CN205540281U - 基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，它包括多旋翼植保机（1）、机载控制器（2）和地面基站（3），机载控制器（2）包括有移动差分定位模块（21）、机上定位数据传输模块（22）、机载单片机（23）、机上遥控数据传输模块（24）和飞行控制器（25），地面基站（3）包括有固定差分定位模块（31）、地面定位数据传输模块（32）、地面监测计算机（33）和地面遥控数据传输模块（34）。它使用卫星载波相位实时动态差分技术提高了定位精度，实现多旋翼植保机在植保作业过程中能够按照规划航线进行高精度自主飞行和自动作业，降低操作人员的素质要求，提高作业效率，降低作业成本，拓展了作业范围和农作物品种。
Description
技术领域
本实用新型涉及多旋翼植保机，具体涉及一种自主飞行多旋翼植保机系统。
背景技术
近年来，多旋翼植保机用于喷药、施肥等农田作业已经逐渐得到普及，它具有高效、省力、经济性好等优点，非常适合农业科技创新发展的需要。通常，多旋翼植保机需要通过地面遥控操作，其定位精度是一项关键技术指标，精度的高低直接影响到植保机的飞行稳定性、准确性及作业质量和效果。目前多旋翼植保机大多采用单点GPS定位，其水平定位误差在2m以上，高度定位误差甚至超过10m，无法满足植保作业飞行时的误差要求（一般在1m以下）。为了解决自动操作误差大的问题，现有多旋翼植保机都需要操作人员手持遥控器在地面进行操作，这就要求操作人员具备很高的操作素质，人工遥控操作劳动强度大，安全性差，喷施效果无法评估，又大大增加了人力成本。茶园、果园内的作物由于生长在山区，地形复杂，变化大，更加不适合一般人员进行操作，以上诸多因素极大地制约了多旋翼植保机的推广应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种可满足植保作业飞行时的误差要求，可取代操作人员的手动遥控操作，节省人力，安全性好，适于复杂地形要求的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统。
本实用新型的技术解决方案是：它包括多旋翼植保机、机载控制器和地面基站，机载控制器安装在多旋翼植保机上，机载控制器包括有移动差分定位模块、机上定位数据传输模块、机载单片机、机上遥控数据传输模块和飞行控制器，地面基站包括有固定差分定位模块、地面定位数据传输模块、地面监测计算机和地面遥控数据传输模块，固定差分定位模块通过地面定位数据传输模块将位置修正信息实时发送给多旋翼植保机，移动差分定位模块通过机上定位数据传输模块接收到地面基站发来的位置修正信息和自身测得的位置信息，采用载波相位实时动态差分算法，解算出精度达到厘米级的多旋翼植保机的精确位置信息，并将这个位置信息传给机载单片机，机载单片机根据预先设定的航线和作业状态，自动生成飞行控制指令和作业指令，飞行控制指令通过飞行控制器控制多旋翼植保机各电机的调速控制器，各调速控制器分别控制各电机和旋翼完成多旋翼植保机的自主飞行任务，作业指令控制多旋翼植保机上的喷药施肥装置完成喷药、施肥等植保任务，地面监测计算机通过地面遥控数据传输模块与机上遥控数据传输模块实现地面基站与多旋翼植保机之间的双向数据通信，地面监测计算机配置的飞行控制软件负责进行航线规划、喷药状态设定、飞行控制指令生成与上传、飞行作业状态监控记录和作业效果评价。
本实用新型的技术效果是：使用它可满足植保作业飞行时的误差要求，可取代操作人员的手动遥控操作，节省人力，安全性好，适于复杂地形要求。它使用卫星载波相位实时动态差分技术提高了定位精度，实现多旋翼植保机在植保作业过程中能够按照规划航线进行高精度自主飞行和自动作业，降低操作人员的素质要求，提高作业效率，降低作业成本，拓展了作业范围和农作物品种。它具有定位精度高、循迹准确、自动化程度高、可评估作业效果等特点，适用于各种农业植保任务。能够更出色地控制喷药施肥装置完成喷药、施肥等植保任务。
它针对现有多旋翼植保机定位精度不能满足作业需要的难题，采用卫星载波相位实时动态差分技术提高定位精度，使植保机在作业飞行过程中的水平定位误差和高度定位误差均控制在10cm以下，满足作业要求。同时，通过地面控制软件规划航线，植保机按照航线自主完成飞行和自动作业，并记录全部过程数据，用于分析、评价作业效果和下次作业时直接调用。这一功能基本可取代操作人员的手动遥控作业，极大提高了作业效率、安全性和经济性。由于自动控制的高精度，可完成复杂地形的飞行作业，拓展了作业范围和农作物品种。
