[发明专利]一种驱动解耦植保无人机的控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于农用航空植保领域,涉及一种针对驱动解耦植保无人机平台的控制系统及控制方法，使之具备沿预设的飞行航路进行植保作业，保持作业高度，避免出现农药漏喷、重喷或严重雾滴飘失。

技术背景

与传统的田间人工喷洒农药作业相比，植保无人机喷洒农药有着非常明显的优势：无人机作业效率高，农药对作业人员的危害较小，大幅度减小作业人员的劳动强度，雾滴漂移少，雾流对农作物的穿透性明显加强，对病虫草害防治效果良好，无人机不需要专用的升降场地，机动性能良好。同时也推动了我国农业机械化、数字化的发展进程。

植保无人机施药时，需稳定在距离作物2～3米的高空上平稳低速飞行并喷洒药液。目前植保无人机多采用遥控直升机或多旋翼无人机作为作业平台。无人直升机结构复杂，其飞行过程中存在铅垂方向升力和水平推力耦合问题，一方面加大了直升机机械结构和控制算法的复杂性，另一方面也提高其遥操作的复杂性，因此需要对无人机遥控者进行专业培训。多旋翼无人机作为植保作业平台，其载重相对直升机小的多，主要原因是采用了多个小尺寸螺旋桨，效率低，而且由于电源不能过大，其持续作业时间较短。因此在多旋翼无人机作业过程中需要多次的返回加药和更换电池，工作效率低，也造成了能源的浪费。

一种驱动解耦的无人机平台有效的解决了现有无人机结构复杂，操作困难，负载低的问题。所谓驱动解耦植保无人机平台仅需要实现铅垂方向升降运动、一定飞行高度下的平面运动。无人机平台在高度上的升降仅由其铅垂方向的大旋翼提供升力，而无人机平台相对机身前后方向运动仅由左右两个小旋翼提供推力，无人机平台相对机身左右方向运动仅由前后两个小旋翼提供推力，因此该无人机平台的驱动力是完全解耦的。该平台极大地适应了无人机作为专业植保平台的作业需求。

现有植保无人机大多是人工遥控操作的，不带自动导航系统，喷洒药液的准确性差，漏喷现象时有发生。而基于GPS导航的无人机飞控系统控制无人机沿预设的飞行航路进行植保作业，但其植保过程中易出现的航路误差或作业高度不稳定，从而极大地影响植保作业效果，极易造成农药漏喷、重喷或雾滴飘失严重。现有无人机飞控系统无法适应驱动解耦的无人机平台进行植保作业的需求，因而无法直接配置应用到此类驱动解耦的植保无人机上作为其植保飞行控制系统。

综上所述，针对现有植保无人机存在的问题和不足，发明一种针对低成本、高负载、驱动解耦植保无人机的控制系统及针对该植保平台的控制方法具有非常重要的实际意义。

发明内容

针对现有各种植保无人机平台存在的不足，克服现有飞控导航系统无法直接应用于驱动解耦的植保无人机平台，本发明提供了一种适合于驱动解耦植保无人机平台的控制系统及控制方法，并使之不仅具备依据设置的作业路线进行导航，而且在作业过程中使无人机保持预定的喷药高度的特点。

本发明一种针对驱动解耦植保无人机平台的控制系统采用的技术方案：包括无人机植保综合管理模块、高度控制子模块、航路导航控制子模块，喷雾控制子模块。所述无人机植保综合管理模块作为整个无人机控制的核心，管理航路导航控制子模块、喷雾作业控制子模块、飞行高度控制子模块的信息交换以及实现作业参数设定等人机交互功能。所述高度控制子模块可以测量无人机距离作物冠层的距离，并且实时调整无人机铅垂方向升力使之稳定在作业高度上。所述航路导航控制子模块使无人机沿预设作业航路飞行，同时可以随时调整飞行过程中出现的航路误差，做到精确导航。所述喷雾控制子模块依据植保无人机的作业位置实时控制植保作业开关，有效避免农药的漏喷和重喷。

所述的无人机植保综合管理模块，包括飞控处理单元、信息接收单元、控制信息输出单元。所述的飞控处理单元选用DSP处理器，该芯片集成有丰富的外围接口，具备浮点运算能力、计算精度高、能提高控制输出精度。所述的信息接收单元包括高度信息输入接口、飞行信息输入接口、无线传输模块和无线信息输入接口。所述的控制信息输出单元包括高度控制信息输出接口、飞行姿态调整信息输出接口和喷药控制信息输出接口。所述的高度信息输入接口采用UART接口与飞控处理单元通讯。所述的飞行信息输入接口的SPI接口与飞控处理单元通讯。所述的无线传输模块经无线信息输入接口与飞控处理单元进行远程通信。