[发明专利]带有激光辅助导航系统的农用无人空气动力船及导航方法

权利要求书

1.一种带有激光辅助导航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；

激光辅助导航系统，包括设置在船身上的定位器，以及安装在船头的激光扫描仪和用于监测所述激光扫描仪的俯仰角度的姿态传感器；

船载控制器，用于控制定位器和激光扫描仪协同工作，获取船体的绝对位置信息、相对位置信息以及航向信息，计算导航误差，并改变尾舵转角从而修正船的行驶方向；

所述的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；

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；

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。

3.一种带有激光辅助导航系统的农用无人空气动力船的导航方法，基于权利要求1或2的农用无人动气动力船实现，其特征在于，包括以下步骤：

第一判断步骤，判断定位器是否工作良好；

当第一判断步骤中判断定位器工作状态不佳时采用激光辅助导航，利用激光扫描仪获取船体到水田边界的岸边激光信息和船体的前方激光信息；

沿岸行进步骤，根据所获取的岸边激光信息控制船体沿岸基线以给定距离行驶；

第二判断步骤，根据所获取的前方激光信息判断船体的前方是否存在障碍物；

当第二判断步骤中判断船体的前方存在障碍物时记录障碍物的属性，包括根据获取的前方激光信息，利用数组的形式对包括大小、高度、距离及位置的信息进行储存；

第三判断步骤，根据障碍物的属性判断障碍物是否大于设定的门限值；

当第三判断步骤中判断障碍物大于设定的门限值时控制船体转弯并进入下一航行路径。

4.根据权利要求3所述的导航方法，其特征在于，还包括：

当第一判断步骤中判断定位器工作良好时采用常规导航方式。

5.根据权利要求3所述的导航方法，其特征在于：

当第二判断步骤中判断船体的前方不存在障碍物时控制船体继续前进。

6.根据权利要求3所述的导航方法，其特征在于：

当第三判断步骤中判断障碍物小于设定的门限值时控制船体停止并等待障碍物移开，并重复第二判断步骤。

7.根据权利要求3所述的导航方法，其特征在于，所述的第一判断步骤中获取船体到水田边界的岸边激光信息的方法包括：

利用大津法分类器将激光数据串分为水田数据类和岸基数据类；

设水田数据类和岸基数据类的分界点在以激光传感器为原点的直角坐标系下的坐标为P(x_edge,y_edge)；

设船体相对水田数据类和岸基数据类的分界线的航向为则船体到岸基的垂直距离公式为

其中，d_edge为船体到岸基的距离；

利用期望路径与分界线的位置关系，计算导航误差进行导航，公式为

其中，δ为尾舵转角，Δd为船体当前位置与期望路径的垂直误差，为船体航向角偏差，α和β是基于实验经验的控制比例因子。