一种自适应收放线的无人机系留平台及无人机定位方法与流程

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。

技术实现要素：

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，得到无人机的具体位置。

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：

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、记方位角为其计算公式为：

s4-2、记俯仰角为θ，其计算公式为：

s5、根据无人机所在角度位置和线缆的出线长度，得到无人机的具体位置。

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。