一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī).pdf

19 中華人民共和國 國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 12 實(shí)用新型專利 10 授權(quán)公告號(hào) 45 授權(quán)公告日 21 申請(qǐng)?zhí)?201920730793 0 22 申請(qǐng)日 2019 05 21 73 專利權(quán)人 江 蘇 大 學(xué) 地址 212013 江 蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)學(xué)府路 301號(hào) 72 發(fā)明人 朱懷群 石強(qiáng) 劉達(dá) 毛罕平 劉欣茹 51 Int Cl A01H 1 02 2006 01 B64C 27 08 2006 01 B64C 27 52 2006 01 B64D 47 00 2006 01 G05D 1 08 2006 01 G05D 1 10 2006 01 ESM 同樣的發(fā)明創(chuàng)造已同日 申請(qǐng)發(fā)明專利 54 實(shí)用新型名稱 一種溫室用自主導(dǎo) 航授粉無 人機(jī) 57 摘要 本實(shí)用新型公開了一種溫室用自主導(dǎo)航授 粉無人機(jī) 該無人機(jī)包括機(jī)體 旋翼組件和旋翼 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 旋翼組件包括旋翼 電機(jī) 電機(jī)支架以 及旋翼防護(hù)圈 旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括絲桿步進(jìn)電 機(jī) 絲桿螺母 滑塊 轉(zhuǎn)軸以及連桿 無人機(jī)通過 控制多組旋翼組件的方向 使旋翼組件傾斜產(chǎn)生 水平風(fēng)場(chǎng)分量 促使花粉擴(kuò)散到周圍花朵上 而 不是垂直下落 有效地提高了溫室環(huán)境下的風(fēng)力 授粉效果 權(quán)利要求書1頁 說明書3頁 附圖3頁 CN 210017335 U 2020 02 07 CN 210017335 U 1 一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī) 其特征在于 包括機(jī)體 旋翼組件 旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過絲桿步進(jìn)電機(jī) 12 控制旋翼組件的方向 使無人機(jī)產(chǎn)生水平氣流分量 2 如權(quán)利要求1所述的一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī) 其特征在于 所述旋翼轉(zhuǎn)向機(jī) 構(gòu)包括絲桿步進(jìn)電機(jī) 12 絲桿螺母 15 滑塊 14 以及連桿 7 絲桿步進(jìn)電機(jī) 12 固定 于機(jī)臂 6 一端 絲桿螺母 15 內(nèi)部與絲桿步進(jìn)電機(jī) 12 連接 外部與滑塊 14 螺釘連接 連桿 7 兩端分別通過轉(zhuǎn)軸 13 與滑塊 14 電機(jī)支架 2 相連 機(jī)臂 6 內(nèi)部開設(shè)T型槽 型槽側(cè)面開有空心槽 滑塊 14 端的轉(zhuǎn)軸 13 卡入該空心槽 權(quán) 利 要 求 書 1 1 頁 2 CN 210017335 U 一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī) 技術(shù)領(lǐng)域 0001 本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備領(lǐng)域 具體涉及一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)及 其控制方法 背景技術(shù) 0002 近年來 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速 但由于溫室大棚內(nèi) 種植環(huán)境封閉 缺乏自然授 粉所需的昆蟲 風(fēng)力等因素 不能很好的完成授粉工作 0003 現(xiàn)有的輔助授粉主要有人力式與機(jī)械式 人力輔助授粉勞動(dòng)強(qiáng)度大 授粉效率低 無法在有限時(shí)間周期內(nèi)完成大面積的授粉工作 機(jī)械式輔助授粉主要分為手持式 行走式 和無人機(jī)授粉 手持式授粉效率提高有限 而行走式占地面積較大 靈活性較低 0004 現(xiàn)有的無人機(jī)授粉方式 一般是利用無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗氣流在垂直方向上將 植株的花粉吹散 從而完成授粉 但由于授粉作業(yè)中花粉從父本擴(kuò)散至母本的方向主要為 水平方向 所以授粉效果不佳 此外由于無人機(jī)操作復(fù)雜 無人機(jī)飛手緊缺 難以大范圍推 廣 實(shí)用新型內(nèi)容 0005 為了解決以上技術(shù)問題 本實(shí)用新型提出了一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)及其 控制方法 授粉效果好 操作簡(jiǎn)單 可以大范圍推廣 0006 本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的 0007 一種溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī) 包括機(jī)體 旋翼組件 旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 旋翼轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)通過絲桿步進(jìn)電機(jī)控制旋翼組件的方向 使無人機(jī)產(chǎn)生水平氣流分量 0008 上述方案中 