基于apm平臺的旋翼無人機自主續(xù)航實現(xiàn)方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種旋翼無人機自主續(xù)航的實現(xiàn)方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
無人機作為一種新型的無人機近年來發(fā)展極其迅速。旋翼無人機所特有的懸停及垂直起降能力在單兵偵查、特種作戰(zhàn)、邊境高頻巡航中有著突出的技術(shù)優(yōu)勢，加快旋翼無人機在軍事上的用途對于我國國防現(xiàn)代化建設(shè)有著重大意義。
[0003]現(xiàn)有旋翼無人機因續(xù)航能力差等原因并沒有快速地向軍用領(lǐng)域及大規(guī)模民用方向發(fā)展。為了提高航程，人們不斷提出各種各樣改進的旋翼無人機電池及用電效率更高的電機，采用增加蓄電量的方法能提高無人機航程，但其缺點是增加蓄電量的同時，無人機負載也明顯增加，航程提高并不明顯。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明具體實現(xiàn)過程如下:
無人機檢測到自身電量不足后，開啟尋找充電粧的模式，即在事先充電粧數(shù)據(jù)庫中找到與當(dāng)前位置距離最近的充電粧的GPS坐標位置，并向充電粧飛去，此過程借助GPS進行位置的測定。
[0005]當(dāng)無人機到達GPS的誤差范圍內(nèi)的位置后，無人機先進行懸停并啟動圖像識別，此過程中云臺自動調(diào)整使攝像頭方向始終垂直于地面向下，通過圖像識別找到充電平臺在視野中與充電平臺的坐標差(ΛΧ，Λ Y)；
通過PID控制調(diào)整無人機的飛行姿勢，使ΛΧ，Λ Y趨近于零，使無人機處于充電平臺的正上方，再松油門，使旋翼垂直降落，以達到準確降落至平臺中央的目的。
[0006]在無人機降落的過程中，充電粧對無人機進行身份識別，識別過程為:充電粧上的通信模塊向外發(fā)射偽隨機碼，無人機的通信模塊接收到偽隨機碼后按照事先設(shè)定好的算法進行解碼，同時充電粧上的通信模塊發(fā)送成功后也開始按照設(shè)定的算法進行解碼，無人機上的通信模塊將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給充電粧上的通信模塊，如果無人機是我方的無人機，則兩個通信模塊解算后的數(shù)據(jù)是相同的，此時，充電粧接收無人機發(fā)送的電池型號等信息，對無人機進行充電。
[0007]無人機在充電過程中檢測電池電量，一旦充滿，則通過通信模塊向充電粧發(fā)送停止充電的信號，并啟動自主起飛的模式，飛到原先規(guī)劃好的航線上繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。充電粧的通信模塊接到“停止充電”的信號后，停止向外輸出電能。
[0008]本發(fā)明通過在巡邏航線上建立適當(dāng)數(shù)量的光伏充電粧，實現(xiàn)無人機電量不足的情況下自主尋找“加油站”，充好電后自主返回、繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)的功能，這樣可以使以電力作為能源的無人機的續(xù)航時間在很大程度上甚至無限制的加長。由于航程的擴展不是靠提高電池容量和提高電機性能實現(xiàn)的，因此無人機負重大大降低，同等電量下可飛行更遠。通過借助GPS定位、圖像識別實現(xiàn)了高精度降落。圖像識別利用了無人機上的高清攝像頭，沒有為了實現(xiàn)高精度降落而增加新的部件，原理簡單，實現(xiàn)容易。充電開始前加入握手功能，可以識別敵我，也允許充電粧對不同型號飛機進行自動充電。采用無線充電技術(shù)，避免了有線充電的插頭及接口設(shè)計，平臺更加簡單，充電更加方便。充電過程中電磁鐵有效固定了飛機，避免因風(fēng)力使飛機產(chǎn)生晃動而造成的不必要的充電損耗。
[0009]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的旋翼無人機的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明所涉及的充電粧的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的PID控制流程圖；
圖4是本發(fā)明實施例2的PID控制流程圖。
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0011]具體實施例:
實施例1:
圖1無人機檢測到自身電量不足后，開啟尋找圖2充電粧的模式，即在事先充電粧數(shù)據(jù)庫中找到與當(dāng)前位置距離最近的充電粧的GPS坐標位置，并向充電粧飛去，此過程借助GPSI進行位置的測定。
[0012]當(dāng)圖1無人機到達GPS I的誤差范圍內(nèi)的位置后，無人機先進行懸停并啟動圖像識別(此過程中云臺3自動調(diào)整使攝像頭4方向始終垂直于地面向下)，通過圖像識別找到充電平臺在視野中與圖2充電平臺8的坐標差(ΛΧ，Λ Y)；
