CN115540817A - 一种系留式无人机高度确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种系留式无人机高度确定方法,具体为:判断无人机是否位于AGV小车正上方;若无人机在AGV小车的正上方,则计算线缆的释放长度,若无人机不在AGV小车的正上方则需要对无人机的位置进行调整,直至两者保持垂直状态,方可进行计算线缆释放长度;计算出无人机相对AGV小车高度,由于无人机位于AGV小车正上方,系留线缆垂直地面,释放的线缆长度即无人机相对AGV小车的高度;计算出无人机相对地面高度。本发明根据编码器记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度,可准确反应出无人机相对AGV小车的相对高度数据以及无人机相对地面的相对高度。
Description
技术领域
本发明属于无人机控制技术领域,特别涉及一种系留式无人机高度确定方法。
背景技术
近年来无人机飞控、导航、通信、传感等技术的持续突破以及各种前沿技术加速成熟,显著降低了无人机的技术门槛、生产和应用成本,由此,无人机产业得到迅猛发展,应用需求得以进一步释放。目前室内四旋翼无人机应用的主要受限于工作时长,当前四旋翼无人机的续航时间普遍在1小时以内,大部分不满半小时,无人机电池技术在短时间内难以获得突破性进展,导致续航问题成为无人机应用的重要阻碍之一。
系留无人机使用通过系留线缆传输的地面电能作为动力来源,代替传统的锂电池,可实现长时间的滞空悬停作业。目前,系留无人机主要用于定点位置的通讯中继支持、紧急高空照明、图像遥测、电视转播等。
传统无人机定高方法有气压定高、GPS定高、激光或者超声波雷达定高,均有其局限性。气压定高的优点是成本低,主要缺点是容易受大气环境影响,导致高度数据漂移;GPS定高误差较大,且受限于室内无GPS信号;激光定高成本高,并且都容易受到干扰;超声波雷达定高精度高,缺点是仅限于低空定高。
因而现有的无人机定高技术还有待于改进。
发明内容
发明目的:为了克服以上不足,本发明的目的是提供一种系留式无人机高度确定方法,通过控制系留线缆时刻保持垂直于水平面的状态,并根据编码器记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度。
技术方案:为了实现上述目的,本发明提供了一种系留式无人机高度确定方法,具体的高度识确定方法如下:
1):根据停机坪上指示灯的图像来判断无人机是否位于AGV小车(2)正上方;
2):若无人机在AGV小车的正上方,则计算线缆的释放长度,若无人机不在AGV小车的正上方则需要对无人机的位置进行调整,直至两者保持垂直状态,方可进行计算线缆释放长度;
3):计算出无人机相对AGV小车高度,由于无人机位于AGV小车正上方,系留线缆垂直地面,释放的线缆长度即无人机相对AGV小车的高度;
4):计算出无人机相对地面高度。本发明中所述的一种系留式无人机高度确定方法,系留无人机由一根电缆连接地面AGV小车,系留无人机在飞行时悬在AGV小车正上方,时刻跟随AGV运动,且收放线电机时刻处于较低力矩收线模式,线缆时刻处于拉直状态,即系留线缆时刻保持垂直于水平面的状态,所以可以根据编码器记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度,该方法打破了传统定高方法的局限,该高度数据不受气压干扰、不受地面起伏高度变化、不受室内GPS信号屏蔽影响,可准确反应出无人机相对AGV小车的相对高度数据以及无人机相对地面的相对高度,让其更好的满足无人机定高的要求。
本发明中所述的系留式无人机高度确定方法,所述步骤1)中判断无人机是否位于AGV小车正上方的具体方法如下:
1):首先通过无人机下视无人机下视相机捕捉AGV小车停机坪上指示灯的图像,并将捕捉的图像传动至机载上位机中;
2):机载上位机中的数据分析***将对接收到的图片中的图像进行分析;
3):计算指示灯四边形对角线长度是否相等,若相等,则说明无人机停留在AGV正上方,线缆与地面垂直;若不相等,则无人机不在AGV小车正上方,此时通过无人机内部飞控程序调整无人机相对位置,直到识别到对角线相等,即调整无人机至AGV小车正上方。系留无人机在飞行时悬停在AGV小车正上方,时刻跟随AGV运动,且收放线电机时刻处于较低力矩收线模式,线缆时刻处于拉直状态。即系留线缆时刻保持垂直于水平面的状态。所以可以根据编码器记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度。
