[发明专利]一种智能施药无人直升机

说明书

技术领域

    本发明涉及一种无人驾驶直升机，主要是用于精准农药喷洒的一种智能施药无人直升机，属于农业植保技术领域。

背景技术

    航空施药与传统的田间人工施药作业相比，具有作业效率高、农药对作业人员零危害、用工量和劳动强度大幅降低、雾滴漂移少、雾流对作物穿透性强、防治效果明显提高等显著优点，尤其是直升机施药，无需专用起降机场，机动性好，因此为快速有效防控爆发性病虫草害、促进农作物规模化植保技术升级换代提供了理想的作业平台。

目前，航空施药在美国与日本等发达国家应用较多。国内，近年来掀起航空施药植保热潮，主要采用小航模级别的农用航空施药装备，需要人工操控，无自动导航、自动施药功能，遥控距离一百米范围，完全需要在操纵手的目视范围内控制，施药的准确性差，不适合大田块的作业。

2011年2月23日，公开号为CN101979276A的中国发明专利，公开了一种智能施药无人直升机，包括机体框架，所述机体框架有受控于飞行控制主机的旋翼飞行系统级起落架组件，所述飞行控制主机的通讯端与GPS通讯连接，其主控制输出端接旋翼飞行系统的受控端，用以根据预定航线和GPS传来的实时位置信息向所述飞行系统发出导航控制信号；所述机体框架下方中部还与装有喷头的喷杆连通，所述飞行控制主机还含有辅控制输出端，所述辅控制输出端接所述液泵的受控端，用以根据预定施药地点和GPS传来的实时位置信息向所述液泵发出施药控制信号。工作时，飞行控制主机不仅可以借助GPS控制无人机按照预定航线飞行，而且可以借助GPS，按照预定的GPS航路实施喷洒任务，当无人直升机飞抵预定施药地点上空时，自动控制液泵启动，当无人直升机飞离施药区域时，液泵自动关闭，实现自动导航飞行且自动控制施药作业，避免了重喷与漏喷，也避免了药液的浪费，减少药液消耗，所有设备自行工作，全程自动作业。但是，这种智能施药无人直升机针对不同高度的作物、不同需要量无法自动调节，在程控过程中难以灵活调节高度和速度，造成不同植物施药效果差，药液浪费。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种不仅可以自动导航，而且可以根据作物的高度，作物需要的药量调节高度和速度，对施药系统智能控制的施药无人直升机。

    为解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种智能施药无人直升机，包括机载设备系统和地面站系统，所述机载设备系统与地面站系统通过蓝牙通讯传输信息；所述机载设备系统包括飞行控制器系统、传感器系统。

所述飞行器控制系统包括施药控制系统、机载无线电台、测控链路、舵机控制器和控制飞机飞行的飞行控制器，所述施药控制系统包括施药装置。

    所述传感器系统包括GPS、航向计和微型惯性测量组件；GPS能够提供飞机天线相对于地面的运行速度、运行方向以及它相对于海平面的高度和垂向速度，同时能够提供天线相对于地球表面的经度纬度信号，这些信号为导航控制所必需。

     为了让提供的那些信号能够满足控制的需求，一方面需要它能够以一定的频率提供这些信号，以满足控制动态响应特性的需求，一方面需要它能够以一定的精度提供信号，以满足控制精度的要求，航向计是为了确定直升机的机头方向，一般采用检测地磁强度的方法来进行，通过三个正交轴轴向上的地磁强度经过三角解算，可以获得直升机机头的指向。但是，直升机飞行的姿态并非时刻保持水平，因此必须引入陀螺的姿态信号和地磁计读数一起进行解算，方可得到直升机机头准确的指向。

    微型惯性测量组件是一种智能陀螺，其内部包含正交分布的三个角速度计和三个加速度计，以及气压计，通过卡尔曼滤波算法来获取姿态，该微型惯性测量组件提供无人直升机控制系统必需的加速度信息，角速率信息，姿态角度信息以及气压高度信息。

    所述飞行控制器采用基于ARM+FPGA为核心的嵌入式系统架构，其硬件资源还包括以下5路串口：磁航向计、微型惯性测量组件、测控链路、舵机控制器和施药设备；

    所述微型惯性测量组件、磁航向计分别与所述飞行器控制器的微型惯性测量组件串口、磁航向计串口通讯连接；所述测控链路、舵机控制器分别与所述飞行控制器的测控链路、舵机控制器串口通讯连接，所述施药装置与所述飞行控制器的施药设备串口通讯连接。

     本发明进一步限定的技术方案是：