19 中華人民共和國 國家知識產權局 12 實用新型專利 10 授權公告號 45 授權公告日 21 申請?zhí)?201920730793 0 22 申請日 2019 05 21 73 專利權人 江 蘇 大 學 地址 212013 江 蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)學府路 301號 72 發(fā)明人 朱懷群 石強 劉達 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 申請發(fā)明專利 54 實用新型名稱 一種溫室用自主導 航授粉無 人機 57 摘要 本實用新型公開了一種溫室用自主導航授 粉無人機 該無人機包括機體 旋翼組件和旋翼 轉向機構 旋翼組件包括旋翼 電機 電機支架以 及旋翼防護圈 旋翼轉向機構包括絲桿步進電 機 絲桿螺母 滑塊 轉軸以及連桿 無人機通過 控制多組旋翼組件的方向 使旋翼組件傾斜產生 水平風場分量 促使花粉擴散到周圍花朵上 而 不是垂直下落 有效地提高了溫室環(huán)境下的風力 授粉效果 權利要求書1頁 說明書3頁 附圖3頁 CN 210017335 U 2020 02 07 CN 210017335 U 1 一種溫室用自主導航授粉無人機 其特征在于 包括機體 旋翼組件 旋翼轉向機構 旋翼轉向機構通過絲桿步進電機 12 控制旋翼組件的方向 使無人機產生水平氣流分量 2 如權利要求1所述的一種溫室用自主導航授粉無人機 其特征在于 所述旋翼轉向機 構包括絲桿步進電機 12 絲桿螺母 15 滑塊 14 以及連桿 7 絲桿步進電機 12 固定 于機臂 6 一端 絲桿螺母 15 內部與絲桿步進電機 12 連接 外部與滑塊 14 螺釘連接 連桿 7 兩端分別通過轉軸 13 與滑塊 14 電機支架 2 相連 機臂 6 內部開設T型槽 型槽側面開有空心槽 滑塊 14 端的轉軸 13 卡入該空心槽 權 利 要 求 書 1 1 頁 2 CN 210017335 U 一種溫室用自主導航授粉無人機 技術領域 0001 本實用新型涉及農業(yè)機械裝備領域 具體涉及一種溫室用自主導航授粉無人機及 其控制方法 背景技術 0002 近年來 我國設施農業(yè)發(fā)展迅速 但由于溫室大棚內 種植環(huán)境封閉 缺乏自然授 粉所需的昆蟲 風力等因素 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械式 人力輔助授粉勞動強度大 授粉效率低 無法在有限時間周期內完成大面積的授粉工作 機械式輔助授粉主要分為手持式 行走式 和無人機授粉 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)有的無人機授粉方式 一般是利用無人機旋翼產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 此外由于無人機操作復雜 無人機飛手緊缺 難以大范圍推 廣 實用新型內容 0005 為了解決以上技術問題 本實用新型提出了一種溫室用自主導航授粉無人機及其 控制方法 授粉效果好 操作簡單 可以大范圍推廣 0006 本實用新型是采用以下技術方案實現(xiàn)上述技術目的的 0007 一種溫室用自主導航授粉無人機 包括機體 旋翼組件 旋翼轉向機構 旋翼轉向 機構通過絲桿步進電機控制旋翼組件的方向 使無人機產生水平氣流分量 0008 上述方案中 所述旋翼轉向機構包括絲桿步進電機 絲桿螺母 滑塊以及連桿 絲 桿步進電機固定于機臂一端 絲桿螺母內部與絲桿步進電機連接 外部與滑塊螺釘連接 連 桿兩端分別通過轉軸與滑塊 電機支架相連 機臂內部開設T型槽 型槽側面開有空心槽 滑塊端的轉軸卡入空心槽 0009 本實用新型的有益效果為 0010 1 該無人機通過對旋翼組件方向的控制 使旋翼組件傾斜產生水平風場分量 促 使花粉擴散到周圍花朵上 而不是垂直下落 有效地提高了溫室環(huán)境下的風力授粉效果 0011 2 當需要加大風速 同時保持飛行高度不變時 在增加電機轉速的同時使旋翼組 件傾斜角度增大 從而增加水平風場而使豎直風場保持不變 最終實現(xiàn)不同旋翼轉速下的 定高飛行 0012 3 該無人機能夠實現(xiàn)溫室環(huán)境下的定位與自主導航 大大減小了無人機的使用 難度 同時降低了勞動成本 附圖說明 0013 圖1為本實用新型所述的溫室用自主導航授粉無人機的整體示意圖 說 明 書 1 3 頁 3 CN 210017335 U 0014 圖2為本實用新型所述的溫室用自主導航授粉無人機的部分結構示意圖 0015 圖3為本實用新型所述機臂的結構示意圖 0016 圖4為本實用新型所述的溫室用自主導航授粉無人機的控制系統(tǒng)框圖 0017 圖5為溫室高度較低或無人機豎直方向作業(yè)跨度較小時 本實用新型所述的UWB基 站布置位置示意圖 0018 圖6為溫室高度較高或無人機豎直方向作業(yè)跨度較大時 本實用新型所述的UWB基 站布置位置示意圖 0019 圖中 1 旋翼 2 電機支架 3 電機 4 旋翼防護圈 5 上機蓋 6 機臂 7 連桿 8 分隔板 9 下機蓋 10 超聲波傳感器 11 腳架 12 絲桿步進電機 13 轉軸 14 滑塊 15 絲 桿螺母 具體實施方式 0020 下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述 但本實用新型的實施 方式不限于此 0021 參見圖1 本實用新型溫室用自主導航授粉無人機的整體圖如其所示 包括機體 旋翼組件以及旋翼轉向機構 旋翼轉向機構通過絲桿步進電機12 控制旋翼組件的方向 使 無人機產生水平氣流分量 提高溫室環(huán)境下的風力授粉效果 