一種自主飛行的無人機系統及其控制方法技術方案

一種自主飛行的無人機系統，包括主控制器、地面站設備，主控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊,通過修改主控制器的內部程序和外圍電路實現不同型號無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，其特征在于：地面站設備對單個無人機進行配置參數、航線規劃電子圍欄設置以及航行模式的配置，主控制器按照地面站設備生成的航點文件、飛行參數以及安全參數實現無人機包括自主避障、斷點續航在內的自主飛行。

An autonomous flying UAV system and its control method

An autonomous flight of UAV system, including the main controller, ground station equipment, the main controller comprises a data acquisition module, data processing module, communication module, through the internal procedures and the peripheral circuit to modify the main controller achieve flight and control of different type of UAV flight management function, which is characterized in that the ground station equipment aircraft configuration parameter, route planning and navigation mode of electronic fence set the configuration of single point file, the main controller according to the ground station equipment generates flight parameters and safety parameters of unmanned machine including obstacle avoidance, breakpoint, autonomous flight endurance.

【技術實現步驟摘要】
一種自主飛行的無人機系統及其控制方法
本專利技術涉及無人機系統，尤其是一種自主飛行的無人機系統及其控制方法。
技術介紹
現有技術中無人機都是基于離線航線規劃和全自動飛行控制的無人機飛控產品方案，具體實現過程如圖1所示，上述過程中，“測量地塊”過程需要測繪人員手持測繪設備到地塊的各個特征點進行取點操作，耗費時間較長，是作業時間之外最耗時間的步驟，特別是對于小地塊，測量地塊的時間占用總作業時間的比例會更長，自主作業功能是實現無人機植保作業的基礎，因為傳統的遙控飛行精度差、強度高，無法體現無人機植保作業的真正價值，而自主飛行功能可以充分發揮人和機器各自的優勢，充分提高作業效率。
技術實現思路
本專利技術為了克服現有技術方案的不足，提供了一種自主飛行的無人機系統的技術方案,充分提高作業效率。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為：一種自主飛行的無人機系統，包括主控制器、地面站設備，主控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊,通過修改主控制器的內部程序和外圍電路實現不同型號無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，地面站設備包括遙控器、PC地面站、手機地面站，通過無線數據信道進行飛行監控；其特征在于：地面站設備對單個無人機進行配置參數、航線規劃電子圍欄設置以及航行模式的配置，主控制器按照地面站設備生成的航點文件、飛行參數以及安全參數實現無人機包括自主避障、斷點續航在內的自主飛行。一種自主飛行的無人機控制方法，具體為：步驟1，通過測繪設備結合地面站設備獲取作業區域信息；步驟2，在地面站設備上進行飛行航線的規劃；步驟3，配置飛行參數；步驟4，配置安全參數；步驟5，地面站設備連接主控制器，地面站設備生成規劃好的航點文件、飛行參數以及安全參數上傳到主控制器；步驟6，確認衛星狀態良好，無人機起飛，飛行模式切換到自主作業模式；步驟7，無人機保持當前高度進入任務航線，主控制器按照航點文件飛行，并按照設定好的航線執行自主作業；步驟8，無人機返航。本專利技術與現有技術的有益效果體現在：1.本專利技術提出了對測量好的作業區域信息及航點文件進行保存，通過地面站軟件進行分時復用，這樣可以有效提高再次作業的作業效率(再次作業不再需要測量地塊)，過程節省了最耗時間的“測量地塊”的過程，有效提高作業效率；2.電藥檢測、斷點續航：高效電源管理實時監控電池電量，高精度液位傳感器實時監控藥箱藥量，出現低電或斷藥(或人工添加斷點)時無人機記錄當前航點位置并自主返航，加藥換電后無人機自動飛到斷點繼續開展噴灑作業，有效節省了飛行時間；3.