一種系留跟隨系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明實施例涉及無人機領域，尤其涉及一種系留跟隨系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]當前無人機在航空拍照、地質(zhì)測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理以及農(nóng)作物施藥等很多方面有著廣泛的應用前景。
[0003]現(xiàn)有技術中滯空飛行的無人機僅依靠機載全球定位系統(tǒng)(Global Posit1ningSystem，GPS)模塊和飛手的遙控操作很難實現(xiàn)復雜的定點定高自動懸停。即便該操作可以實現(xiàn)，這種對飛手能力要求極高的復雜操作也必然在操作時間、效率、性能上難以滿足市場要求，限制了無人機的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種系留跟隨系統(tǒng)和方法，以實現(xiàn)飛行裝置對地面上系留平臺的精確跟隨。
[0005]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種系留跟隨系統(tǒng)，該系留跟隨系統(tǒng)包括:
[0006]系留平臺；
[0007]線纜，所述線纜用于連接所述系留平臺與飛行裝置；
[0008]十字軸，所述十字軸的上端與飛行裝置連接，所述十字軸的下端設置有陀螺儀傳感器，所述十字軸的下端與所述線纜連接；
[0009]所述陀螺儀傳感器，用于在飛行裝置滯空飛行過程中監(jiān)測所述線纜與豎直方向之間的傾斜角度；
[0010]控制板，所述控制板分別與飛控模塊以及所述陀螺儀傳感器連接，用于接收所述陀螺儀傳感器監(jiān)測到的傾斜角度，根據(jù)所述傾斜角度，計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊；
[0011]所述飛控模塊，用于根據(jù)所述飛行方向和飛行速度控制飛行裝置的飛行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述飛行裝置對所述系留平臺的跟隨。
[0012]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種系留跟隨方法，該系留跟隨方法包括:
[0013]當飛行裝置處于滯空飛行狀態(tài)時，陀螺儀傳感器監(jiān)測線纜與豎直方向的傾斜角度，并發(fā)送至控制板；
[0014]所述控制板根據(jù)所述傾斜角度，計算得到所述飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊；
[0015]所述飛控模塊控制所述飛行裝置的所述飛行方向和飛行速度，以使所述飛行裝置能夠?qū)ο盗羝脚_進行跟隨。
[0016]本發(fā)明通過控制板接收陀螺儀傳感器監(jiān)測到的傾斜角度，并根據(jù)所述傾斜角度計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊，所述飛控模塊控制飛行裝置的飛行狀態(tài)。解決了現(xiàn)有技術中滯空飛行的無人機僅依靠機載GPS模塊和飛手的遙控操作很難的實現(xiàn)定點定高自動懸停的問題，實現(xiàn)了所述飛行裝置對所述系留平臺的精確跟隨，并且該跟隨系統(tǒng)簡單靈活，替代了飛手的遙控操作，節(jié)省了人力資源。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種系留跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實施例一提供的陀螺儀傳感器的位置設置示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例二提供的一種系留跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例三提供的一種系留跟隨方法的流程示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明實施例四提供的一種系留跟隨方法的流程示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明實施例四提供的一種線纜傾斜角度表示的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0024]實施例一
[0025]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種系留跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例一提供的系留跟隨系統(tǒng)，主要包括:
[0026]系留平臺11、線纜12、十字軸13、陀螺儀傳感器14、控制板15以及飛控模塊16。
[0027]其中，所述線纜12用于連接所述系留平臺11與飛行裝置，所述十字軸13的上端與飛行裝置連接，所述十字軸13的下端設置有陀螺儀傳感器14，所述十字軸13的下端與所述線纜12連接。十字軸13作為線纜12與飛行裝置之間的活動件，因此所述線纜12與所述飛行裝置之間能夠自由地相對擺動。所述陀螺儀傳感器14用于在飛行裝置滯空飛行過程中監(jiān)測所述線纜12與豎直方向之間的傾斜角度;所述控制板15分別與飛控模塊16以及所述陀螺儀傳感器14連接，用于接收所述陀螺儀傳感器14監(jiān)測到的傾斜角度，根據(jù)所述傾斜角度，計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊16;所述飛控模塊16，用于根據(jù)所述飛行方向和飛行速度控制飛行裝置的飛行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述飛行裝置對所述系留平臺11的跟隨。
[0028]可選的，所述控制板15與所述飛控模塊16可以是分離設置的，也可以是集成在同一電路板上，還可以是由同一芯片實現(xiàn)控制板15與飛控模塊16的功能。
