本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于角度校正的無(wú)人機(jī)及校正的控制方法。

背景技術(shù)：

今年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在軍事和民用領(lǐng)域，航空技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。未來(lái)航空技術(shù)也是重要的發(fā)展趨勢(shì)。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)的越多的科技設(shè)備都可以裝載于無(wú)人機(jī)中，例如監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備、通訊設(shè)備、定位設(shè)備、拍攝設(shè)備等，都廣泛的應(yīng)用于航空技術(shù)領(lǐng)域中。

其中，通過(guò)在無(wú)人機(jī)中裝載的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的圖像的監(jiān)控、空中高度的測(cè)量等，而且不同的高空高度具有不同的監(jiān)測(cè)環(huán)境，而且非預(yù)期的測(cè)量角度(例如傾斜)會(huì)使得測(cè)量數(shù)據(jù)失真，例如拍攝照片的錯(cuò)位等，那么精確的在某一高度進(jìn)行測(cè)量變的尤為重要。然而，目前無(wú)人機(jī)在對(duì)地面進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于受到外界環(huán)境的影響(例如風(fēng)、氣壓、高度等)，往往無(wú)法在期望的角度，利用例如照相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的拍攝。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在陀螺儀等測(cè)量設(shè)備來(lái)進(jìn)行角度測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)角度校正的設(shè)備，但是依然無(wú)法滿(mǎn)足高精度的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠提高測(cè)量精度，精確測(cè)量?jī)A斜角度變化趨勢(shì)后進(jìn)行無(wú)人機(jī)的角度校正，從而提高監(jiān)測(cè)效率，提高監(jiān)測(cè)精度的基于角度校正的無(wú)人機(jī)及校正的控制方法。

本發(fā)明提供了一種基于角度校正的無(wú)人機(jī)，包括機(jī)體，以及四個(gè)與機(jī)體連接的機(jī)臂及與其對(duì)應(yīng)的旋翼及其動(dòng)力裝置，以及角度校正裝置；

其中角度校正裝置包括測(cè)量裝置和標(biāo)定器，測(cè)量裝置通過(guò)連桿設(shè)置于其中一個(gè)機(jī)臂上，并且測(cè)量裝置能夠收縮后容納于機(jī)臂內(nèi)部；

標(biāo)定器通過(guò)柔性連接線設(shè)置于機(jī)體上，并且標(biāo)定器能夠收納于機(jī)體內(nèi)部；

其中測(cè)量裝置包括外殼、底座、第一距離測(cè)量單元、第二距離測(cè)量單元和第三距離測(cè)量單元，底座的上端與外殼的下端固定連接，第一距離測(cè)量單元、第二距離測(cè)量單元和第三距離測(cè)量單元分別設(shè)置于底座的下端；第二距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且分別與第一距離測(cè)量單元和第三距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向的夾角為5°，第一、二、三距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向在同一平面；

外殼的外壁上設(shè)置有測(cè)距傳感器，測(cè)距傳感器的設(shè)置位置在水平方向與標(biāo)定器的下沿齊平；

標(biāo)定器具有刻度，并且其在刻度范圍內(nèi)設(shè)置具有對(duì)測(cè)距傳感器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，實(shí)時(shí)的記錄感應(yīng)位置的感應(yīng)器；標(biāo)定器的下端設(shè)置有用于測(cè)量標(biāo)定器到地面的垂直距離的標(biāo)定傳感器。

其中，外殼的內(nèi)腔容納電子器件。

其中，標(biāo)定傳感器為高度測(cè)量傳感器。

本發(fā)明還提供一種對(duì)基于角度校正的無(wú)人機(jī)進(jìn)行校正的控制方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測(cè)量裝置和標(biāo)定器分別從飛行器的機(jī)臂和機(jī)體中伸出位于預(yù)期的位置；

(2)進(jìn)行初始化校準(zhǔn)：利用測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)至標(biāo)定器，標(biāo)定器實(shí)時(shí)感應(yīng)測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的感應(yīng)位置，調(diào)整測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的發(fā)射角度使得發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器的0點(diǎn)；

(3)通過(guò)標(biāo)定器測(cè)量標(biāo)定器到地面的垂直距離，用測(cè)量得到的標(biāo)定器到地面的垂直距離減去測(cè)距傳感器的信號(hào)水平發(fā)射方向到第二距離測(cè)量單元的發(fā)射測(cè)量起點(diǎn)之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第二距離和第一、三距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向關(guān)系，分別計(jì)算得到第一、第三距離測(cè)量單元發(fā)射方向上到地面的第一、三距離；

(5)利用第一、二、三距離測(cè)量單元分別測(cè)量對(duì)應(yīng)方向上的第一、二、三測(cè)量距離，將第一、二、三測(cè)量距離和第一、二、三距離分別對(duì)比，如果三者相同則進(jìn)入步驟(6)，否則則調(diào)整飛行器的傾斜角后，重復(fù)步驟(2)-(4)；