本專利技術為保證用戶在不使用地面站對小面積形狀規整地塊作業時仍然可以使用自主噴灑功能，同時有效降低用戶的操作強度，本產品提供了非常實用的“AB點模式”，這種作業模式既能滿足快速作業要求，又能保證噴灑的均勻性，該模式還支持用戶隨時修改A點和B點的位置；4.本專利技術通過設置電子圍欄的充分保證飛行安全；5.本專利技術通過自主避障避免無人機與障礙物發生碰撞；6.本專利技術采用AB點模式，既能滿足快速作業要求，又能保證噴灑的均勻性。附圖說明圖1為現有技術無人機航線規劃方法示意圖；圖2為本專利技術的無人機航線規劃方法示意圖；圖3為本專利技術的電子圍欄原理圖；圖4為本專利技術的AB點操作示意圖；具體實施方式下面結合附圖與實施例對本專利技術作進一步的說明。如圖1-4所示，一種精準噴灑的無人機系統，包括主控制器、執行機構、通訊設備、地面站設備以及云網，主控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊,通過修改主控制器的內部程序和外圍電路實現不同型號無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，數據采集模塊采集各傳感器的測量信號，測量信號其包括光學信號、陀螺信號、航向信號、舵偏角信號、液位信號以及定高雷達信號，并上傳至數據處理模塊；通信模塊接收通訊設備傳輸的由地面站設備上行信道送來的控制命令，同時將無人機的姿態數據及執行機構的工作狀態參數通過通訊設備實時傳送給地面站設備；數據處理模塊，根據測量信號生成無人機的飛行狀態、姿態參數以及飛行參數，結合控制命令，經計算處理，輸出開關量信號、模擬信號和PWM脈沖信號給執行機構，實現對無人機中各種飛行模態的控制和對執行機構的管理與控制；執行機構包括電機電調裝置和噴灑裝置，噴灑裝置包括噴頭、噴桿、水泵、流量計、藥箱、調速電路、液位傳感器、水泵調速器，構成為籠罩式施藥的傘形噴灑系統；通訊設備包括接收機模塊、數傳機載端、數傳地面端、衛星導航模塊、數傳藍牙中繼盒；地面站設備包括遙控器、PC地面站、手機地面站，通過無線數據信道進行飛行監控；其特征在于：地面站設備對單個無人機進行配置參數、航線規劃電子圍欄設置以及航行模式的配置，并對多個無人機編隊并異構多無人機協同規劃并利用光學信號生成健康狀況圖以及三維微地形結合地面監測數據生成作業處方圖，主控制器實現無人機仿地飛行控制、高可靠容錯控制、自主避障的控制以及控制電機電調裝置和噴灑裝置協同工作對噴灑進行控制。其中，光學信號包括可見光信號、近紅外信號、熱紅外信號、攝影機圖像以及激光雷達圖像。一種自主飛行的無人機控制方法，通過地面站設備進行離線航線規劃的方法實現自主作業，具體為：步驟1，通過測繪設備結合地面站設備獲取作業區域信息(地塊角點坐標)步驟2，在地面站設備上進行飛行航線的規劃；步驟3，配置飛行參數；步驟4，配置安全參數；步驟4.1，飛行限制；步驟4.2，遙控器中斷保護；步驟4.3，電池保護；步驟4.4，藥量檢測保護；步驟5，地面站設備連接主控制器，地面站設備生成規劃好的航點文件、飛行參數以及安全參數上傳到主控制器；步驟6，確認衛星狀態良好，無人機起飛，飛行模式切換到自主作業模式；步驟7，無人機保持當前高度進入任務航線，主控制器按照航點文件飛行，并按照設定好的航線執行自主作業(通過地面站設備進行飛行數據的監測)。步驟8，無人機執行返航時，首先從返航位置爬升一定高度，然后返回到出發點或備降點，航線飛行高度、返航飛行高度均可通過油門通道進行調整。其中，實現自主飛行，地面站設備進行航線規劃和與主控制的通信(航線的上傳和下載、飛行數據觀察)是重要的基礎功能，步驟2中的地面站設備上進行飛行航線的規劃為復雜幾何圖形內路徑規劃優化的過程，具體為：步驟2.1，將作業區域信息(即經緯度信息)轉換為設定坐標系下的位置信息；步驟2.2，將無人機航線間距、航線角度作為計算輸入；步驟2.3，計算符合要求的飛行路徑；步驟2.4，計算飛行路徑與作業區域信息(多邊形)的交點位置；步驟2.5，將交點位置轉換為經緯度信息，即航點位置；步驟2.6，將航點位置顯示在衛星地圖上。步驟2還可以采用AB點模式，AB點模式是針對近似矩形規則形狀地塊開發的一種航跡規劃作業模式，控制無人機執行L形航線，即每次換行及換行后的一條噴灑航線為一個”航線單元“，可通過地面站設置自主換行或手動換行。這種作業模式既能滿足快速作業要求，又能保證噴灑的均勻性。具體為：步驟2.1，控制無人機飛到A點位置后切換到位置保持模式或GNSS輔助模式,然后記錄A點；步驟2.2，控制無人機飛到B點位置后切換到位置保持模式或GNSS輔助模式,然后記錄B點；步驟2.3，將A、B點位置轉換為經緯度信息，即航點位置；步驟2.4，將航點位置顯示在衛星地圖上。步驟2還包括自主避障設置，具體為：手持測繪桿到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自主飛行的無人機系統，包括主控制器、地面站設備，主控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊,通過修改主控制器的內部程序和外圍電路實現不同型號無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，其特征在于：地面站設備對單個無人機進行配置參數、航線規劃電子圍欄設置以及航行模式的配置，主控制器按照地面站設備生成的航點文件、飛行參數以及安全參數實現無人機包括自主避障、斷點續航在內的自主飛行。