本发明中所述的系留式无人机高度确定方法,所述步骤2)中计算线缆的释放长度的具体计算方法如下:
则释放线缆长度:
即:
本实施例中所述步骤4无人机相对地面高度的具体计算方法如下:
即:
其中:
本发明中所述的系留式无人机高度确定方法,所述无人机采用系留式无人机,所述无人机底部设有用于识别指示灯的无人机下视相机,所述无人机下视相机与机载上位机连接;
AGV小车,所述AGV小车内设有线缆收放装置,所述线缆收放装置上设有线缆,所述无人机和AGV小车通过线缆连接,且所述线缆收放装置内设有用于记录绕线盘旋转圈数及旋转位置的编码器。
进一步的,所述线缆收放装置包括绕线盘组件和绕线驱动机构,所述绕线盘组件通过一组支撑座与AGV小车固定,所述绕线驱动机构设于绕线盘的一侧,且所述绕线驱动机构的输出端通过同步带与绕线盘组件连接。
优选的,所述绕线盘组件包括驱动轴和绕线盘,所述绕线盘设于驱动轴上,所述驱动轴两端通过轴承与支撑座连接,且驱动轴的一端设有从动轮。
更进一步的,所述绕线驱动机构包括第一安装架、第二安装架和收放线驱动电机,所述第一安装架和第二安装架相对设置,所述收放线驱动电机设于第一安装架和第二安装架之间,且所述收放线驱动电机的输出端设有驱动轮,所述第一安装架和第二安装架之间的上部设有平衡杆和传动杆,所述传动杆的两端通过轴承与第一安装架和第二安装架连接,且所述传动杆的两端设分别设有第一传动轮和第二传动轮,所述驱动轮通过同步带与第一传动轮连接,所述第二传动轮通过同步带与从动轮连接;所述平衡杆和传动杆之间通过一组平衡安装块连接,所述平衡安装块上设有用于检测无人机是否降落到位的检测机构。
此外,还包括AGV小车停机坪,所述AGV小车停机坪上设有一组指示灯,且所述指示灯呈正方形分布。
优选的,所述编码器采用旋转编码器,所述旋转编码器安装于支撑座内,并与驱动轴连接。
上述技术方案可以看出,本发明具有如下有益效果:
1、本发明中所述的一种系留式无人机高度确定方法,系留无人机由一根电缆连接地面AGV小车,系留无人机在飞行时悬在AGV小车正上方,时刻跟随AGV运动,且收放线电机时刻处于较低力矩收线模式,线缆时刻处于拉直状态,即系留线缆时刻保持垂直于水平面的状态,所以可以根据编码器记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度,该方法打破了传统定高方法的局限。
2、本发明所述的一种系留式无人机高度确定方法获得的高度数据不受气压干扰、不受地面起伏高度变化、不受室内GPS信号屏蔽影响,可准确反应出无人机相对AGV小车的相对高度数据以及无人机相对地面的相对高度,让其更好的满足无人机定高的要求。
附图说明
图1为本发明所述的系留式无人机收放线示意图;
图2为本发明中系留式无人机定高方案流程示意图;
图3为本发明中无人机在AGV正上方状态下无人机视觉识别示意图;
图4为本发明中无人机不在AGV正上方状态下无人机视觉识别示意图;
图5为本发明中AGV小车的内部结构示意图;
图6为本发明中线缆收放装置的结构示意图;
图7为本发明中线缆收放装置另一侧的结构示意图;
图中:1无人机、2AGV小车、3线缆收放装置、4编码器、5AGV小车停机坪、6检测机构;
31绕线盘组件、311驱动轴、312绕线盘、313从动轮、32绕线驱动机构、321第一安装架、322第二安装架、323收放线驱动电机、324平衡安装杆、325传动杆、326平衡安装块、3211驱动轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明。
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图所示一种系留式无人机高度确定方法,具体的高度识确定方法如下:
1):根据停机坪5上指示灯的图像来判断无人机1是否位于AGV小车2正上方;
2):若无人机1在AGV小车2的正上方,则计算线缆的释放长度,若无人机1不在AGV小车2的正上方则需要对无人机1的位置进行调整,直至两者保持垂直状态,方可进行计算线缆释放长度;
3):计算出无人机1相对AGV小车2高度,由于无人机1位于AGV小车2正上方,系留线缆垂直地面,释放的线缆长度即无人机1相对AGV小车2的高度;