所述旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括絲桿步進(jìn)電機(jī) 絲桿螺母 滑塊以及連桿 絲 桿步進(jìn)電機(jī)固定于機(jī)臂一端 絲桿螺母內(nèi)部與絲桿步進(jìn)電機(jī)連接 外部與滑塊螺釘連接 連 桿兩端分別通過轉(zhuǎn)軸與滑塊 電機(jī)支架相連 機(jī)臂內(nèi)部開設(shè)T型槽 型槽側(cè)面開有空心槽 滑塊端的轉(zhuǎn)軸卡入空心槽 0009 本實(shí)用新型的有益效果為 0010 1 該無人機(jī)通過對(duì)旋翼組件方向的控制 使旋翼組件傾斜產(chǎn)生水平風(fēng)場(chǎng)分量 促 使花粉擴(kuò)散到周圍花朵上 而不是垂直下落 有效地提高了溫室環(huán)境下的風(fēng)力授粉效果 0011 2 當(dāng)需要加大風(fēng)速 同時(shí)保持飛行高度不變時(shí) 在增加電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)使旋翼組 件傾斜角度增大 從而增加水平風(fēng)場(chǎng)而使豎直風(fēng)場(chǎng)保持不變 最終實(shí)現(xiàn)不同旋翼轉(zhuǎn)速下的 定高飛行 0012 3 該無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫室環(huán)境下的定位與自主導(dǎo)航 大大減小了無人機(jī)的使用 難度 同時(shí)降低了勞動(dòng)成本 附圖說明 0013 圖1為本實(shí)用新型所述的溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)的整體示意圖 說 明 書 1 3 頁 3 CN 210017335 U 0014 圖2為本實(shí)用新型所述的溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)的部分結(jié)構(gòu)示意圖 0015 圖3為本實(shí)用新型所述機(jī)臂的結(jié)構(gòu)示意圖 0016 圖4為本實(shí)用新型所述的溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)的控制系統(tǒng)框圖 0017 圖5為溫室高度較低或無人機(jī)豎直方向作業(yè)跨度較小時(shí) 本實(shí)用新型所述的UWB基 站布置位置示意圖 0018 圖6為溫室高度較高或無人機(jī)豎直方向作業(yè)跨度較大時(shí) 本實(shí)用新型所述的UWB基 站布置位置示意圖 0019 圖中 1 旋翼 2 電機(jī)支架 3 電機(jī) 4 旋翼防護(hù)圈 5 上機(jī)蓋 6 機(jī)臂 7 連桿 8 分隔板 9 下機(jī)蓋 10 超聲波傳感器 11 腳架 12 絲桿步進(jìn)電機(jī) 13 轉(zhuǎn)軸 14 滑塊 15 絲 桿螺母 具體實(shí)施方式 0020 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述 但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此 0021 參見圖1 本實(shí)用新型溫室用自主導(dǎo)航授粉無人機(jī)的整體圖如其所示 包括機(jī)體 旋翼組件以及旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過絲桿步進(jìn)電機(jī)12 控制旋翼組件的方向 使 無人機(jī)產(chǎn)生水平氣流分量 提高溫室環(huán)境下的風(fēng)力授粉效果 同時(shí) 通過預(yù)設(shè)飛行路徑 將 飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)與UWB定位信息進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波 并結(jié)合超聲波測(cè)距信息進(jìn)行避障 實(shí)現(xiàn) 溫室環(huán)境下的無人機(jī)定位與自主導(dǎo)航 0022 所述機(jī)體包括上機(jī)蓋5 分隔板8 下機(jī)蓋9 機(jī)臂6 腳架11以及電池 上機(jī)蓋5 分隔 板8 下機(jī)蓋9從上至下依次通過螺釘連接形成空心腔體 下機(jī)蓋 底部通過螺釘對(duì)稱固定四 個(gè)腳架11 分隔板8周向?qū)ΨQ固定四個(gè)機(jī)臂6 空心腔體密封性較好 用于安裝電池 電池與 飛行控制器連接 用于給飛行控制器供電 四個(gè)超聲波傳感器10分別通過螺釘安裝于下機(jī) 蓋9預(yù)留孔中 0023 所述旋翼組件包括旋翼1 電機(jī)3 電機(jī)支架2以及旋翼防護(hù)圈4 電機(jī)支架2與機(jī)臂 6一端鉸接 電機(jī)3固定于電機(jī)支架2 旋翼1安裝在電機(jī)3輸出軸上 旋翼防護(hù)圈4與電機(jī)支架 2固定連接 防止旋翼與作物接觸 0024 參見圖2 所述旋翼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括絲桿步進(jìn)電機(jī)12 絲桿螺母15 滑塊14 轉(zhuǎn)軸13 以及連桿7 絲桿步進(jìn)電機(jī)12通過螺釘固定于機(jī)臂6一端 絲桿螺母15內(nèi)部與絲桿步進(jìn)電機(jī) 12配合組成絲桿滑塊機(jī)構(gòu) 絲桿螺母15外部與滑塊14通過螺釘連接 滑塊14置于機(jī)臂6的T 型槽內(nèi) 連桿7一端通過轉(zhuǎn)軸13與滑塊14連接 另一端與電機(jī)支架2鉸接 電機(jī)支架 還與機(jī) 臂6一端鉸接 構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 絲桿步進(jìn)電機(jī)12旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊14 直線運(yùn)動(dòng) 滑塊14通過 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電機(jī)支架2旋轉(zhuǎn) 