一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，旨在通过多旋翼勘测无人机、多旋翼采摘无人机以及多旋翼喷洒无人机的有效且准确的控制，实现高效的果树植保及采摘。实现步骤为：多旋翼勘测无人机规避障碍物的自主飞行，前往目标果园，通过定位模块以及传感器模块采集果园信息；地面基站获取勘测无人机的采集信息，进行三维图像建模；多旋翼采摘无人机根据地面基站传输的成熟果树的位置，自主飞往目标果树进行采摘，任务完成则自主返航，降到指定区域；多旋翼喷洒无人机根据地面基站传输的果树的相关信息，完成高效的喷洒任务。本发明专利技术能够针对果树具体的受灾情况决定农药的喷洒浓度，更加有效、均匀的实现农药的喷洒。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法
本专利技术涉及多旋翼无人机勘测和无线通信领域，具体地说是一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘的方法。
技术介绍
两个人一起，一个人拉管，一个人往作物上喷洒农药，长年以来，这就是中国农村田间地头最常见和普遍的打药作业方式。据不完全统计，全国仍有5800万套肩背式的打药喷雾器在使用，占了施药领域的绝大部分，还有一小部分是地面机械施药装备。然而，由于农药对人体的危害极大，愿意人工作业的打药人已经越来越少。“现在打药的人，40岁到50岁的占了20％，50岁至60岁占60％，60岁以上的占20％。40岁以下的，没有。”江西省于都县鑫威隆果业专业合作社的负责人严冬长说，打药人多以农村妇女和贫困户为主，越是农忙时节越抢手。“我们1000多亩果园，打一次药需要请40个人，至少打上三天半到四天时间。”严冬长说，人工作业，正儿八经打药，一天也只能打几亩地。无人机喷药，无论是时间成本还是费用，都要低很多。中国拥有地球上7％的耕地，但我国的化肥和农药的使用量却是全球总量的35％。农药的浪费和不可控的污染，容易导致打药人慢性中毒，也容易导致农产品中农残留超标等问题，农民迫切需要更为精准高效的打药手段。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘的方法，旨在通过多旋翼无人机的勘测、采摘、喷洒的一系列的精准控制，实现更加安全、高效的植保工作。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，所述多旋翼无人机包括多旋翼勘测无人机、多旋翼采摘无人机和多旋翼喷洒无人机，所述多旋翼勘测无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块和图像模块，所述多旋翼采摘无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和机械臂模块，所述多旋翼喷洒无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和喷洒模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)使用多旋翼勘测无人机对果园进行勘测；(2)根据勘测结果，使用多旋翼采摘无人机对果树进行采摘作业或使用多旋翼喷洒无人机对果树进行喷洒作业；其中步骤(1)包括：(1a)地面基站向多旋翼勘测无人机发送指令，指示其飞向果园目标区域；(1b)多旋翼勘测无人机到达目标区域后，升至预设高度，利用图像模块拍摄出果园的航拍图，多旋翼勘测无人机中央处理模块进行三维图像建模，将果园内果树大致位置进行标注，并将三维建模得到的果树位置分布图发送到地面基站；(1c)地面基站分析通过多旋翼勘测无人机载GPS模块获取的无人机位置信息以及果树位置分布图，确定多旋翼勘测无人机飞行路线；(1d)多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线，进行勘测，并将勘测得的信息发送到地面基站；(1e)地面基站将勘测得的信息与多旋翼勘测无人机提供的果树位置分布图整合，识别可以采摘的果树，将果树的受灾情况分为三种等级：轻度受灾、中度受灾、重度受灾；(1f)地面基站确认多旋翼勘测无人机采集信息的完整性，在确认信息完整后，指示多旋翼勘测无人机返航。优选地，所述步骤(1d)中多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线进行勘测并将勘测得的信息发送到地面基站包括：依次对果树进行勘测，到达果树时，多旋翼勘测无人机悬停在指定高度，识别果树编号，记录果树位置，勘测出果树树冠大小，果树果实生长情况以及果树的受灾情况，并将果树编号、果树位置和果树树冠大小，果树果实生长情况以及果树的受灾情况一起发送到地面基站。