CN112027106B - 一种自适应收放线的无人机系留平台及无人机定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应收放线的无人机系留平台及无人机定位方法，系留平台包括双层框架，双层框架的上端为起降平台，起降平台中部穿设有系留线缆，系留线缆下部穿过出线测量装置并缠绕于绕线盘上，绕线盘与张力控制装置传动连接；张力控制装置包括与线缆末端连接的磁粉离合器和与磁粉离合器传动连接的电机。定位方法包括首先控制器驱动磁粉离合器，使线缆张紧；其次获取编码器导轮中的编码器线数、脉冲数、圈数和单圈长度计算出线长度，最后通过出线测量装置计算出线偏航角度和俯仰角度，综合计算出线末端相对起降平台空间位置。本发明能够解决现有技术中系留平台功能单一，同时通过系留线缆解决无GPS场景系留无人机可靠定位问题。

Description

一种自适应收放线的无人机系留平台及无人机定位方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种自适应收放线的无人机系留平台及无人机定位方法。
背景技术
现有无人机为了保证其长时间飞行能力，通常会设置系留平台以对无人机进行持续供能。但随着无人机的升降运动，系留平台的系留线缆很容易出现缠绕冗余的问题，进而影响系留线缆的收放；另外，在无GPS信号场景下，当前系留无人机无法获得准确位置信息而无法安全可靠飞行。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中系留平台系留线缆容易出故障的问题的自适应收放线的无人机系留平台。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种自适应收放线的无人机系留平台，其包括双层框架，双层框架的上端为起降平台，起降平台中部穿设有系留线缆，系留线缆下部穿过出线测量装置并缠绕于绕线盘上，绕线盘与张力控制装置传动连接；张力控制装置包括与线缆末端连接的磁粉离合器和与磁粉离合器传动连接的电机；所述出线测量装置包括与系留线缆铰接的编码器导轮、偏航角传感器和俯仰角传感器；电机分别与控制器和电源模块电连接。
本发明还提供了一种基于上述自适应收放线的无人机系留平台的无人机定位方法，其包括如下步骤：
S1、控制器驱动磁粉离合器，使线缆张紧；
S2、获取编码器导轮中的编码器线数P、脉冲数S、圈数L和单圈长度D，计算线缆的出线长度d；
S3、获取偏航角传感器和俯仰角传感器监测的监测结果，对监测结果进行滤波优化，得到优化后的角度值；
S4、根据优化后的角度值计算无人机所在角度位置；
S5、根据无人机所在角度位置和线缆的出线长度，得到无人机的具***置。
本发明提供的上述自适应收放线的无人机系留平台的主要有益效果在于：
本发明通过设置张力控制装置，实现对系留线缆收放线张力控制，进而能够与出线测量装置配合，实现对系留线缆长度角度信息计算，可减少系留线缆收放对无人机飞行影响，可提供无人机相对空间位置信息。同时可确保系留线缆保持合适张力收放，确保收放过程线缆不冗余；通过出线测量装置结合张力控制装置，避免线缆打滑，通过收放线长度和俯仰偏航角信息，可实时计算系留线缆末端相对起降平台的空间位置信息，提供系留无人机定位控制保障。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是出线装置的结构示意图。
图3是无人机定位方法的流程图。
图4是俯仰偏航角信息示意图。
其中，1、无人机，2、连接件，3、系留线缆，4、起降平台，5、备用电源，6、升压模块，7、编码器导轮，8、偏航角传感器，9、俯仰角传感器，10、双层框架，11、控制器，12、电源模块，13、绕线盘，14、电机，15、磁粉离合器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，其为自适应收放线的无人机系留平台的结构示意图。
本发明的自适应收放线的无人机系留平台，包括双层框架10，双层框架10的上端为起降平台4，起降平台4可为系留无人机提供不影响系留线缆的安全的起飞和降落平台。
起降平台4中部穿设有系留线缆3，系留线缆3上端与无人机1下端的连接件2相接，系留线缆3下部穿过出线测量装置并缠绕于绕线盘13上，绕线盘13与张力控制装置传动连接；张力控制装置包括与系留线缆3末端连接的磁粉离合器15和与磁粉离合器15传动连接的电机14；出线测量装置包括与系留线缆3铰接的编码器导轮7、偏航角传感器8和俯仰角传感器9；电机14分别与控制器11和电源模块12电连接。
优选的，电源模块12包括相互连接的升压模块6和备用电源5。当起降平台4外接电源时，外接电源经升压模块6和系留线缆3，可长时间远距离给无人机1供能，同时备份电源5可在外接电源中断时及时提供备份电能。
