时经度、纬度和速度数据；由于能够测量实时的经度、纬度和速度数据，使得地面计算机可以得到无人机的实时情况，操作人员可以根据与规划航线对比，进行准确操作。

进一步说，所述第一视角摄像头安装在无人机的机头位置，用于监测无人机实时的飞行状态，不但可以观测无人机的飞行状态，还可以观测到作业的效果。

所述机载计算机用于分析计算无人机所处的状态，机载计算机根据飞行器的飞行速度，按照一定的线性关系输出电子调速器所需的数据信号，然后电子调速器接收机载计算机输出的数据信号，并根据该信号的状态调整水泵的输入电压大小及开关状态；可以实现对作业区域农作为实现充分的打药和喷淋，可以根据高度以及速度选着喷淋的压力，不会对农作物造成伤害，可以节省喷淋的水或者农药。

上述的第二无线通信电台用于接收/发送机载GPS采集的无人机状态数据和水泵的开关信息。

在实际工作中，本发明的地面计算机用于根据机载GPS接收到的信息分析无人机的飞行航线，把无人机实际的飞行状态、轨迹用于对比航线规划中的状态、轨迹，根据对比结果输出语音提示和文字提示。

在实际工作中，本发明的地面端GPS用于无人机预定作业的区域的GPS信息采集并进行航线规划，航线规划是指根据采集到的作业区域的边角位置经度、纬度数据生成作业航线，在实际作业过程中根据该航线进行喷洒。

上述的航线规划生成的作业航线是指无人机飞行所经过的航路，可采用自动生成或手动设置端点GPS坐标生成航路信息；且所生成航路信息可叠加在电子地图上；使得操作员可以清楚的从显示器上观看已经作业的区域，并且进行补救。

在实际工作中，本发明的作业区域的边界可采用手动输入区域边角点GPS信息的形式生成。

如图2所示，本发明公开了一种无人机作业语音引导的方法，其包括以下步骤：

步骤一，将地面端GPS拿到作业区域的各个角点上进行作业区域的GPS信息采集，然后根据采集到的作业区域的各个角点GPS经度纬度信息输入到地面计算机进行航线规划，并得到的规划航线，在地面计算机自动生成飞行器的作业区域航路图；

步骤二， 地面计算机将规划航线传输给机载计算机；

步骤三，机载计算机控制无人机按照规划航线飞行；

步骤四，无人机在飞行的时候，机载GPS采集到的飞行航线的经度、纬度以及飞行速度传输给地面计算机；

步骤五，地面计算将规划航线与飞行航线进行轨迹分析，并且得到差值；

步骤六，地面计算机根据差值通过语音引导或者文字输出的方式，引导无人机操作人员主动纠正无人机的飞行轨迹和飞行姿态。

进一步说，步骤三中的无人机在飞行时，电子调速器接收机载计算机输出的数据信号，并根据该信号的状态调整水泵的输入电压大小及开关状态，从而实现精准控制；且机载端计算机根据无人机的作业速度调整水泵输出的大小，作业速度与水泵流量成正比关系。

进一步说，步骤四中无人机在飞行的时候，第一摄像头将监测无人机实时的飞行状态通过第二无线通信平台传输给地面端，再由地面端的第二无线通信平台接收。

进一步说，所述步骤一中的角点采集数量大于三个。

进一步说，所述步骤五中，地面计算机将无人机的移动轨迹和水泵的输出状态通过采用不同颜色或线条标示已作业区域和未作业区域，并显示在显示器上；以避免重复作业或者遗漏。

上述的地面计算机还可以建立数据库功能，把飞行作业的状态数据进行实时记录，在需要时可调看、回放。

进一步说，所述显示器还可以显示第一视觉摄像头拍摄的飞行状态。

进一步说，所述步骤六中语音引导包括作业前无人机的状态检查、开始作业、结束作业以及作业后无人机状态维护。

本发明的语音引导的可以是直接输出语音操作指令的形式，也可以是语音提示的数字代号。

上述所输出的语音引导信息包括但无人机的飞行高度、速度、距离目标航线的垂直距离、距离航线拐点的距离、航向角度、电池电压、电台通讯状态、GPS星数等。

在实际工作中，本发明的语音引导的内容包括提示作业前无人机的状态检查、开始作业、结束作业、作业后无人机状态维护的提示。

在实际工作中，本发明可根据水泵的输出状态记录开始、停止作业的位置。

在实际工作中，当无人机开始作业后，无人机偏离目标航线距离大于设定的值时，机载计算机自动关闭电子调速器的输出停止喷洒，并在无人机再次进入作业航线范围时自动打开。

在实际工作中，当机载GPS检测到GPS星数小于预设的数量时，机载计算机控制水泵停止作业，地面计算机输出GPS连接中断的语音或文字提示信息。

在实际工作中，当无人机作业飞行时偏离规划航线的距离小于预设的阈值时，则不输出偏离的范围值。

在实际工作中，当计算机检测到无线电台数据包丢失严重或连接中断时，机载计算机控制水泵停止作业，地面计算机输出链路中断的语音或文字提示信息。

本发明用于农业喷洒、植物授粉或者飞行播种。

本发明所用无人机类型为无人直升机、无人固定翼飞机或多旋翼飞行器的任一种。

在实际工作中，如图3所示；图中，A、B、C、D、E、F、G点为作业区域的边界角点，实际作业过程中角点数量应大于3个。输入作业区域的角点信息后，软件自动生成飞行器的作业区域航路图，即图中1/2/3/4/5/6等点，其中各航线的端点位置也可采用手动输入的方式进行调整。

