[发明专利]基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船及方法

权利要求书

1.一种基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船，包括船体，其特征在于：

还包括对船体进行无线控制的岸基设备以及搭载有视觉系统的无人机，所述视觉系统用于获取水田和田间无人空气动力船的图像；

所述无人机上还设有用于识别所述图像中的田块和无人空气动力船并计算无人空气动力船在田块中的相对位置的机载计算机，以及对该相对位置信息进行传递的通讯模块；

所述船体上设有：

动力单元，包括发动机、与所述发动机的输出轴相连的空气螺旋桨以及用于控制船体航行方向的尾舵；

施药单元，包括药箱以及与药箱相连的输液管；

船载控制器，用于处理接收来自于所述无人机发送的位置信息，结合由安装在船体上的方向传感器获取的航向信息，计算出操舵角；

基于上述农用无人空气动力船的导航方法，包括以下步骤：

1)获取水田图像，将带有颜色的圆的标识物放置到水田四个边缘角点处，使圆心与水田边缘角点重合，利用无人机拍摄水田图像，并对图像进行投影变换，矫正失真图像，获得矫正后的水田图像；

2)建立坐标系，以矫正后的水田图像中左上方的角点为原点，左上方角点到右上方角点的方向为y轴，过原点做y轴的垂线得到x轴，建立水田直角坐标系；

3)识别空气动力船；

4)计算船体位置信息，将船体视为一个质点，并计算该质点在水田直角坐标系中的坐标(x_boat,y_boat)，计算公式如下

其中，(x_{pix_a},y_{pix_a})是左上方角点的图像坐标；(x_{pix_b},y_{pix_b})是右上方角点的图像坐标；(x_pix,y_pix)是空气动力船在图像上的坐标信息；

5)航行自动控制，无人机将船体在水田直角坐标系中的坐标信息发送给空气动力船的控制器，控制器结合船载方向传感器获取的实施航向信息，计算操舵角并自动控制空气动力船沿预定的航线航行；

6)远程监控，空气动力船的控制器将船体的船速、导航误差及任务完成情况通过无线通讯的方式传送给岸基设备，供作业员远程监控。

2.根据权利要求1所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的空气螺旋桨的两扇叶通过凸轮连杆机构连接到舵机上，以控制两扇叶的倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的凸轮连杆机构包括分别与所述空气螺旋桨的两片扇叶相连的第一支架和第二支架、套设在所述发动机的机架上的凸轮以及安装在所述发动机的输出轴上的轴承；

所述第一支架和第二支架连接在所述轴承的内圈上；

所述凸轮上铰接有第一连杆，该第一连杆的一端铰接在所述轴承的外圈上，另一端通过与其铰接的第二连杆连接所述的舵机输出端。

4.根据权利要求2所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的发动机上安装有用于探测发动机转速的磁传感器。

5.根据权利要求1所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的岸基设备具有无线紧急制动器，与设置在船体的无线紧急制动器接收机配合实现迅速关停发动机；

还具有与设置在船体上的遥控器接收机配合使用的遥控器，实现人工对船体进行远程操作。