附图说明
图1为本实用新型实施例结构原理方框图。
具体实施方式
如图1所示，它包括多旋翼植保机1、机载控制器2和地面基站3，机载控制器2安装在多旋翼植保机1上，机载控制器2包括有移动差分定位模块21、机上定位数据传输模块22、机载单片机23、机上遥控数据传输模块24和飞行控制器25，地面基站3包括有固定差分定位模块31、地面定位数据传输模块32、地面监测计算机33和地面遥控数据传输模块34，固定差分定位模块31通过地面定位数据传输模块32将位置修正信息实时发送给多旋翼植保机1，移动差分定位模块21通过机上定位数据传输模块22接收到地面基站3发来的位置修正信息和自身测得的位置信息，采用载波相位实时动态差分算法，解算出精度达到厘米级的多旋翼植保机的精确位置信息，并将这个位置信息传给机载单片机23，机载单片机23根据预先设定的航线和作业状态，自动生成飞行控制指令和作业指令，飞行控制指令通过飞行控制器25控制多旋翼植保机1各电机11的调速控制器12，各调速控制器12分别控制各电机11和旋翼13完成多旋翼植保机1的自主飞行任务，作业指令控制多旋翼植保机1上的喷药施肥装置14完成喷药、施肥等植保任务，地面监测计算机33通过地面遥控数据传输模块34与机上遥控数据传输模块24实现地面基站3与多旋翼植保机1之间的双向数据通信，地面监测计算机33配置的飞行控制软件负责进行航线规划、喷药状态设定、飞行控制指令生成与上传、飞行作业状态监控记录和作业效果评价。
地面基站3还包括有可以在突发状况时人工实施干预操作、以确保飞行安全的辅助操纵终端35。辅助操纵终端35为与地面监测计算机33遥控通讯的遥控器或与地面监测计算机33结合为一体的操作器。
多旋翼植保机1由机身15、安装在机身15上的电池16、安装在机身15外端点上的多个电机11和与各电机11分别相配套的多个调速控制器12构成，各电机11的输出转轴上分别安装有旋翼13，机身15上安装有受机载单片机控制的喷药施肥装置14。各电机11分别为大功率直流无刷电机，多旋翼植保机1为具有自稳定点悬停功能的多旋翼飞机。
移动差分定位模块21和固定差分定位模块31构成差分定位装置，移动差分定位模块21和固定差分定位模块31分别由一块K505或K700定位板卡和与定位板卡相连接的天线构成，移动差分定位模块21安装在多旋翼植保机1上，作为流动站，固定差分定位模块31安装在地面基站3上作为基准站，流动站与基准站之间通过机上定位数据传输模块22和地面定位数据传输模块32进行通信，将基准站所测得的位置修正信息传送给流动站。流动站同时可以有多个，即一个地面基站3可以配置多架多旋翼植保机1。定位板卡可以接收美国的GPS或中国的北斗系统，接收的是导航卫星的载波相位信息，并据此解算出精确的位置信息。
地面基站3设在植保作业区域附近，地面基站3与多旋翼植保机1的距离在机上定位数据传输模块22、地面定位数据传输模块32、机上遥控数据传输模块24和地面遥控数据传输模块34的通讯范围之内。
机上定位数据传输模块22、地面定位数据传输模块32、机上遥控数据传输模块24和地面遥控数据传输模块34是GSM通信模块或者433M、2.4G等各类无线通讯模块。
机载单片机23采用STM32系列单片机。
地面监测计算机33可以是计算机、平板电脑、手机或者单片机各硬件平台中的一种。
飞行控制软件负责进行航线规划、喷药状态设定、飞行控制指令生成与上传、飞行作业状态监控记录、作业效果评价等功能。
本发明创造与现有技术相比，具有如下优点：
1、将卫星载波相位实时动态差分技术应用于多旋翼植保机1上，其位置精度达到厘米级，实现多旋翼植保机1定位精度优于10cm的自主飞行控制，满足植保作业要求；
2、通过地面控制软件规划航线，多旋翼植保机1按照航线自主完成飞行和自动作业，并记录全部过程数据，用于分析、评价作业效果和下次作业时直接调用。
Claims (9)