同時 通過預設飛行路徑 將 飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)與UWB定位信息進行擴展卡爾曼濾波 并結合超聲波測距信息進行避障 實現(xiàn) 溫室環(huán)境下的無人機定位與自主導航 0022 所述機體包括上機蓋5 分隔板8 下機蓋9 機臂6 腳架11以及電池 上機蓋5 分隔 板8 下機蓋9從上至下依次通過螺釘連接形成空心腔體 下機蓋 底部通過螺釘對稱固定四 個腳架11 分隔板8周向對稱固定四個機臂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 四個超聲波傳感器10分別通過螺釘安裝于下機 蓋9預留孔中 0023 所述旋翼組件包括旋翼1 電機3 電機支架2以及旋翼防護圈4 電機支架2與機臂 6一端鉸接 電機3固定于電機支架2 旋翼1安裝在電機3輸出軸上 旋翼防護圈4與電機支架 2固定連接 防止旋翼與作物接觸 0024 參見圖2 所述旋翼轉向機構包括絲桿步進電機12 絲桿螺母15 滑塊14 轉軸13 以及連桿7 絲桿步進電機12通過螺釘固定于機臂6一端 絲桿螺母15內部與絲桿步進電機 12配合組成絲桿滑塊機構 絲桿螺母15外部與滑塊14通過螺釘連接 滑塊14置于機臂6的T 型槽內 連桿7一端通過轉軸13與滑塊14連接 另一端與電機支架2鉸接 電機支架 還與機 臂6一端鉸接 構成曲柄滑塊機構 絲桿步進電機12旋轉帶動滑塊14 直線運動 滑塊14通過 曲柄滑塊機構帶動電機支架2旋轉 最終實現(xiàn)對旋翼組件的角度控制 0025 所述機臂6的數(shù)目與旋翼組件數(shù)目相等 機臂 內部開設T型槽用于約束滑塊14 圖 3 該T型槽側面開有空心槽 滑塊14端的轉軸13卡入空心槽 限制轉軸13的移動范圍 從而 進一步限制滑塊14 0026 空心腔體內部設有控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)包括飛行控制器 慣性測量單元 無線通信 模塊以及電調 參見圖4 本實用新型的控制系統(tǒng)框圖如其所示 首先通過上位機預設飛行 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調節(jié)電機速度 使無 說 明 書 2 3 頁 4 CN 210017335 U 人機升高 超聲波傳感器開始高度檢測 到達作業(yè)高度后 通過改變各電機3轉速和旋翼組 件角度 使無人機按照預設路徑前進 預設路徑的導航由慣性測量單元 超聲波傳感器10以 及UWB系統(tǒng)共同實現(xiàn) 慣性測量單元測量無人機運動參數(shù)及姿態(tài)傳輸給飛行控制器 飛行控 制器由姿態(tài)變化的反饋對電機速度進行調節(jié) 超聲波傳感器10測量周圍距離 防止撞到作 物或其他障礙 無人機上的UWB定位標簽 置于空心腔體內部 與布置在溫室內的UWB基站以 及上位機組成UWB定位系統(tǒng) 實現(xiàn)對無人機的溫室內定位 同時上位機將定位信息與運動參 數(shù)及姿態(tài)進行擴展卡爾曼濾波 對慣性導航的累計誤差進行消除 最終實現(xiàn)預設路徑的飛 行 飛行控制器控制絲桿步進電機12實現(xiàn)對旋翼組件的角度控制 可使旋翼組件傾斜產生 水平風場分量 促使花粉擴散到周圍花朵上 同時通過分別對各個旋翼組件角度進行控制 可實現(xiàn)對無人機運動方向和姿態(tài)的靈活控制 例如 使前部兩組旋翼方向水平不變 后部兩 組旋翼傾斜的同時電機轉速增大 可使無人機保持水平姿態(tài)下向前飛行 使四組旋翼組件 傾斜角度增大 并增大電機轉速 從而增大風場水平分力而使風場豎直分力保持不變 可實 現(xiàn)不同旋翼轉速下的定高飛行 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 當溫室高度較低或無 人機豎直方向作業(yè)跨度較小時 應布置至少三個 各個基站布置高度相同 且與無人機作業(yè) 高度相近 通過UWB定位信息與無人機超聲波傳感器測量的高度信息 以較低的成本實現(xiàn)無 人機的三維定位 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 當溫室高度較高或無 人機豎直方向作業(yè)跨度較大時 應至少布置四個 其中三個基站布置高度相同 另一個與其 他三個高度相差1m及以上 實現(xiàn)無人機的三維定位 0029 在本說明書的描述中 參考術語 一個實施例 一些實施例 示意性實施例 示例 具體示例 或 一些示例 等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征 結 構 材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中 在本說明書中 對上述術 語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例 而且 描述的具體特征 結構 材料或 者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合 0030 盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例 本領域的普通技術人員可以理解 在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化 修改 替換 和變型 本實用新型的范圍由權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