优选地，所述步骤(1d)中多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线进行勘测并将勘测得的信息发送到地面基站进一步包括：在飞行过程中，多旋翼勘测无人机通过超声波探测器探测飞行路线上的障碍物，在探测到障碍物时，通过无人机当前位置得到障碍物位置信息，并且发送到地面基站。优选地，步骤(2)中使用多旋翼采摘无人机对果树进行采摘作业包括：(2a)地面基站根据整合了可以采摘的果树的位置和障碍物位置信息的果树位置分布图计算采集路线，并且将采集路线连同可以采摘的果树的位置和编号信息发送至多旋翼采摘无人机；(2b)多旋翼采摘无人机按照采集路线飞往可以采摘的果树，当到达可以采摘的果树时，多旋翼采摘无人机通过图像模块确认果树编号正确，定位果实位置，通过机械臂模块采摘果实；(2c)多旋翼采摘无人机完成采摘任务后自动返航。优选地，步骤(2)中使用多旋翼喷洒无人机对果树进行喷洒作业包括：(3a)地面基站根据整合了果树的受灾等级和障碍物位置信息的果树位置分布图计算喷洒路线，并且将喷洒路线连同待洒药的果树的位置、编号、树冠大小以及果树受灾等级信息发送至多旋翼喷洒无人机；(3b)多旋翼喷洒无人机按照喷洒路线飞往待洒药的果树，当到达待洒药的果树时，多旋翼喷洒无人机通过图像模块确认果树编号正确，确认果树的树冠直径以及果树的受灾等级，由中央处理模块根据树冠大小和受灾等级确定喷洒路径；(3c)多旋翼喷洒无人机完成喷洒任务后自动返航。优选地，所述步骤(3b)中根据树冠大小和受灾等级确定喷洒路径包括：如果果树的树冠直径小于多旋翼喷洒无人机的喷幅，则多旋翼喷洒无人机将悬停在树冠中心上方旋转喷洒，根据受灾等级来决定悬停的时间；如果果树的树冠直径大于等于多旋翼喷洒无人机的喷幅，则多旋翼喷洒无人机将采用螺旋向外的喷洒路径，由控制模块根据树冠直径大小以及果树受灾等级选择预设的控制模式，来决定多旋翼喷洒无人机的行进速度以及螺旋向外的半径增长速率。优选地，在螺旋向外的喷洒路径中，多旋翼喷洒无人机螺旋式下降到适合喷洒农药的高度，通过螺旋航线产生乱流，从而将果树的叶子翻转，使容易生长害虫的背阴面也能均匀的喷洒农药。优选地，在飞行过程中，多旋翼无人机通过超声波探测器探测飞行路线上的障碍物，在探测到障碍物时，依据飞行姿态数据和无人机与障碍物的相对位置修改多旋翼无人机的飞行控制数据，实现对障碍物的规避，所述飞行姿态数据通过以下步骤获得：i.中央处理模块获取多旋翼无人机当前传感器数据，对获取的数据中的重力以及磁场数据采用低通滤波，对从陀螺仪获取的数据采用高通滤波，并且通过四元数的方法进行互补计算，得到多旋翼无人机当前的姿态信息；ii.中央处理模块将当前的姿态信息和期望的姿态信息通过混杂控制得到多旋翼无人机的飞行姿态数据。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术通过多旋翼勘测无人机、多旋翼采摘无人机、多旋翼喷洒无人机形成一种针对果树植保以及采摘工作的系统。通过从勘测、采摘、喷洒完成了果树植保工作，提高了果园的工作效率，更加解放了工作人员的双手。2、本专利技术通过勘测无人机的超声波探测器以及GPS模块准确记录了障碍物的信息，为采摘无人机和喷洒无人机提供了障碍物位置信息，进行准确避障，节省了再次识别障碍物的信息所需要的时间。3、本专利技术中喷洒无人机所采用的飞行轨迹(蚊香型)能够更加有效、均匀的实现农药的喷洒。由于更加针对果树具体的受灾情况决定农药的喷洒浓度，更加具有针对性。附图说明图1是多旋翼勘测无人机的整体系统结构图。图2是多旋翼采摘无人机的整体系统结构图。图3是多旋翼喷洒无人机的整体系统结构图。图4是根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，所述多旋翼无人机包括多旋翼勘测无人机、多旋翼采摘无人机和多旋翼喷洒无人机，所述多旋翼勘测无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块和图像模块，所述多旋翼采摘无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和机械臂模块，所述多旋翼喷洒无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和喷洒模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)使用多旋翼勘测无人机对果园进行勘测；(2)根据勘测结果，使用多旋翼采摘无人机对果树进行采摘作业或使用多旋翼喷洒无人机对果树进行喷洒作业；其中步骤(1)包括：(1