1.基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，它包括多旋翼植保机（1）、机载控制器（2）和地面基站（3），机载控制器（2）安装在多旋翼植保机（1）上，其特征在于：机载控制器（2）包括有移动差分定位模块（21）、机上定位数据传输模块（22）、机载单片机（23）、机上遥控数据传输模块（24）和飞行控制器（25），地面基站（3）包括有固定差分定位模块（31）、地面定位数据传输模块（32）、地面监测计算机（33）和地面遥控数据传输模块（34），固定差分定位模块（31）通过地面定位数据传输模块（32）将位置修正信息实时发送给多旋翼植保机（1），移动差分定位模块（21）通过机上定位数据传输模块（22）接收到地面基站（3）发来的位置信息，并将这个位置信息传给机载单片机（23），机载单片机（23）通过飞行控制器（25）控制多旋翼植保机（1）各电机（11）的调速控制器（12），各调速控制器（12）分别控制各电机（11）和旋翼（13）完成多旋翼植保机（1）的自主飞行任务，地面监测计算机（33）通过地面遥控数据传输模块（34）与机上遥控数据传输模块（24）实现地面基站（3）与多旋翼植保机（1）之间的双向数据通信。
2.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述地面基站（3）还包括有可以在突发状况时人工实施干预操作、以确保飞行安全的辅助操纵终端（35）。
3.如权利要求2所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述辅助操纵终端（35）为与地面监测计算机（33）遥控通讯的遥控器或与地面监测计算机（33）结合为一体的操作器。
4.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述多旋翼植保机（1）由机身（15）、安装在机身（15）上的电池（16）、安装在机身（15）外端点上的多个电机（11）和与各电机（11）分别相配套的多个调速控制器（12）构成，各电机（11）的输出转轴上分别安装有旋翼（13），机身（15）上安装有受机载单片机控制的喷药施肥装置（14）。
5.如权利要求4所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述各电机（11）分别为大功率直流无刷电机，多旋翼植保机（1）为具有自稳定点悬停功能的多旋翼飞机。
6.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述移动差分定位模块（21）和固定差分定位模块（31）构成差分定位装置，移动差分定位模块（21）和固定差分定位模块（31）分别由一块K505或K700定位板卡和与定位板卡相连接的天线构成，移动差分定位模块（21）安装在多旋翼植保机（1）上，作为流动站，固定差分定位模块（31）安装在地面基站（3）上作为基准站，流动站与基准站之间通过机上定位数据传输模块（22）和地面定位数据传输模块（32）进行通信，将基准站所测得的位置修正信息传送给流动站。
7.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述机上定位数据传输模块（22）、地面定位数据传输模块（32）、机上遥控数据传输模块（24）和地面遥控数据传输模块（34）是GSM通信模块或者433M、2.4G类无线通讯模块。
8.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述机载单片机（23）采用STM32系列单片机。
9.如权利要求1所述的基于差分定位的自主飞行多旋翼植保机系统，其特征在于所述地面监测计算机（33）可以是计算机、平板电脑、手机或者单片机各硬件平台中的一种。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN106530103A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-03-22 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 一种航空植保作业实时监管系统 |
| CN108255194A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-07-06 | 江苏工程职业技术学院 | 一种基于uwb的农用植保无人机精准定位喷药控制方法 |
| CN111474958A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-07-31 | 重庆市亿飞智联科技有限公司 | 一种飞行控制设备、系统及无人机 |
| CN111758311A (zh) * | 2019-04-02 | 2020-10-13 | 新疆农业大学 | 果园旋耕地机器人 |
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