本发明的语音引导为：

A、 无人机起飞前，语音提示无人机的状态数据（包含但不限于：电压、螺旋桨转速、水箱容量、飞行前检查、无线电台链接状态、GPS星数、轨迹显示、问候语等）。

B、当操作无人机进入作业区域起点时，机载计算机控制水泵开始根据飞行速度喷洒。语音提示作业开始。

C、当作业时语音引导操控手进行操作，当飞行器飞行速度、高度、轨迹均按照预定航线飞行时，语音提示状态正常，并播报状态信息，内容包括但不限于：速度、高度、偏航距离、距离下一拐点距离，播报的顺序不做限制。

D、本发明提供的语音引导内容可以是直接播报状态（如高度xx，速度xx，距离xx，偏航xx等），也可以是按顺序编码的方式，编码方式不限。

本发明先将地面端拿到作业区域的各个角点上进行作业区域的GPS信息采集，根据采集到的作业区域的各个角点GPS经度纬度信息输入到地面计算机进行航线规划；再根据无人机飞行作业时机载GPS提供的经度、纬度、飞行速度等数据状态数据与规划航线的预定飞行数据进行对比，得到无人机实际作业的与预设状态的差值，通过语音引导的方式，引导无人机操控手进行精准的飞行操控，从而避免了目视操作过程中人为误差造成作业的重复或遗漏现象，并可实现超视距作业，在很大程度上提高了作业的精准性和作业效率。此外，还采用气压高度计/超声波高度计，检测无人机的飞行高度，结合预设的飞行航线进行分析对比，得到无人机实际飞行航线与规划航线的差值，并通过语音提示或文字输出的形式，精确引导无人机操控手主动/纠正无人机的飞行姿态。利用GPS实时采集的经度、纬度、高度和速度数据，结合任务规划的航线进行航路数据对比，指导无人机操控手实时调整、纠正飞行轨迹，避免了目视操作中的视觉误差，使飞行作业更精准。采用语音引导的形式辅助无人机操控手进行飞行作业，作用距离远，可实现超视距作业，避免了目视操作中单条航线短、掉头转弯频繁的缺点，使飞行作业效率更高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机作业语音引导装置，其特征在于，包括安装在无人机的机载端和地面上使用的地面端，所述机载端包括在无人机上使用的机载GPS、第一视角摄像头、在无人机上使用的机载计算机、电子调速器、水泵、喷头和第二无线通信电台，所述机载计算机分别与机载GPS、第一视角摄像头、第二无线通信电台以及电子调速器连接，所述电子调速器与水泵相接，水泵与喷头相连接；所述地面端包括在地面上使用的地面计算机、耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台，所述耳机、显示器、地面端GPS和第一无线通信电台分别与地面计算机连接；所述第一无线通信电台与第二无线通信电台无线连接。

2.根据权利要求1所述的无人机作业语音引导装置，其特征在于，所述机载GPS安装在作业的无人机上，用于测定无人机所在的实时经度、纬度、高度和速度数据。

3.根据权利要求1所述的无人机作业语音引导装置，其特征在于，所述第一视角摄像头安装在无人机的机头位置，用于监测无人机实时的飞行状态。

4.一种如权利要求1中无人机作业语音引导的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将地面端GPS拿到作业区域的各个角点上进行作业区域的GPS信息采集，然后根据采集到的作业区域的各个角点GPS经度纬度信息输入到地面计算机进行航线规划，并得到的规划航线，在地面计算机自动生成飞行器的作业区域航路图；

步骤二， 地面计算机将规划航线传输给机载计算机；

步骤三，机载计算机控制无人机按照规划航线飞行；

步骤四，无人机在飞行的时候，机载GPS采集到的飞行航线的经度、纬度以及飞行速度传输给地面计算机；

步骤五，地面计算将规划航线与飞行航线进行轨迹分析，并且得到差值；

步骤六，地面计算机根据差值通过语音引导或者文字输出的方式，引导无人机操作人员主动纠正无人机的飞行轨迹和飞行姿态。

5.根据权利要求4所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，步骤三中的无人机在飞行时，电子调速器接收机载计算机输出的数据信号，并根据该信号的状态调整水泵的输入电压大小及开关状态。

6.根据权利要求4所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，步骤四中无人机在飞行的时候，第一视觉摄像头将监测无人机实时的飞行状态通过第二无线通信平台传输给地面端，再由地面端的第二无线通信平台接收。

7.根据权利要求4所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，所述步骤一中的角点采集的数量大于三个。

8.根据权利要求4所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，所述步骤五中，地面计算机将无人机的移动轨迹和水泵的输出状态通过采用不同颜色或线条标示已作业区域和未作业区域，并显示在显示器上。

9.根据权利要求8所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，所述显示器还可以显示第一视觉摄像头拍摄的飞行状态。

10.根据权利要求4所述的无人机作业语音引导的方法，其特征在于，所述步骤六中语音引导包括作业前无人机的状态检查、开始作业、结束作业以及作业后无人机状态维护。