[0029]本發(fā)明實施例通過控制板15接收陀螺儀傳感器14監(jiān)測到的傾斜角度，并根據(jù)所述傾斜角度計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊16，所述飛控模塊16控制飛行裝置的飛行狀態(tài)。解決了現(xiàn)有技術中滯空飛行的無人機僅依靠機載GPS模塊和飛手的遙控操作很難的實現(xiàn)定點定高自動懸停的問題，實現(xiàn)了所述飛行裝置對所述系留平臺11的精確跟隨，并且該跟隨系統(tǒng)使用簡單靈活，替代了飛手的遙控操作，節(jié)省了人力。
[0030]在上述實施例的基礎上，優(yōu)選的，陀螺儀傳感器14的X軸的正方向可以是與所述飛行裝置的機頭方向一致。這樣設置的好處是，可以使所述陀螺儀傳感器14能夠直接表示為所述機頭在空中的傾角。
[0031 ]優(yōu)選的，上述實施例所述系留跟隨系統(tǒng)，還包括:線夾17。
[0032]所述線夾17設置在所述線纜12上，所述線夾17由兩個對稱的空心半圓柱扣合構(gòu)成，用于將所述線纜12固定在所述十字軸13下端，防止飛行裝置的升力和系留平臺11之間的拉力將所述線纜12拉斷。
[0033]可選的，上述實施例中所述系留跟隨系統(tǒng)，還可以是包括:
[0034]懸掛單元18和陀螺儀安裝平臺19。
[0035]懸掛單元18固定于飛行裝置底盤，所述十字軸13的上端通過所述懸掛單元18與飛行裝置連接;陀螺儀安裝平臺19設置在所述十字軸13的下端，所述陀螺儀傳感器14安裝在所述陀螺儀安裝平臺19上。其中所述十字軸13、陀螺儀安裝平臺19以及陀螺儀傳感器14的位置關系，參見圖2。
[0036]優(yōu)選的，上述實施例中所述飛行裝置可以是旋翼無人機，例如4軸、6軸或8軸的旋翼無人機;也可以為飛艇等其他設置有動力設備的飛行器。
[0037]可選的，所述系留平臺11為地面固定式系留平臺或者為車載移動式系留平臺。
[0038]實施例二
[0039]圖3為本發(fā)明實施例二提供的一種系留跟隨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明實施例二提供的系留跟隨系統(tǒng)，主要包括:
[0040]系留平臺21、線纜22、十字軸23、陀螺儀傳感器24、控制板25以及飛控模塊26。
[0041]所述線纜22用于連接所述系留平臺21與飛行裝置，所述十字軸23的上端與飛行裝置連接，十字軸23的下端設置有陀螺儀傳感器24，所述十字軸23的下端與所述線纜22連接。十字軸23作為線纜22與飛行裝置之間的活動件。所述陀螺儀傳感器24用于在飛行裝置滯空飛行過程中監(jiān)測所述線纜22與豎直方向之間的傾斜角度;所述控制板25分別與飛控模塊26以及所述陀螺儀傳感器24連接，用于接收所述陀螺儀傳感器24監(jiān)測到的傾斜角度，根據(jù)所述傾斜角度，計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊26;所述飛控模塊26，用于根據(jù)所述飛行方向和飛行速度控制飛行裝置的飛行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述飛行裝置對所述系留平臺21的跟隨。
[0042]與上述實施例不同的是，本實施例中所述系留跟隨系統(tǒng)，還包括:高度檢測模塊27。高度檢測模塊27設置在所述飛行裝置上，用于監(jiān)測所述飛行裝置與地面之間的距離。示例性的，所述高度檢測模塊27可以是氣壓高度計。
[0043]所述控制板25，還用于接收所述高度檢測模塊27監(jiān)測到的距離，根據(jù)所述距離以及所述傾斜角度，計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊26，從而所述飛控模塊26根據(jù)所述飛行方向和飛行速度控制飛行裝置的飛行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述飛行裝置對所述系留平臺21的跟隨。
[0044]本實施例通過在所述飛行裝置上設置高度檢測模塊27，監(jiān)測所述飛行裝置與地面之間的距離，控制板25還用于接收所述高度檢測模塊27監(jiān)測到的距離，根據(jù)所述距離以及所述傾斜角度，計算得到飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊26。在計算飛行裝置的飛行方向和飛行速度時，由于結(jié)合了距離以及傾斜角度，實現(xiàn)了飛行裝置對系留平臺21更加準確和快速的跟隨。
[0045]實施例三
[0046]圖4為本發(fā)明實施例三提供的一種系留跟隨方法的流程示意圖。本實施例提供的系留跟隨方法可以是由上述任一實施例中的系留跟隨系統(tǒng)執(zhí)行。如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的系留跟隨方法具體包括以下操作:
[0047]S410、當所述飛行裝置處于滯空飛行狀態(tài)時，陀螺儀傳感器監(jiān)測所述線纜與豎直方向之間的傾斜角度，并發(fā)送至控制板。
[0048]S420、所述控制板根據(jù)所述傾斜角度，計算得到所述飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊。
[0049]本操作具體可以是所述控制板通過比例-積分-微分(Proport1n Integrat1nDifferentiat1n，PID)控制算法，根據(jù)所述傾斜角度計算得到所述飛行裝置的飛行方向，并發(fā)送至飛控模塊。
[0050]所述控制板具體可以是周期性地根據(jù)所述傾斜角度，得出飛行裝置與系留平臺的水平距離，從而計算所述飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊，例如每隔100毫秒或者每隔200毫秒重復一次本操作。
[0051]可選的，在控制板得出飛行裝置與系留平臺的水平距離后，與預設閾值比較；當所述水平距離小于預設閾值時，則控制板不動作；當所述水平距離大于或等于預設閾值時，或者連續(xù)多次達不到預設閾值的水平距離累加之和大于或等于預設閾值時，才根據(jù)所述水平距離或者所述連續(xù)多次達不到預設閾值的水平距離累加之和，計算飛行裝置的飛行方向和飛行速度，并發(fā)送至飛控模塊。
[0052]示例性的，假設控制板每隔200毫秒計算一次飛行裝置與系留平臺的水平距離，且預設閾值為5米，當連續(xù)4次得出飛行裝置與系留平臺的水平距離為2米、I米、I米及2米，則前3次計算結(jié)果不動作，由于第四次與前三次的水平距離累加之和大于5米，