4):计算出无人机1相对地面高度。
工作时,系留无人机1在飞行时悬在AGV小车2正上方,时刻跟随AGV小车2运动,且收放线驱动电机323时刻处于较低力矩收线模式,线缆时刻处于拉直状态。即系留线缆时刻保持垂直于水平面的状态。所以可以根据编码器4记录的数据,准确反映出收放线***放线长度,该放线长度即为无人机相对AGV小车的飞行高度。
需要说明的是,系留式无人机由地面AGV小车供电,能获得超长的续航时间,基于此,可通过测量系留无人机供电的系留电缆释放长度间接获得无人机的高度信息。
本实施例中所述步骤1中判断无人机1是否位于AGV小车2正上方的具体方法如下:
1):首先通过无人机下视相机捕捉AGV小车停机坪5上指示灯的图像,并将捕捉的图像传动至机载上位机中;
2):机载上位机中的数据分析***将对接收到的图片中的图像进行分析;
3):计算指示灯四边形对角线长度是否相等,如图3所示,若相等,则说明无人机停留在AGV正上方,线缆与地面垂直;如图4所示,若不相等,则无人机1不在AGV小车2正上方,此时通过无人机1内部飞控程序调整无人机1相对位置,直到识别到对角线相等,即调整无人机至AGV小车2正上方。
则释放线缆长度:
即:
本实施例中所述步骤4无人机1相对地面高度的具体计算方法如下:
即:
其中:
为无人机1相对地面高度, 为小车停机坪相对地面高度,为无人机1相对AGV小车2高度。需要说明的是,此时, 为小车停机坪相对地面高度,其实际上与系留无人机1停在AGV小车停机坪5上时,无人机1距地面高度为一致,故两者均采用表示,同理,此处的为无人机1相对AGV小车2高度,也是当无人机1与AGV小车2垂直时释放线缆长度,故两者均用表示。
需要说明的是该高度数据不受气压干扰、不受地面起伏高度变化、不受室内GPS信号屏蔽影响,可准确反应出无人机相对AGV小车的相对高度数据以及无人机相对地面的相对高度。
本实施例中所述的一种系留式无人机高度确定方法,其中,所述无人机1采用系留式无人机,所述无人机1底部设有用于识别指示灯的无人机下视相机,所述无人机下视相机与机载上位机连接;需要说明的是,无人机下视相机可以根据用户的实际需要选择不同的型号,本案优选单目无人机下视相机。
AGV小车2,所述AGV小车2内设有线缆收放装置3,所述线缆收放装置3上设有线缆,如图1所示,所述无人机1和AGV小车2通过线缆连接,且所述线缆收放装置3内设有用于记录绕线盘旋转圈数及旋转位置的编码器4。
如图6、7所示,所述线缆收放装置3包括绕线盘组件31和绕线驱动机构32,所述绕线盘组件31通过一组支撑座与AGV小车2固定,所述绕线驱动机构32设于绕线盘31的一侧,且所述绕线驱动机构32的输出端通过同步带与绕线盘组件31连接;所述绕线盘组件31包括驱动轴311和绕线盘312,所述绕线盘312设于驱动轴311上,所述驱动轴311两端通过轴承与支撑座连接,且驱动轴311的一端设有从动轮313。
所述绕线驱动机构32包括第一安装架321、第二安装架322和收放线驱动电机323,如图6、7所示,所述第一安装架321和第二安装架322相对设置,所述收放线驱动电机321设于第一安装架321和第二安装架322之间,且所述收放线驱动电机321的输出端设有驱动轮3211,所述第一安装架321和第二安装架322之间的上部设有平衡安装杆324和传动杆325,所述传动杆325的两端通过轴承与第一安装架321和第二安装架322连接,且所述传动杆325的两端设分别设有第一传动轮和第二传动轮,所述驱动轮通过同步带与第一传动轮连接,所述第二传动轮通过同步带与从动轮313连接;所述平衡安装杆324和传动杆325之间通过一组平衡安装块326连接,所述平衡安装块326上设有用于检测无人机是否降落到位的检测机构6。
还包括AGV小车停机坪5,所述AGV小车停机坪5上设有一组指示灯,且所述指示灯呈正方形分布。本案中的指示灯为4个,并采用绿灯,需要说明的是,所述指示灯的个数和颜色能够根据用户的实际情况进行选择。
所述编码器4采用旋转编码器,所述旋转编码器安装于支撑座内,并与驱动轴311连接。在工作时,编码器4能够及时的对驱动轴311带动的绕线盘312旋转圈数及旋转位置进行记录。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种系留式无人机高度确定方法,其特征在于:无人机高度具体的确定方法如下:
1):根据停机坪(5)上指示灯的图像来判断无人机(1)是否位于AGV小车(2)正上方;
2):若无人机(1)在AGV小车(2)的正上方,则计算线缆的释放长度,若无人机(1)不在AGV小车(2)的正上方则需要对无人机(1)的位置进行调整,直至两者保持垂直状态;
3):计算出无人机(1)相对AGV小车(2)高度,由于无人机(1)位于AGV小车(2)正上方,系留线缆垂直地面,释放的线缆长度即无人机(1)相对AGV小车(2)的高度;
4):计算出无人机(1)相对地面高度。
2.根据权利要求1所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:所述步骤1)中判断无人机(1)是否位于AGV小车(2)正上方的具体方法如下:
1):首先通过无人机下视相机捕捉AGV小车停机坪(5)上指示灯的图像,并将捕捉的图像传动至机载上位机中;
2):机载上位机中的数据分析***将对接收到的图像进行分析;
3):计算指示灯四边形对角线长度是否相等,若相等,则说明无人机停留在AGV正上方,线缆与地面垂直;若不相等,则无人机(1)不在AGV小车(2)正上方,此时通过无人机(1)内部飞控程序调整无人机(1)相对位置,直到识别到对角线相等,即调整无人机至AGV小车(2)正上方。
则释放线缆长度:
即:
5.根据权利要求1所述的一种系留式无人机高度确定方法,其特征在于:
所述无人机(1)采用系留式无人机,所述无人机(1)底部设有用于识别指示灯的无人机下视相机,所述无人机下视相机与机载上位机连接;
AGV小车(2),所述AGV小车(2)内设有线缆收放装置(3),所述线缆收放装置(3)上设有线缆,所述无人机(1)和AGV小车(2)通过线缆连接,且所述线缆收放装置(3)内设有用于记录绕线盘旋转圈数及旋转位置的编码器(4)。
6.根据权利要求5所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:所述线缆收放装置(3)包括绕线盘组件(31)和绕线驱动机构(32),所述绕线盘组件(31)通过一组支撑座与AGV小车(2)固定,所述绕线驱动机构(32)设于绕线盘(31)的一侧,且所述绕线驱动机构(32)的输出端通过同步带与绕线盘组件(31)连接。
7.根据权利要求6所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:所述绕线盘组件(31)包括驱动轴(311)和绕线盘(312),所述绕线盘(312)设于驱动轴(311)上,所述驱动轴(311)两端通过轴承与支撑座连接,且驱动轴(311)的一端设有从动轮(313)。
8.根据权利要求7所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:所述绕线驱动机构(32)包括第一安装架(321)、第二安装架(322)和收放线驱动电机(323),所述第一安装架(321)和第二安装架(322)相对设置,所述收放线驱动电机(321)设于第一安装架(321)和第二安装架(322)之间,且所述收放线驱动电机(321)的输出端设有驱动轮(3211),所述第一安装架(321)和第二安装架(322)之间的上部设有平衡安装杆(324)和传动杆(325),所述传动杆(325)的两端通过轴承与第一安装架(321)和第二安装架(322)连接,且所述传动杆(325)的两端设分别设有第一传动轮和第二传动轮,所述驱动轮通过同步带与第一传动轮连接,所述第二传动轮通过同步带与从动轮(313)连接;所述平衡安装杆(324)和传动杆(325)之间通过一组平衡安装块(326)连接,所述平衡安装块(326)上设有用于检测无人机是否降落到位的检测机构(6)。
9.根据权利要求1所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:还包括AGV小车停机坪(5),所述AGV小车停机坪(5)上设有一组指示灯,且所述指示灯呈正方形分布。
10.根据权利要求4所述的系留式无人机高度确定方法,其特征在于:所述编码器(4)采用旋转编码器,所述旋转编码器安装于支撑座内,并与驱动轴(311)连接。
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