(6)通過(guò)測(cè)距傳感器測(cè)量到標(biāo)定器的0點(diǎn)的標(biāo)定距離；

(7)利用第一、二、三距離測(cè)量單元和測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一、二距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑增大，且第三距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第三距離測(cè)量單元的一側(cè)調(diào)整；

b.如果第一距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑減小，且第二、三距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑增大，則飛行器的傾斜角度向第一距離測(cè)量單元的一側(cè)調(diào)整；

c.如果第一、二、三距離測(cè)量單元和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑不變，則飛行器的傾斜角度不調(diào)整。

其中，飛行器的傾斜角度的調(diào)整方式為增大或減小對(duì)應(yīng)旋翼及其動(dòng)力裝置的功率。

其中，還包括步驟(8)：利用步驟(3)得到的第一距離和步驟(7)中第一距離測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量的距離，通過(guò)三角函數(shù)得到傾斜角度。

其中，還包括步驟(9)：利用預(yù)存的校準(zhǔn)的測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的路徑長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的刻度與傾斜角度的關(guān)系，通過(guò)感應(yīng)器實(shí)時(shí)感應(yīng)的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明的基于角度校正的無(wú)人機(jī)及校正的控制方法，可以實(shí)現(xiàn)：

1)實(shí)時(shí)獲取傾斜角度，動(dòng)態(tài)調(diào)整傾斜角度；

2)在現(xiàn)有角度測(cè)量后校正的基礎(chǔ)上，對(duì)傾斜角度進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)測(cè)量，能夠提高測(cè)量精度，監(jiān)測(cè)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為基于角度校正的無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為角度校正裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為標(biāo)定器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為角度校正原理示意圖

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施，有必要在此指出的是，以下實(shí)施只是用于本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種基于角度校正的無(wú)人機(jī)及控制方法，如圖1、2所示，基于角度校正的無(wú)人機(jī)包括機(jī)體11，四個(gè)與機(jī)體11連接的機(jī)臂10，旋翼及其動(dòng)力裝置9，以及角度校正裝置1，校正裝置1的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，角度校正裝置包括測(cè)量裝置和標(biāo)定器7，測(cè)量裝置通過(guò)連桿設(shè)置于其中一個(gè)機(jī)臂10上，并且測(cè)量裝置可以收縮后容納于機(jī)臂10內(nèi)部，從而可以節(jié)約空間，提高效率的同時(shí)在測(cè)量裝置不工作時(shí)進(jìn)行保護(hù)，標(biāo)定器7通過(guò)柔性連接線設(shè)置于機(jī)體11上，并且標(biāo)定器7可收納于機(jī)體11內(nèi)部；

測(cè)量裝置包括外殼2、底座3、第一距離測(cè)量單元4、第二距離測(cè)量單元5和第三距離測(cè)量單元4’，底座3的上端與外殼2的下端固定連接，外殼2的內(nèi)腔可容納電子器件，例如處理電路等；第一距離測(cè)量單元4、第二距離測(cè)量單元5和第三距離測(cè)量單元4’分別設(shè)置于底座3的下端；第二距離測(cè)量單元5的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且分別與第一距離測(cè)量單元4和第三距離測(cè)量單元4’的信號(hào)發(fā)射方向的夾角為5°，第一、二、三距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向在同一平面；外殼2的外壁上設(shè)置有測(cè)距傳感器6，測(cè)距傳感器6的設(shè)置位置在水平方向上與標(biāo)定器7的下沿齊平，及定標(biāo)器7的下沿與測(cè)距傳感器位于同一高度，這樣可以通過(guò)標(biāo)定器7來(lái)測(cè)量垂直距離，根據(jù)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)尺寸，通過(guò)標(biāo)定器7測(cè)量的垂直距離減去測(cè)距傳感器6的水平方向到第二距離測(cè)量單元的發(fā)射測(cè)量起點(diǎn)之間的距離，得到在沒(méi)有發(fā)生傾斜時(shí)第二距離測(cè)量單元測(cè)量的垂直距離，通過(guò)計(jì)算同時(shí)得到第一、三距離測(cè)量單元的測(cè)量距離。

在進(jìn)行校正工作時(shí)，因?yàn)闃?biāo)定器7受到重力的作用，而柔性連接線并不會(huì)限制標(biāo)定器7的移動(dòng)，因此，當(dāng)飛行器傾斜的時(shí)候，標(biāo)定器7依然會(huì)受到重力的作用，自身不會(huì)發(fā)生相對(duì)的傾斜，那么可以利用標(biāo)定器7進(jìn)行標(biāo)定。如圖3所示，標(biāo)定器7具有刻度，中間為0，向上為正，向下為負(fù)，并且其在刻度范圍內(nèi)具有感應(yīng)器，從而可以對(duì)測(cè)距傳感器6發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，實(shí)時(shí)的記錄感應(yīng)位置。