a)地面基站向多旋翼勘测无人机发送指令，指示其飞向果园目标区域；(1b)多旋翼勘测无人机到达目标区域后，升至预设高度，利用图像模块拍摄出果园的航拍图，多旋翼勘测无人机中央处理模块进行三维图像建模，将果园内果树大致位置进行标注，并将三维建模得到的果树位置分布图发送到地面基站；(1c)地面基站分析通过多旋翼勘测无人机载GPS模块获取的无人机位置信息以及果树位置分布图，确定多旋翼勘测无人机飞行路线；(1d)多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线，进行勘测，并将勘测得的信息发送到地面基站；(1e)地面基站将勘测得的信息与多旋翼勘测无人机提供的果树位置分布图整合，识别可以采摘的果树，将果树的受灾情况分为三种等级：轻度受灾、中度受灾、重度受灾；(1f)地面基站确认多旋翼勘测无人机采集信息的完整性，在确认信息完整后，指示多旋翼勘测无人机返航。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，所述多旋翼无人机包括多旋翼勘测无人机、多旋翼采摘无人机和多旋翼喷洒无人机，所述多旋翼勘测无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块和图像模块，所述多旋翼采摘无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和机械臂模块，所述多旋翼喷洒无人机包括无线通信模块、中央处理模块、控制模块、超声波探测器、GPS模块、传感器模块、图像模块和喷洒模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)使用多旋翼勘测无人机对果园进行勘测；(2)根据勘测结果，使用多旋翼采摘无人机对果树进行采摘作业或使用多旋翼喷洒无人机对果树进行喷洒作业；其中步骤(1)包括：(1a)地面基站向多旋翼勘测无人机发送指令，指示其飞向果园目标区域；(1b)多旋翼勘测无人机到达目标区域后，升至预设高度，利用图像模块拍摄出果园的航拍图，多旋翼勘测无人机中央处理模块进行三维图像建模，将果园内果树大致位置进行标注，并将三维建模得到的果树位置分布图发送到地面基站；(1c)地面基站分析通过多旋翼勘测无人机载GPS模块获取的无人机位置信息以及果树位置分布图，确定多旋翼勘测无人机飞行路线；(1d)多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线，进行勘测，并将勘测得的信息发送到地面基站；(1e)地面基站将勘测得的信息与多旋翼勘测无人机提供的果树位置分布图整合，识别可以采摘的果树，将果树的受灾情况分为三种等级：轻度受灾、中度受灾、重度受灾；(1f)地面基站确认多旋翼勘测无人机采集信息的完整性，在确认信息完整后，指示多旋翼勘测无人机返航。2.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，其特征在于，所述步骤(1d)中多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线进行勘测并将勘测得的信息发送到地面基站包括：依次对果树进行勘测，到达果树时，多旋翼勘测无人机悬停在指定高度，识别果树编号，记录果树位置，勘测出果树树冠大小，果树果实生长情况以及果树的受灾情况，并将果树编号、果树位置和果树树冠大小，果树果实生长情况以及果树的受灾情况一起发送到地面基站。3.根据权利要求2所述的基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，其特征在于，所述步骤(1d)中多旋翼勘测无人机根据确定的飞行路线进行勘测并将勘测得的信息发送到地面基站进一步包括：在飞行过程中，多旋翼勘测无人机通过超声波探测器探测飞行路线上的障碍物，在探测到障碍物时，通过无人机当前位置得到障碍物位置信息，并且发送到地面基站。4.根据权利要求3所述的基于多旋翼无人机的果树植保及采摘方法，其特征在于，步骤(2)中使用多旋翼采摘无人机对果树进行采摘作业包括：(2a)地面基站根据整合了可以采摘的果树的位置和障碍物位置信息的果树位置分布图计算采集路线，并且将采集路线连同可以采摘的果树的位置和编号信息发送至多旋翼采摘无人机；(2b)多旋翼采摘无人机按照采集路线飞往可以采摘的果树，当到达可以采摘的果树时，多旋翼采摘无人机通过图像模块确认...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，楼旭阳，崔宝同，吴炜，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32