通過PID控制調(diào)整無人機的飛行姿勢，使ΛΧ，Λ Y趨近于零(即使無人機處于充電平臺的正上方)，之后，松油門，使旋翼垂直降落，以達到穩(wěn)定準確降落至平臺中央的目的。
[0013]此過程使用APM飛控云臺自控制，PID控制過程見圖3。
[0014]在無人機降落的過程中，圖1無人機上的通信模塊2與圖2充電粧上的通信模塊5進行無線握手對接，圖2充電粧上的通信模塊5向外發(fā)射偽隨機碼，圖1無人機的通信模塊2接收到偽隨機碼后按照事先設(shè)定好的算法進行解碼，同時充電粧上的通信模塊5發(fā)送成功后也開始按照設(shè)定的算法進行解碼，無人機上的通信模塊2將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給圖2充電粧上的通信模塊5，如果無人機是我方的無人機，則兩個通信模塊解算后的數(shù)據(jù)是相同的，此時，充電粧接收無人機發(fā)送的電池型號等信息，對無人機進行充電。
[0015]無人機在充電過程中檢測電池電量，一旦充滿，則通過通信模塊2向充電粧發(fā)送停止充電的信號，并啟動自主起飛的模式，飛到原先規(guī)劃好的航線上繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。充電粧的通信模塊5接到“停止充電”的信號后，停止向外輸出電能。
[0016]圖2中充電粧借助光伏發(fā)電板6吸收太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能后存儲在蓄電池7中。充電時由蓄電池7向充電平臺8輸送能量。
[0017]實施例2:
在實施例1中，云臺采用自控制模式，即用云臺控制器來調(diào)整云臺姿勢，使攝像頭鏡頭始終垂直向下，也可采用APM飛控來控制云臺的姿態(tài)，使懸掛攝像頭始終垂直地面向下，獲取攝像頭視野圖像，分析充電平臺與視野中央的坐標差，調(diào)整旋翼姿態(tài)，使Λ X，Λ Y趨近于零。PID控制過程見圖4。
[0018]也可以采取其他措施固定攝像頭，只要能使充電粧落入視野內(nèi)并采取圖像識別技術(shù)使飛機精確地落在充電平臺上，都在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于APM平臺的旋翼無人機自主續(xù)航實現(xiàn)方法，其特征在于:無人機檢測到自身電量不足后，開啟尋找充電粧的模式，即在事先充電粧數(shù)據(jù)庫中找到與當(dāng)前位置距離最近的充電粧的GPS坐標位置； 當(dāng)無人機到達GPS的誤差范圍內(nèi)的位置后，無人機先進行懸停并啟動圖像識別，此過程中云臺自動調(diào)整使攝像頭方向始終垂直于地面向下，通過圖像識別找到充電平臺在視野中與充電平臺的坐標差(ΛΧ，Λ Y)； 通過PID控制調(diào)整無人機的飛行姿勢，使ΛΧ，Λ Y趨近于零，使無人機處于充電平臺的正上方，再松油門，使旋翼垂直降落至平臺中央；降落過程中，充電粧對旋翼無人機進行身份識別，識別通過后，充電粧接收無人機發(fā)送的電池型號信息，對無人機進行充電；無人機在充電過程中檢測電池電量，充滿后通過通信模塊向充電粧發(fā)送停止充電的信號，并啟動自主起飛的模式，充電粧的通信模塊接到“停止充電”的信號后，停止向外輸出電能。2.如權(quán)利要求1所述的基于APM平臺的旋翼無人機自主續(xù)航實現(xiàn)方法，其特征在于所述身份識別的具體過程是:充電粧上的通信模塊向外發(fā)射偽隨機碼，無人機的通信模塊接收到偽隨機碼后按照事先設(shè)定好的算法進行解碼，同時充電粧上的通信模塊發(fā)送成功后也開始按照設(shè)定的算法進行解碼，無人機上的通信模塊將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給充電粧上的通信模塊，如果兩個通信模塊解算后的數(shù)據(jù)是相同的，則識別通過。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于APM平臺的旋翼無人機自主續(xù)航實現(xiàn)方法，無人機檢測到自身電量不足后，開啟尋找充電樁的模式，在充電樁數(shù)據(jù)庫中找到與當(dāng)前位置距離最近的充電樁的GPS坐標位置；無人機到達GPS的誤差范圍內(nèi)的位置后，先進行懸停并啟動圖像識別，通過PID控制調(diào)整無人機的飛行姿勢，使無人機處于充電平臺的正上方并降落，降落過程中，充電樁對旋翼無人機進行身份識別，識別通過后，充電樁對無人機進行充電；無人機在充電過程中檢測電池電量，充滿后向充電樁發(fā)送停止充電的信號，并啟動自主起飛的模式。本發(fā)明通過在巡邏航線上建立適當(dāng)數(shù)量的光伏充電樁，實現(xiàn)無人機電量不足的情況下自主尋找“加油站”，使無人機的續(xù)航時間大大加長。
【IPC分類】G05D1/10
【公開號】CN104898690
【申請?zhí)枴緾N201510159932
【發(fā)明人】彭春華, 姜植元, 吳婧, 寇宏波, 彭柴揚, 胡俊英, 劉逸峰, 吳珺, 魏浩, 劉晉澤, 劉培森, 李振坤
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月7日