[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

说明书

本发明公开了一种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，属于农业机械技术领域。农用无人空气动力船包括船体，还包括对船体进行无线控制的岸基设备；船体上设有：动力单元、施药单元、激光辅助导航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。另外，船体上还设有为发动机提供燃油的油箱。船载控制器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改变船体航向。

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体地说，涉及一种带有激光辅助导航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。

一方面，该种应用于稻田环境的无人空气动力船均采用无线遥控设备，由操作员进行控制。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，需要耗费大量人力物力。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，可能造成作业路径无法控制，重复撒药，重复施肥，甚至碰撞事故等极端险情。

另一方面，现有的GPS导航系统也存在导航稳定性不高的情况。GPS信号容易受到周围环境，天气状况，高大遮挡物(楼宇，树木)的干扰，而降低定位精度，甚至无法定位。当空气动力船在行驶时，遇到定位漂移或GPS信号缺失时，会发生导航精度下降，偏离航线，甚至发生碰撞事故。另外，在遇到前方有障碍物时，单纯依靠GPS导航也无法实现实时避障的功能。

发明内容

本发明的目的为提供一种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，可有效解决现有技术中使用GPS发生的信号不稳定、定位点跳跃或漂移，甚至无法定位的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的带有激光辅助导航系统的农用无人空气动力船包括船体，还包括对船体进行无线控制的岸基设备；船体上设有：

动力单元，包括发动机、与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。

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。

定位器即GPS接收机，通过激光辅助导航系统来提升原有GPS导航的稳定性和可靠性，实现稳定导航，安全避障。其中，激光扫描仪可为空气动力船提供大量、较高频率、准确的周围环境障碍物距离信息，且对阳光反射不敏感，具有较强的环境适应性，可以在有环境光或黑暗条件下工作，具有较高的测量精度。激光扫描仪安装在船体前部的固定架上，固定架上还设有用来使激光扫描仪保持俯仰角的向下倾斜的云台，姿态传感器用来实时测量该俯仰角的角度信息，并反馈给控制器。