出线测量装置、控制器11和电源模块12设置于双层框架10的上层；张力控制装置和绕线盘13设置于双层框架10的下层。出线测量装置设置于张力控制装置正上方。通过控制器11调节张力控制装置连接的绕线盘13，可确保系留线缆3保持合适张力收放，确保收放过程线缆不冗余。
出线测量装置与双层框架10铰接，且可绕铰接部任意水平方向旋转。具体的，出线测量装置可以进行水平方向±180度范围旋转，同时支持垂直方向0-180度旋转。
本发明还提供了一种基于上述自适应收放线的无人机系留平台的无人机定位方法，其包括如下步骤：
S1、控制器11驱动磁粉离合器15，使线缆张紧。
具体的，由上位机通过发送指令，确定当前工作模式以及磁粉离合器15的占空比。然后由控制器11利用输出PWM波控制磁粉离合器15，达到控制线缆张力的目的。
S2、获取编码器导轮7中的编码器线数P、脉冲数S、圈数L和单圈长度D，计算线缆的出线长度d。
进一步地，计算系留线缆3的出线长度的方法为：
S2-1、计算编码器的中断重装值C，其计算方法为：
C＝4×P-1；
S2-2、根据中断重装值计算线缆的出线长度d，其计算方法为：
Figure BDA0002658498860000041
S3、获取偏航角传感器8和俯仰角传感器9监测的监测结果，对监测结果进行滤波优化，得到优化后的角度值。
监测结果为ADC数据采集转化后的实际值；对监测结果的优化方法为均值滤波法。
S4、根据优化后的角度值计算无人机1所在角度位置。
优化后的角度值包括俯仰角传感器9监测到的仰角β，偏航角传感器8监测到的偏航角α。
进一步地，计算无人机1所在角度位置的方法为：
S4-1、记方位角为
Figure BDA0002658498860000042
其计算公式为：
Figure BDA0002658498860000043
S4-2、记俯仰角为θ，其计算公式为：
Figure BDA0002658498860000044
S5、根据无人机所在角度位置和线缆的出线长度，得到无人机的具***置。
通过收放线长度和俯仰偏航角信息，可得到系留线缆3末端相对起降平台4的极坐标空间位置信息，从而提供系留无人机1的定位控制保障。
上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种自适应收放线的无人机系留平台的无人机定位方法，其特征在于，自适应收放线的无人机系留平台包括双层框架，双层框架的上端为起降平台，起降平台中部穿设有系留线缆，系留线缆下部穿过出线测量装置并缠绕于绕线盘上，绕线盘与张力控制装置传动连接；张力控制装置包括与线缆末端连接的磁粉离合器和与磁粉离合器传动连接的电机；所述出线测量装置包括与系留线缆铰接的编码器导轮、偏航角传感器和俯仰角传感器；电机分别与控制器和电源模块电连接；
无人机定位方法，包括如下步骤：
S1、控制器驱动磁粉离合器，使线缆张紧；
S2、获取编码器导轮中的编码器线数P、脉冲数S、圈数L和单圈长度D，计算线缆的出线长度d；
S3、获取偏航角传感器和俯仰角传感器监测的监测结果，对监测结果进行滤波优化，得到优化后的角度值；
S4、根据优化后的角度值计算无人机所在角度位置；
S5、根据无人机所在角度位置和线缆的出线长度，得到无人机的具***置；
计算线缆出线长度的方法为：
S2-1、计算编码器的中断重装值C，其计算方法为：
Figure 246833DEST_PATH_IMAGE001
；
S2-2、根据中断重装值计算线缆的出线长度d，其计算方法为：
Figure 866033DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的无人机定位方法，其特征在于，所述电源模块包括升压模块和备用电源。
3.根据权利要求1所述的无人机定位方法，其特征在于，所述出线测量装置、控制器和电源模块设置于双层框架的上层；所述张力控制装置和绕线盘设置于双层框架的下层。
4.根据权利要求3所述的无人机定位方法，其特征在于，所述出线测量装置设置于张力控制装置正上方。
5.根据权利要求4所述的无人机定位方法，其特征在于，所述出线测量装置与双层框架铰接，且可绕铰接部任意水平方向旋转。
6.根据权利要求1所述的无人机定位方法，其特征在于，所述对监测结果的优化方法为均值滤波法。
7.根据权利要求6所述的无人机定位方法，其特征在于，所述优化后的角度值包括俯仰角传感器监测到的仰角β，偏航角传感器监测到的偏航角α。
8.根据权利要求7所述的无人机定位方法，其特征在于，所述计算无人机所在角度位置的方法为：
S4-1、记方位角为φ，其计算公式为：
Figure 805171DEST_PATH_IMAGE003
；
S4-2、记俯仰角为θ，其计算公式为：
Figure 925442DEST_PATH_IMAGE004
。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113627392B (zh) * 2021-09-02 2022-11-29 南京工业职业技术大学 一种基于Spark平台的油菜渍害高光谱图像检测方法及其图像采集装置
