基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置

1.本发明涉及农业植保无人喷洒设备技术领域，具体为基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置。


背景技术：

2.目前对于农业作物的喷药方式主要以人工喷药为主，作业效率低，有些厂商开始研发无人喷药装置，而现有的应用最多的是单个无人机的喷药，无人机由于续航时间短，载药量小等缺点，需要频繁更换电池以及药箱，从而一些厂家开始逐渐采用油动无人机的方式，解决了载药量和续航的问题，但油动无人机飞行速度过快、操作难度大、维护成本高等缺点，不适合农业植保的喷药作业。
3.在此技术下，植保无人车的视野差，在复杂环境下感知能力较差，任务完成效率较低，单个无人装置环境感知能力差，喷洒药物时采用全覆盖式喷洒药物，没有病害的位置也会喷洒药物，导致这种喷药方式不仅浪费药物资源、增加施药成本，还会因为过量喷药导致对作物造成危害以及对环境的污染。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置具备机器视觉，可以实现精准对区域喷洒，相比传统的全局式喷洒药物，可以实现对病害点的精准喷药，有效的节约药物资源，避免过量喷洒对环境的污染的优点，解决了传统的单个无人机喷药载药量小、续航能力差，单个无人车喷药对复杂环境下感知能力较差的难题的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，包括无人机和无人车，所述无人车的顶部设有无人机平台，所述无人机的底部固定设有多光谱相机，所述无人车的内部固定嵌设有自驾仪、机载计算机和车载相机，所述多光谱相机、机载计算机和车载相机电控连接设置，所述无人车的两侧上端均设有防护罩，两个所述防护罩均盖设于所述无人机平台的外侧上端，采用机器视觉和深度学习算法对叶片的外观形状，包括色泽，形状，大小，纹理，置地等进行全面的综合分析和判断，实现对叶片精准，智能地识别，可以实现精准对区域喷洒；相比传统的全局式喷洒药物，可以实现对病害点的精准喷药，有效的节约药物资源，避免过量喷洒对环境的污染，同时无人机与无人车相结合的工作方式，相比于单个无人装置，能够更好的完成喷洒作业；
8.两个所述防护罩和无人车的外侧壁上端之间设有推动开合机构。
9.优选的，所述推动开合机构包括丝杆，所述无人车的外侧上端开设有凹槽，所述丝杆转动设于所述凹槽内，且杆壁螺纹套设有滑块，所述防护罩的底部固定设有连板，所述连板和滑块之间共同转动设有推板，所述丝杆的杆壁下端固定套设有旋钮，无人机可设置于
无人车内并受到防护罩的防护，在无人机和无人车配合使用时，能够将防护罩打开，使得无人机可裸露进行使用。
10.优选的，所述防护罩的内壁下端固定穿设有滑杆，所述无人车的外侧上端开设有滑槽，所述滑杆滑动设于所述滑槽内，对防护罩的横向滑动进行稳定的限位支撑。
11.优选的，所述无人车的外侧上端固定设有固定板，所述旋钮的外侧壁开设有多个呈环绕对称设置的插槽，所述固定板的内部滑动穿设有插杆，所述插杆的一端插入插槽内，所述插杆的另一端套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与固定板和插杆固定连接，丝杆转动后对旋钮的位置进行固定，尽量避免旋钮受到意外推动而导致防护罩无法对无人机进行有效防护。
12.优选的，所述插杆靠近弹簧的一端固定设有拉环。
13.优选的，所述多光谱相机的外侧套设有透明罩壳，所述透明罩壳通过螺栓与无人机的底部螺接设置，能够在无人机飞行过程中，对多光谱相机进行稳定包裹防护，尽量避免相机出现损坏而无法进行图像拍摄和传输。
14.(三)有益效果
15.与现有技术相比，本发明提供了基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，具备以下有益效果：
16.1、该基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，通过设有的无人机和无人车配合，并在多光谱相机和自驾仪的配合下，有效的避免了无人机续航短、载药量小，无人车视野差、环境感知能力差的缺点，充分发挥了无人机的飞行运动能力、优秀的感知范围，无人车的载重量大、续航里程长的优势，同时操作简单，维护成本较低，提高对农作物喷洒效果。
17.2、该基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，通过设有的无人车可以实现对点喷洒，有效的解决药量，降低成本以及过量喷洒药物对环境的污染。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；
19.图2为本发明的图1的a部放大示意图；
20.图3为本发明的图1的a部放大示意图；
21.图4为本发明的无人机和无人车配合流程图。
22.附图标记说明：
23.1、无人机；2、无人车；3、无人机平台；4、多光谱相机；5、自驾仪；6、机载计算机；7、车载相机；8、防护罩；9、丝杆；10、滑块；11、连板；12、推板；13、旋钮；14、滑杆；15、固定板；16、插杆；17、弹簧；18、拉环；19、透明罩壳。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1-4，基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，包括无人机1和无人车2，无人车2的顶部设有无人机平台3，无人机1的底部固定设有多光谱相机4，多光谱相机4的外侧套设有透明罩壳19，透明罩壳19通过螺栓与无人机1的底部螺接设置，无人车2的内部固定嵌设有自驾仪5、机载计算机6和车载相机7，多光谱相机4、机载计算机6和车载相机7电控连接设置，无人车2的两侧上端均设有防护罩8，两个防护罩8均盖设于无人机平台3的外侧上端。
