[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

说明书

本发明公开了一种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，属于农业机械技术领域。农用无人空气动力船包括船体，还包括对船体进行远程监控与无线控制的岸基设备；船体上设有：动力单元、施药单元、定位系统以及船载控制器。通过尾舵控制船体的行进方向。通过输液管将药箱中的肥料或除草剂等药液输出并流入水田中，优选在输液管上设有节流阀用来控制药液的流量，同时，药箱的开口处封有药箱盖，以防船体在行进过程中摇晃药箱以使药液溅出。船体上具有为发动机提供燃油的油箱。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。

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体地说，涉及一种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。

背景技术

空气动力船是一种硬质平底船，其与传统船舶的最大区别特点是没有水下动力装置和水下转向装置。空气动力船是基于空气动力学原理，利用置于船体上部的内燃机或电动机带动空气螺旋桨产生推动力，并由船体后部的尾舵控制方向。该类船吃水深度极浅，机动性高，目前主要应用于滩涂沼泽，湿地浅滩，冰雪湖面和漂浮物多、水底情况复杂的水域，鲜有应用于工农业生产及科学研究领域的产品。

该种应用于稻田环境的无人空气动力船均采用2.4G Hz的无线遥控设备，由操作员进行现场控制，实施施肥或除草作业。为保证作业的顺利进行，需要对操作员进行长期的专业培训。此外，在大区块的稻田环境下，当作业中的无人船超出操作员的视距范围后，操作员将无法判断无人船的位置，姿态等信息。造成作业路径无法控制，酿成重复撒药，重复施肥，甚至碰撞事故等极端险情。

发明内容

本发明的目的为提供一种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，可准确判断船体的位置信息并控制船体根据预设路线稳定航行。

为了实现上述目的，本发明提供的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，还包括对船体进行远程监控和无线控制的岸基设备；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。

上述技术方案中，通过尾舵控制船体的行进方向。通过输液管将药箱中的肥料或除草剂等药液输出并流入水田中，优选在输液管上设有节流阀用来控制药液的流量，同时，药箱的开口处封有药箱盖，以防船体在行进过程中摇晃药箱以使药液溅出。另外，船体上还具有为发动机提供燃油的油箱。

通过定位系统获取船体的实时位置信息和航向信息，通过控制系统计算确定所连接的油门舵机、扇叶舵机和尾舵舵机的角度值。无线通信系统为3G/4G 模块，将船体的实时状态包括船速，导航误差，任务完成情况发送给岸基设备的处理器，供作业员远程监控。

具体的方案为空气螺旋桨的两扇叶通过凸轮连杆机构连接到舵机上，以控制两扇叶的倾斜角度。扇叶倾斜角度的大小可以在发动机转速不变的情况下，改变风力的大小；扇叶倾斜角度的正反可以改变风力的方向，进而控制船的前进和后退。

更具体的方案为凸轮连杆机构包括分别与空气螺旋桨的两片扇叶相连的第一支架和第二支架、套设在发动机的机架上的凸轮以及安装在发动机的输出轴上的轴承；第一支架和第二支架连接在轴承的内圈上；凸轮上铰接有第一连杆，该第一连杆的一端铰接在轴承的外圈上，另一端通过与其铰接的第二连杆连接舵机输出端。