CN114426229B (zh) * 2022-01-26 2023-11-24 北京三一智造科技有限公司 双轮铣泥浆管定位方法、装置、设备及作业机械
CN115313780B (zh) * 2022-09-01 2023-03-28 宁波九菱电机有限公司 一种电机绕线方法、***、存储介质及智能终端

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109018420A (zh) * 2018-07-05 2018-12-18 西南科技大学 一种可自主定位的无人机系留平台
CN109085852A (zh) * 2018-09-20 2018-12-25 清华四川能源互联网研究院 一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***
CN109131863A (zh) * 2018-09-10 2019-01-04 哈尔滨工业大学 涵道式多旋翼系留无人机及其控制***
CN109189088A (zh) * 2018-08-21 2019-01-11 中南林业科技大学 系留式无人机自适应巡航跟踪方法、终端及存储介质
CN208561309U (zh) * 2018-07-12 2019-03-01 深圳市海创光通信技术有限公司 具有线缆保护功能电机驱动的线缆自动收放装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5184011A (en) * 1991-01-03 1993-02-02 Xerox Corporation Linear encoder for digital printing applications
JP2003048194A (ja) * 2001-08-06 2003-02-18 Tamura Electric Works Ltd ケーブル切断装置
US10589371B2 (en) * 2013-05-23 2020-03-17 Crc-Evans Pipeline International, Inc. Rotating welding system and methods
CN104374357A (zh) * 2014-11-10 2015-02-25 南京中船绿洲机器有限公司 一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置
US10233705B2 (en) * 2015-07-17 2019-03-19 PATCO Machine & Fab., Inc. Reel control systems with data logging
CN105720869B (zh) * 2016-01-14 2018-04-20 深圳市雷赛智能控制股份有限公司 一种针对复合增量式编码器输出信号的处理方法及装置
JP7024207B2 (ja) * 2017-04-28 2022-02-24 株式会社ニコン エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置
CN108821036A (zh) * 2018-07-02 2018-11-16 合肥瀚翔智能科技有限公司 一种系留无人机用全自动缆绳收放装置
CN109911239B (zh) * 2019-04-09 2023-10-31 珠海市双捷科技有限公司 系留无人机用放线长度控制装置、绞盘装置及无人机***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109018420A (zh) * 2018-07-05 2018-12-18 西南科技大学 一种可自主定位的无人机系留平台
CN208561309U (zh) * 2018-07-12 2019-03-01 深圳市海创光通信技术有限公司 具有线缆保护功能电机驱动的线缆自动收放装置
CN109189088A (zh) * 2018-08-21 2019-01-11 中南林业科技大学 系留式无人机自适应巡航跟踪方法、终端及存储介质
CN109131863A (zh) * 2018-09-10 2019-01-04 哈尔滨工业大学 涵道式多旋翼系留无人机及其控制***
CN109085852A (zh) * 2018-09-20 2018-12-25 清华四川能源互联网研究院 一种适用于高层非平整结构的飞行机器人***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种基于虚拟力的无人机路径跟踪控制方法;王勋，张代兵，沈林成;《机器人》;20160630;第38卷(第3期);全文 *

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