【技術特征摘要】
1.一種自主飛行的無人機系統，包括主控制器、地面站設備，主控制器包括數據采集模塊、數據處理模塊、通信模塊,通過修改主控制器的內部程序和外圍電路實現不同型號無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，其特征在于：地面站設備對單個無人機進行配置參數、航線規劃電子圍欄設置以及航行模式的配置，主控制器按照地面站設備生成的航點文件、飛行參數以及安全參數實現無人機包括自主避障、斷點續航在內的自主飛行。2.一種權利要求1的無人機系統的控制方法，具體為：步驟1，通過測繪設備結合地面站設備獲取作業區域信息；步驟2，在地面站設備上進行飛行航線的規劃；步驟3，配置飛行參數；步驟4，配置安全參數；步驟5，地面站設備連接主控制器，地面站設備生成規劃好的航點文件、飛行參數以及安全參數上傳到主控制器；步驟6，確認衛星狀態良好，無人機起飛，飛行模式切換到自主作業模式；步驟7，無人機保持當前高度進入任務航線，主控制器按照航點文件飛行，并按照設定好的航線執行自主作業；步驟8，無人機返航。3.根據權利要求2所述的一種控制方法，其特征在于步驟2具體為：步驟2.1，將作業區域信息(即經緯度信息)轉換為設定坐標系下的位置信息；步驟2.2，將無人機航線間距、航線角度作為計算輸入；步驟2.3，計算符合要求的飛行路徑；步驟2.4，計算飛行路徑與作業區域信息(多邊形)的交點位置；步驟2.5，將交點位置轉換為經緯度信息，即航點位置；步驟2.6，將航點位置顯示在衛星地圖上。4.根據權利要求2所述的一種控制方法，其特征在于：步驟2還可以采用AB點模式，具體為：步驟2.1，控制無人機飛到A點位置后切換到位置保持模式或GNSS輔助模式,然后記錄A點；步驟2.2，控制無人機飛到B點位置后切換到位置保持模式或GNSS輔助模式,然后記錄B點；步驟2.3，將A、B點位置轉換為經緯度信息，即航點位置；步驟2.4，將航點位置顯示在衛星地圖上。5.根據權利要求2所述的一種控制方法，其特征在于:步驟2還包括自主避障的設置，具體為：手持測繪桿到達障礙物位置，圍繞障礙物四周，添加4個避障點，保存避障點到地面站設備，當無人機飛到障礙物位置時將沿避障點飛行。6.根據權利要求2所述的一種控制方法，其特征在于步驟4具體為：步驟4.1，飛行限制；步驟4.2，遙控器中斷保護；步驟4.3，電池保護；步驟4.4，藥量檢測保護。7.根據權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王飛，曾龍，閆永治，
申請(專利權)人：北京博鷹通航科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11