最終實(shí)現(xiàn)對(duì)旋翼組件的角度控制 0025 所述機(jī)臂6的數(shù)目與旋翼組件數(shù)目相等 機(jī)臂 內(nèi)部開設(shè)T型槽用于約束滑塊14 圖 3 該T型槽側(cè)面開有空心槽 滑塊14端的轉(zhuǎn)軸13卡入空心槽 限制轉(zhuǎn)軸13的移動(dòng)范圍 從而 進(jìn)一步限制滑塊14 0026 空心腔體內(nèi)部設(shè)有控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)包括飛行控制器 慣性測(cè)量單元 無線通信 模塊以及電調(diào) 參見圖4 本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)框圖如其所示 首先通過上位機(jī)預(yù)設(shè)飛行 路徑 通過無線通信模塊向飛行控制器發(fā)送指令 飛行控制器通過電調(diào)調(diào)節(jié)電機(jī)速度 使無 說 明 書 2 3 頁 4 CN 210017335 U 人機(jī)升高 超聲波傳感器開始高度檢測(cè) 到達(dá)作業(yè)高度后 通過改變各電機(jī)3轉(zhuǎn)速和旋翼組 件角度 使無人機(jī)按照預(yù)設(shè)路徑前進(jìn) 預(yù)設(shè)路徑的導(dǎo)航由慣性測(cè)量單元 超聲波傳感器10以 及UWB系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn) 慣性測(cè)量單元測(cè)量無人機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及姿態(tài)傳輸給飛行控制器 飛行控 制器由姿態(tài)變化的反饋對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié) 超聲波傳感器10測(cè)量周圍距離 防止撞到作 物或其他障礙 無人機(jī)上的UWB定位標(biāo)簽 置于空心腔體內(nèi)部 與布置在溫室內(nèi)的UWB基站以 及上位機(jī)組成UWB定位系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的溫室內(nèi)定位 同時(shí)上位機(jī)將定位信息與運(yùn)動(dòng)參 數(shù)及姿態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波 對(duì)慣性導(dǎo)航的累計(jì)誤差進(jìn)行消除 最終實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)路徑的飛 行 飛行控制器控制絲桿步進(jìn)電機(jī)12實(shí)現(xiàn)對(duì)旋翼組件的角度控制 可使旋翼組件傾斜產(chǎn)生 水平風(fēng)場(chǎng)分量 促使花粉擴(kuò)散到周圍花朵上 同時(shí)通過分別對(duì)各個(gè)旋翼組件角度進(jìn)行控制 可實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)運(yùn)動(dòng)方向和姿態(tài)的靈活控制 例如 使前部?jī)山M旋翼方向水平不變 后部?jī)?組旋翼傾斜的同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大 可使無人機(jī)保持水平姿態(tài)下向前飛行 使四組旋翼組件 傾斜角度增大 并增大電機(jī)轉(zhuǎn)速 從而增大風(fēng)場(chǎng)水平分力而使風(fēng)場(chǎng)豎直分力保持不變 可實(shí) 現(xiàn)不同旋翼轉(zhuǎn)速下的定高飛行 0027 參見圖5 UWB基站數(shù)目及布置由溫室環(huán)境或作業(yè)情況確定 當(dāng)溫室高度較低或無 人機(jī)豎直方向作業(yè)跨度較小時(shí) 應(yīng)布置至少三個(gè) 各個(gè)基站布置高度相同 且與無人機(jī)作業(yè) 高度相近 通過UWB定位信息與無人機(jī)超聲波傳感器測(cè)量的高度信息 以較低的成本實(shí)現(xiàn)無 人機(jī)的三維定位 0028 參見圖6 UWB基站數(shù)目及布置由溫室環(huán)境或作業(yè)情況確定 當(dāng)溫室高度較高或無 人機(jī)豎直方向作業(yè)跨度較大時(shí) 應(yīng)至少布置四個(gè) 其中三個(gè)基站布置高度相同 另一個(gè)與其 他三個(gè)高度相差1m及以上 實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的三維定位 0029 在本說明書的描述中 參考術(shù)語 一個(gè)實(shí)施例 一些實(shí)施例 示意性實(shí)施例 示例 具體示例 或 一些示例 等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征 結(jié) 構(gòu) 材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中 在本說明書中 對(duì)上述術(shù) 語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例 而且 描述的具體特征 結(jié)構(gòu) 材料或 者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合 0030 盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化 修改 替換 和變型 本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定 說 明 書 3 3 頁 5 CN 210017335 U 圖1 圖2 說 明 書 附 圖 1 3 頁 6 CN 210017335 U 圖3 圖4 說 明 書 附 圖 2 3 頁 7 CN 210017335 U 圖5 圖6 說 明 書 附 圖 3 3 頁 8 CN 210017335 U