圖4為角度校正原理示意圖，首先，通過(guò)標(biāo)定器7進(jìn)行初始化校準(zhǔn)，測(cè)距傳感器6發(fā)射測(cè)距信號(hào)，并且發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器7的0點(diǎn)，在進(jìn)行校正的過(guò)程中，如果沒(méi)有發(fā)生傾斜，則第二距離測(cè)量單元5的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且第一距離測(cè)量單元4和第二距離測(cè)量單元5的信號(hào)發(fā)射方向與其夾角為5°。當(dāng)發(fā)生在某一方向的傾斜時(shí)，標(biāo)定器7受到重力的作用依然垂直向下，測(cè)距傳感器6的發(fā)射信號(hào)路徑e、第一、二、三距離測(cè)量單元的發(fā)射信號(hào)路徑a，b，c都會(huì)發(fā)生偏移，如圖3所示的情況，當(dāng)飛行器朝右側(cè)傾斜的時(shí)候，測(cè)距傳感器6的發(fā)射信號(hào)路徑e變短，發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器7的負(fù)刻度，第一、二距離測(cè)量單元的發(fā)射信號(hào)路徑a，b同時(shí)變大為a’，b’，而第三距離測(cè)量單元的發(fā)射信號(hào)路徑c則變小為c’,那么通過(guò)判斷各個(gè)路徑就可以得到傾斜角度的情況，從而對(duì)飛行器進(jìn)行角度的調(diào)整。

本發(fā)明還提供了一種對(duì)基于角度校正的無(wú)人機(jī)進(jìn)行校正的控制方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測(cè)量裝置和標(biāo)定器分別從飛行器的機(jī)臂和機(jī)體中伸出位于預(yù)期的位置；

(2)進(jìn)行初始化校準(zhǔn)：利用測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)至標(biāo)定器，標(biāo)定器實(shí)時(shí)感應(yīng)測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的感應(yīng)位置，調(diào)整測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的發(fā)射角度使得發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器的0點(diǎn)；

(3)通過(guò)標(biāo)定器測(cè)量標(biāo)定器到地面的垂直距離，用測(cè)量得到的標(biāo)定器到地面的垂直距離減去測(cè)距傳感器的信號(hào)水平發(fā)射方向到第二距離測(cè)量單元的發(fā)射測(cè)量起點(diǎn)之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第二距離和第一、三距離測(cè)量單元的信號(hào)發(fā)射方向關(guān)系(5°的夾角)，分別計(jì)算得到第一、第三距離測(cè)量單元發(fā)射方向上到地面的第一、三距離；

(5)利用第一、二、三距離測(cè)量單元分別測(cè)量對(duì)應(yīng)方向上的第一、二、三測(cè)量距離，將第一、二、三測(cè)量距離和第一、二、三距離分別對(duì)比，如果三者相同則進(jìn)入步驟(6)，否則則調(diào)整飛行器的傾斜角后，重復(fù)步驟(2)-(4)；

(6)通過(guò)測(cè)距傳感器測(cè)量到標(biāo)定器的0點(diǎn)的標(biāo)定距離；

(7)利用第一、二、三距離測(cè)量單元和測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一、二距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑增大，且第三距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第三距離測(cè)量單元的一側(cè)調(diào)整；

b.如果第一距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑減小，且第二、三距離測(cè)量單元的測(cè)量路徑和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑增大，則飛行器的傾斜角度向第一距離測(cè)量單元的一側(cè)調(diào)整；

c.如果第一、二、三距離測(cè)量單元和測(cè)距傳感器的測(cè)量路徑不變，則飛行器的傾斜角度不調(diào)整。

其中，飛行器的傾斜角度的調(diào)整方式為增大或減小對(duì)應(yīng)旋翼及其動(dòng)力裝置的功率。

其中，利用預(yù)存的校準(zhǔn)的測(cè)距傳感器發(fā)射測(cè)距信號(hào)的路徑長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的刻度與傾斜角度的關(guān)系，通過(guò)感應(yīng)器實(shí)時(shí)感應(yīng)的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明中的參數(shù)部分可以通過(guò)直接設(shè)置、測(cè)量的方式獲取，其他參數(shù)可以通過(guò)計(jì)算或其他本領(lǐng)域公知的方式獲得，另外本發(fā)明是在在不明顯傾斜的情況下進(jìn)行的精確微調(diào)整，對(duì)于一些傾斜較大，或者極端的情況下不適用的技術(shù)方案都應(yīng)當(dāng)排除，本發(fā)明是在合理的預(yù)期下完成，任何不適用的參數(shù)、公式、方案也都應(yīng)排除。

盡管為了說(shuō)明的目的，已描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不脫離所附權(quán)利要求中公開(kāi)的發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍，并且本發(fā)明要求保護(hù)的產(chǎn)品各個(gè)部門(mén)和方法中的各個(gè)步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對(duì)本發(fā)明中所公開(kāi)的實(shí)施方式的描述并非為了限制本發(fā)明的范圍，而是用于描述本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不受以上實(shí)施方式的限制，而是由權(quán)利要求或其等同物進(jìn)行限定。