[发明专利]带有自动导航安全辅助系统的农用无人空气动力船及导航方法

权利要求书

1.一种带有自动导航安全辅助系统的农用无人空气动力船，包括船体，其特征在于，还包括对船体进行远程监控和无线控制的岸基设备；

所述船体上设有：

动力单元，包括发动机、与所述发动机的输出轴相连的空气螺旋桨以及用于控制船体航行方向的尾舵；

施药单元，包括药箱以及与药箱相连的输液管；

定位系统，用于获取船体的实时位置信息和航向信息；

船载控制器，根据船体的实时位置信息和航向信息与目标路径及期望航向进行比对，计算确定油门舵机、螺旋桨舵机和尾舵舵机的角度值，并对船体进行导航控制；

所述的空气螺旋桨的两扇叶通过凸轮连杆机构连接到螺旋桨舵机上，以控制两扇叶的倾斜角度；

所述的凸轮连杆机构包括分别与所述空气螺旋桨的两片扇叶相连的第一支架和第二支架、套设在所述发动机的机架上的凸轮以及安装在所述发动机的输出轴上的轴承；

所述第一支架和第二支架连接在所述轴承的内圈上；

所述凸轮上铰接有第一连杆，该第一连杆的一端铰接在所述轴承的外圈上，另一端通过与其铰接的第二连杆连接所述的螺旋桨舵机输出端。

2.根据权利要求1所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的发动机上安装有用于探测发动机转速的磁传感器。

3.根据权利要求1所述的农用无人空气动力船，其特征在于：

所述的岸基设备具有无线紧急制动器，与设置在船体上的无线紧急制动器接收机配合实现迅速关停发动机；

还具有与设置在船体上的遥控器接收机配合使用的遥控器，实现人工对船体进行远程操作。

4.一种带有自动导航安全辅助系统的农用无人空气动力船的导航方法，基于权利要求1～3任一所述的农用无人空气动力船实现，其特征在于，包括：

步骤1)开始并跟随第P_i条路径，初始时i＝1；

步骤2)利用船载定位系统，获取当前位置信息和航向信息；

步骤3)判断在前视距离为d时，是否与目标路径有交点，若有交点，则执行步骤4)，否则，执行步骤5)；

步骤4)按照PD控制操舵角对船体进行航行控制；

步骤5)控制尾舵转最大角度，以使船体尽快返回目标路径；

步骤6)根据船体的当前位置和路径末端的端点位置，判断是否结束当前路径的导航，若结束，执行步骤7)，否则，执行步骤8)；

步骤7)转弯进入下一条路径进行导航，使i＝i+1；

步骤8)继续在本路径上执行步骤2)～步骤5)；

步骤9)根据路径条数，判断是否完成所有路径导航，若完成，则结束导航；若未完成，则按照步骤6)继续导航。

5.根据权利要求4所述的导航方法，其特征在于，步骤3)中判断前视距离与目标路径是否有交点的方法为：

假设交点存在时，规定目标路径为y＝ax+b，根据所获取的船体当前位置(x₀，y₀)计算与目标路径的交点(x_los，y_los)的位置，公式如下

其中，A_los＝(a²+1)，B_los＝2a(b-y₀-2x₀)，a是目标路径的斜率，b是目标路径的截距；

判断是否存在交点时，当船体的当前位置(x₀，y₀)到期望路径y＝ax+b的距离小于d时，则有交点，当距离大于d时，则无交点。

6.根据权利要求5所述的导航方法，其特征在于，步骤4)中PD控制方法如下：

船的期望航向角计算公式为

航向差为

其中，是利用定位系统获取的实时航向角信息，

则PD控制的操舵角为

其中，k_p是PD控制比例因子；k_d是PD控制微分因子；δ_t是输出操舵角；和分别是t时刻和t-1时刻的航向差。