26.在进行农植物的药物喷洒时，可将无人车2推出，通过无人车2和无人机1的配合，对农植物进行图像采集并进行自主喷洒，对需要喷洒的区域进行循环拍摄采集图像信息，将采集到的图像信息传递到机载计算机6，通过图像处理以及相关的算法进行判别病害点，并提取带有病害点的图像的坐标信息，采用全局路径规划算法进行无人车2的路径规划并完成喷药工作，而无人车2使用的自驾仪5为pixhwark4，机载计算机6采用树莓派4b+，机载计算机6搭载ros2实时操作系统对车辆进行外部控制；车载相机7为intel d435i双目立体深度相机，由相机检测障碍物位置，通过机载计算机6控制车辆进行视觉导航，实现无人车2的避障，车辆工作时，无人车2按照设定的路线进行行驶，当前方检测到障碍物后，期望路径来自在配套计算机上运行的一个ros节点，并传递给自主避障模块，避障模块将规划路径通过消息流发送给自驾仪5，车辆实现自主避障功能。
27.为了在无人机1不使用时稳定设置在无人车2内部，如图1-3所示，两个防护罩8和无人车2的外侧壁上端之间设有推动开合机构，防护罩8的内壁下端固定穿设有滑杆14，无人车2的外侧上端开设有滑槽，滑杆14滑动设于滑槽内，推动开合机构包括丝杆9，无人车2的外侧上端开设有凹槽，丝杆9转动设于凹槽内，且杆壁螺纹套设有滑块10，防护罩8的底部固定设有连板11，连板11和滑块10之间共同转动设有推板12，丝杆9的杆壁下端固定套设有旋钮13。
28.当不进行药物喷洒工作时，无人机1设置于无人机平台3上，并受到防护罩8的包裹防护，当需要对无人机1进行使用时，转动旋钮13，使得推板12对防护罩8进行推动，使得两个防护罩8通过滑杆14和滑槽的配合相对滑动，并将无人机1裸露。
29.而为了保证防护罩8对无人机1进行保护使得稳定性，如图2所示，无人车2的外侧上端固定设有固定板15，旋钮13的外侧壁开设有多个呈环绕对称设置的插槽，固定板15的内部滑动穿设有插杆16，插杆16的一端插入插槽内，插杆16的另一端套设有弹簧17，弹簧17的两端分别与固定板15和插杆16固定连接，插杆16靠近弹簧17的一端固定设有拉环18。
30.在无人机1设置于防护罩8内部时，通过插杆16与旋钮13内部插槽的插接，对旋钮13的位置进行确定，尽量避免旋钮13受到意外推动而导致丝杆9转动影响防护罩8的位置稳定性，而当需要对无人机1进行使用时，可拉动拉环18，使得插杆16从插槽内拔出，使得旋钮13能够带动丝杆9进行稳定转动。
31.需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，包括无人机(1)和无人车(2)，其特征在于：所述无人车(2)的顶部设有无人机平台(3)，所述无人机(1)的底部固定设有多光谱相机(4)，所述无人车(2)的内部固定嵌设有自驾仪(5)、机载计算机(6)和车载相机(7)，所述多光谱相机(4)、机载计算机(6)和车载相机(7)电控连接设置，所述无人车(2)的两侧上端均设有防护罩(8)，两个所述防护罩(8)均盖设于所述无人机平台(3)的外侧上端；两个所述防护罩(8)和无人车(2)的外侧壁上端之间设有推动开合机构。2.根据权利要求1所述的基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，其特征在于：所述推动开合机构包括丝杆(9)，所述无人车(2)的外侧上端开设有凹槽，所述丝杆(9)转动设于所述凹槽内，且杆壁螺纹套设有滑块(10)，所述防护罩(8)的底部固定设有连板(11)，所述连板(11)和滑块(10)之间共同转动设有推板(12)，所述丝杆(9)的杆壁下端固定套设有旋钮(13)。3.根据权利要求1所述的基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，其特征在于：所述防护罩(8)的内壁下端固定穿设有滑杆(14)，所述无人车(2)的外侧上端开设有滑槽，所述滑杆(14)滑动设于所述滑槽内。4.根据权利要求2所述的基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，其特征在于：所述无人车(2)的外侧上端固定设有固定板(15)，所述旋钮(13)的外侧壁开设有多个呈环绕对称设置的插槽，所述固定板(15)的内部滑动穿设有插杆(16)，所述插杆(16)的一端插入插槽内，所述插杆(16)的另一端套设有弹簧(17)，所述弹簧(17)的两端分别与固定板(15)和插杆(16)固定连接。5.根据权利要求4所述的基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，其特征在于：所述插杆(16)靠近弹簧(17)的一端固定设有拉环(18)。6.根据权利要求1所述的基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，其特征在于：所述多光谱相机(4)的外侧套设有透明罩壳(19)，所述透明罩壳(19)通过螺栓与无人机(1)的底部螺接设置。

技术总结
本发明涉及农业植保无人喷洒设备技术领域，且公开了基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置，包括无人机和无人车，无人车的顶部设有无人机平台，无人机的底部固定设有多光谱相机，无人车的内部固定嵌设有自驾仪、机载计算机和车载相机，多光谱相机、机载计算机和车载相机电控连接设置，无人车的两侧上端均设有防护罩，两个防护罩均盖设于无人机平台的外侧上端，两个防护罩和无人车的外侧壁上端之间设有推动开合机构。该基于空地一体化通信的无人机与无人车协同作业装置通过机器视觉，可实现精准对区域喷洒，相比传统的全局式喷洒药物，可以实现对病害点的精准喷药，有效的节约药物资源，避免过量喷洒对环境的污染。避免过量喷洒对环境的污染。避免过量喷洒对环境的污染。


技术研发人员：张梓峭 范晓飞 冯卫君 周玉宏 张博 索雪松 马志凯
受保护的技术使用者：河北农业大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/15