一种地面角度检测装置、地面控制装置、系留无人机的控制系统 |
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| 申请号 | CN201910759691.6 | 申请日 | 2019-08-16 | 公开(公告)号 | CN110347172B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 珠海市双捷科技有限公司; | 发明人 | 梁雄杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种地面 角 度检测装置、地面控制装置、系留无人机的控制系统，包括移动组件、修正组件和摇杆组件，移动组件包括第一传动臂、第二传动臂、第一角度 传感器 和第二角度传感器，第一传动臂设置有第一弧形限位槽，第二传动臂设置有第二弧形限位槽，第一角度传感器与第一传动臂连接并获取第一传动臂的旋转角度，第二角度传感器与第二传动臂连接并获取第二传动臂的旋转角度，摇杆组件包括摇杆，摇杆用于连接系留绳，摇杆穿过第一弧形限位槽和第二弧形限位槽，当地面角度检测装置检测到相应的移动时，地面角度检测装置的获取变换 信号 和系留无人机接收 控制信号 更为及时，有利于提高系留无人机的跟随性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种地面角度检测装置，其特征在于：包括移动组件、修正组件和摇杆组件； |
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| 说明书全文 | 一种地面角度检测装置、地面控制装置、系留无人机的控制系统 技术领域[0001] 本发明涉及无人机领域，具体涉及一种地面角度检测装置、地面控制装置、系留无人机的控制系统。 背景技术[0002] 系留无人机主要应用于长时间不间断的空中监控和应急通讯，可以搭载特制可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备，现在系留无人机已经在军事、消防、石油、测绘、交通和科研等多个专业领域广泛应用。 [0003] 目前，多旋翼系留无人机和普通的无人机均具有相同的飞行控制装置，飞行控制装置内含有芯片、导航装置、三轴陀螺仪、三轴加速度计、气压计等传感器，不同的是普通无人机通常都是带有自己的供电能源，如电池或者油箱；还会带有无线的数据传输系统和通讯系统，可以在较大范围内控制飞行，但是飞行的时间短。而系留无人机的动力能源来自地面的供电系统，通过系留电缆线进行能源传输、通讯及数据传输。目前，飞行控制器通过GPS导航定位技术控制无人机移动，使无人机在所需位置悬停，进行长时间的持续工作，但是GPS导航进行定位，容易受到干扰，出现定位不准确的现象，对系留无人机的跟随效果造成影响。 发明内容[0004] 本发明的第一目的在于提供一种提高检测精度且适配性广的一种地面角度检测装置。 [0005] 本发明的第二目的在于提供一种提高无人机跟随性的地面控制装置。 [0006] 本发明的第三目的在于提供一种提高无人机跟随性的系留无人机的控制系统。 [0007] 为了实现本发明第一目的，本发明提供一种地面角度检测装置，包括移动组件、修正组件和摇杆组件，移动组件包括第一传动臂、第二传动臂、第一角度传感器和第二角度传感器，第一传动臂设置有第一弧形限位槽，第二传动臂设置有第二弧形限位槽，第一角度传感器与第一传动臂连接并获取第一传动臂的旋转角度，第二角度传感器与第二传动臂连接并获取第二传动臂的旋转角度，摇杆组件包括摇杆，摇杆用于连接系留绳，摇杆穿过第一弧形限位槽和第二弧形限位槽，修正组件包括电机组件、固定板和陀螺仪，电机组件包括第一电机、第二电机和第三电机，第一电机与移动组件连接并驱动移动组件在第一转动平面上转动，第二电机与第一电机连接并驱动第一电机在第二转动平面上转动，第三电机与第二电机连接并驱动第二电机在第三转动平面上转动，第一转动平面与第二转动平面垂直，第二转动平面与第三转动平面垂直，第三电机和陀螺仪均设置在固定板上。 [0008] 由上述方案可见，在移动载体或地面角度检测装置移动的时候，位于移动载体上系留绳收放线装置同步进行移动，系留绳在地面控制装置的一端随地面控制装置移动，带动摇杆在第一弧形限位槽和第二弧形限位槽中移动，从而使得第一传动臂和第二传动臂转动，第一角度传感器和第二角度传感器接收转动信号，将转动信号经过相应的处理后再向系留无人机输出相应的控制信号，当地面角度检测装置检测到相应的移动时，地面角度检测装置的获取变换信号和系留无人机接收控制信号更为及时，有利于提高系留无人机的跟随性，如果地面角度检测装置在非水平面状态下发生移动，通过陀螺仪检测相应的角度变化，继而可使第二电机和第三电机做出相应的旋转，使得第一转动平面与水平面平行，继而实现移动组件在复杂的使用场景下依旧保持在水平面上的检测工作，另外通过第一电机的驱动移动组件在第一转动平面转动，使得移动组件中第一传动臂、第二传动臂与系留无人机保持一致的预设方向，从而提高转动信号、移动的信号的准确性，进一步提高了无人机的精确跟随性。 [0009] 更进一步的方案是，摇杆组件包括固定座，固定座设置有定位槽，摇杆贯穿设置有第一穿线孔，摇杆的底部设置有万向节，万向节位于定位槽中并可在定位槽中转动，固定座与第一电机的驱动端连接。 [0011] 更进一步的方案是，摇杆组件还包括摇杆连接件，摇杆连接件穿过第一电机，摇杆连接件贯穿设置有第二穿线孔，第二穿线孔与第一穿线孔连通。 [0012] 由上可见，第二穿线孔与第一穿线孔连通，使得系留绳能够穿过两个限位槽、摇杆和第一电机，进一步优化系留绳布局，使得摇杆在转动时，避免不必要的干涉，从而提高检测精确度。 [0013] 更进一步的方案是，移动组件还包括安装座，安装座与第一电机连接并可在第一转动平面上转动，安装座设置有第一安装孔和第二安装孔，第一传动臂在端部设置有第一安装柱，第二传动臂在端部设置有第二安装柱，第一安装柱与第一安装孔配合，第二安装柱与第二安装孔配合，安装座的中部贯穿地设置有安装腔，固定座和万向节均位于安装腔内，第一穿线孔和第二穿线孔形成走线通道，走线通道穿过安装腔。 [0014] 由上可见，安装座设置有安装孔，传动臂端部设置有安装柱，安装柱与安装孔配合使用，安装座与第一电机连接并在第一转动平面上转动，第一穿线孔和第二穿线孔形成走线通道，使得系留绳能够穿过安装座且通过走线通道连接系留绳收放线装置，更进一步优化系留绳布局，提高检测精确度。 [0015] 更进一步的方案是，修正组件还包括第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂连接在第一电机和第二电机之间，第二连接臂连接在第二电机和第三电机之间。 [0016] 由上可见，通过连接臂连接第一电机、第二电机和第三电机，加强了修正组件在运行时的稳定性。 [0017] 更进一步的方案是，第一传动臂和第二传动臂均呈弧形设置，第一传动臂可转动地设置在第二传动臂内，第一传动臂和第二传动臂均设置在第一转动表面的同一侧上。 [0018] 由上可见，传动臂呈弧形并呈内外嵌套布局，优化传动臂的结构布局，使得摇杆的转动能够更好地转变成传动臂的转动，继而提高检测精度。 [0019] 更进一步的方案是，第一角度传感器采用第一电位器，第二角度传感器采用第二电位器，第一安装柱与第一电位器的第一调节旋钮连接，第二安装柱与第二电位器的第二调节旋钮连接。 [0020] 由上可见，角度传感器设置为电位器，电位器具有耐磨损的特性，机械寿命强，从而提高设备的使用寿命。 [0021] 为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种提高无人机跟随性的地面控制装置，包括移动载体、地面角度检测装置和系留绳收放线装置，地面角度检测装置设置在移动载体上，系留绳收放线装置用于卷放系留绳，系留绳与摇杆连接并随摇杆转动。 [0022] 为了实现本发明的第三目的，本发明提供一种系留无人机的控制系统，包括系留无人机、系留绳和地面控制装置，地面控制装置包括系留绳收放线装置、移动载体和地面角度检测装置，地面角度检测装置设置在移动载体上，系留绳卷绕在系留绳收放线装置上，系留绳与摇杆连接并随摇杆转动。 [0023] 由上述方案可见，在移动载体或地面角度检测装置移动的时候，位于移动载体上系留绳收放线装置同步进行移动，系留绳在地面控制装置的一端随地面控制装置移动，带动摇杆在第一弧形限位槽和第二弧形限位槽中移动，从而使得第一传动臂和第二传动臂转动，第一角度传感器和第二角度传感器接收转动信号，将转动信号经过相应的处理后再向系留无人机输出相应的控制信号，当地面角度检测装置检测到相应的移动时，地面角度检测装置的获取变换信号和系留无人机接收控制信号更为及时，有利于提高系留无人机的跟随性，如果地面角度检测装置在非水平面状态下发生移动，通过陀螺仪检测相应的角度变化，继而可使第二电机和第三电机做出相应的旋转，使得第一转动平面与水平面平行，继而实现移动组件在复杂的使用场景下依旧保持在水平面上的检测工作，另外通过第一电机的驱动移动组件在第一转动平面转动，使得移动组件中第一传动臂、第二传动臂与系留无人机保持一致的预设方向，从而提高转动信号、移动的信号的准确性，进一步提高了无人机的精确跟随性。附图说明 [0024] 图1是本发明系留无人机的控制系统实施例的示意图。 [0025] 图2是本发明系留无人机的控制系统实施例中地面角度检测装置的三维位置关系图。 [0026] 图3是本发明系留无人机的控制系统实施例中地面角度检测装置的部分爆炸图。 [0027] 图4是本发明系留无人机的控制系统实施例中地面角度检测装置实施例的部分剖视图。 [0028] 图5是本发明系留无人机的控制系统实施例中地面角度检测装置实施例的结构图。 [0029] 图6是本发明系留无人机的控制系统实施例中地面角度检测装置实施例的另一角度的结构图。 [0030] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。 具体实施方式[0031] 本发明系留无人机的控制系统实施例： [0032] 参照图1至图6，系留无人机的控制系统包括系留无人机1、系留绳2和地面控制装置3。地面控制装置3包括系留绳收放线装置5、移动载体4和地面角度检测装置6。地面角度检测装置6设置在移动载体4上，系留绳2连接在地面角度检测装置6和系留无人机1之间，系留绳2卷绕在所述系留绳收放线装置5上。 [0033] 地面角度检测装置6包括移动组件7、修正组件8和摇杆组件9。 [0034] 移动组件7包括第一传动臂71、第二传动臂72、第一角度传感器73、第二角度传感器74和安装座75，安装座75设置在第一电机811上，安装座75设置有两个第一安装孔751和两个第二安装孔752，安装座75的中部贯穿地设置有安装腔753，两个第一安装孔751共轴设置，两个第二安装孔752共轴设置，且第一安装孔751的轴线与第二安装孔752的轴线相互垂直。两个第一安装孔751和两个第二安装孔752均布在安装腔的外侧的周向上。第一传动臂71和第二传动臂72均呈弧形设置，第一传动臂71可转动地设置在第二传动臂72内侧，第一传动臂71在两个端部分别设置有两个第一安装柱712，第二传动臂72在两个端部分别设置有两个第二安装柱722，两个第一安装柱712与两个第一安装孔751配合，两个第二安装柱 722与两个第二安装孔752配合。 [0035] 第一传动臂71和第二传动臂72均设置在第一转动表面86的同一侧上，第一传动臂71设置有第一弧形限位槽711，第二传动臂72设置有第二弧形限位槽721。 [0036] 第一角度传感器73和第二角度传感器74均设置在第一电机811上，随着第一转动表面86的转动而转动，第一角度传感器73和第二角度传感器74均采用电位器，电位器设置有调节旋钮，通过调节旋钮的转动可实现电位器的电阻值变化，继而通过电阻值来检测角度的变化，第一角度传感器73与第一传动臂74连接并获取第一传动臂71的旋转角度，第一角度传感器73与第二传动臂72连接并获取第二传动臂72的旋转角度，一个第一安装柱712与第一电位器的调节旋钮连接，一个第二安装柱722与第二电位器的调节旋钮连接。在本实施例以外，角度传感器还可以采用角度编码器对角度进行检测，或采用其他常规的角度传感器即可实现上述角度的获取。 [0037] 摇杆组件9包括固定座91、摇杆92和摇杆连接件93，在本实施例中，固定座91由第一固定块911和第二固定块912组成，第一固定块911中贯穿设置有第一定位槽913，第二固定块912中贯穿设置有第二定位槽914，第一定位槽913和第二定位槽914均呈弧形凹陷，摇杆92用于连接系留绳，摇杆92穿过第一弧形限位槽711和第二弧形限位槽721，摇杆92贯穿设置有第一穿线孔94，摇杆92的底部设置有万向节921，第一定位槽913和第二定位槽914构成本实施例的定位槽，万向节921设置在定位槽中，利用定位槽进行限位，使得万向节921可在定位槽中转动，固定座91与第一电机811的驱动端连接，固定座91和万向节921均位于安装腔753内。 [0038] 修正组件8包括电机组件81、第一连接臂82、第二连接臂83、固定板84和陀螺仪85，电机组件81包括第一电机811、第二电机812和第三电机813，第一电机811与移动组件7连接并驱动移动组件7在第一转动平面86上转动，具体地，第一电机811的驱动端设置有承载面，承载面可在第一电机811的驱动作用下第一转动平面86转动，移动组件7、固定座91、摇杆92均设置在承载面上并随承载面转动，故安装座75在第一电机811驱动作用下在第一转动平面86上转动。 [0039] 摇杆连接件93的顶端设置有法兰结构，摇杆连接件93穿过第一电机811，并通过法兰结构与承载面固定连接，故摇杆连接件93也随承载面的转动而转动，摇杆连接件93贯穿设置有第二穿线孔95，第一穿线孔94的底端和第二穿线孔95的顶端相对且相互靠近，第一穿线孔94和第二穿线孔95连通形成走线通道，走线通道穿过安装腔753。 [0040] 第二电机812与第一电机811连接并驱动第一电机811在第二转动平面87上转动，第三电机813与第二电机812连接并驱动第二电机812在第三转动平面88上转动，第一转动平面86与第二转动平面87垂直，第二转动平面87与第三转动平面88垂直，第三电机813和陀螺仪85均设置在固定板84上，第一连接臂82设置有第一定子孔，第二连接臂83设置有第二定子孔，固定板84上还设置有第三定子孔，第一电机811的定子设置在第一定子孔中，第二电机812的定子设置在第二定子孔中，第三电机813的定子设置在第三定子孔中，第一连接臂82连接在第一电机811和第二电机812之间，第二连接臂83连接在第二电机812和第三电机813之间。通过第一连接臂82和第二连接臂83对第一电机811、第二电机812和第三电机813连接，加强了修正组件8在运行时的稳定性，以适应复杂的使用环境，提高设备的适配性。 [0041] 参照图1和图2，当地面控制装置3做准备工作时，系留绳收放线装置5内卷放有系留绳2，需要将系留绳2的外端部连接系留无人机1，故将系留绳2从底部依次穿过摇杆连接件93的第二穿线孔95和摇杆的第一穿线孔94，即系留绳2穿过走线通道与系留无人机1连接。 [0042] 随后系留无人机1起飞，系留绳收放线装置5开始放线，直至系留无人机1到达预定位置进行作业。当需要更换位置时，则移动载体4开始移动，系留绳2靠近地面的第一端随移动载体4移动，系留绳2的第一端发生偏移，继而带动摇杆92转动，而摇杆92带动第一传动臂71和第二传动臂72发生相应的分解旋转，第一电位器731和第二电位器741的调节旋钮发生转动继而输出相应的电阻值，并在处理后得出相应的分解转动角度信号，将转动角度信号或将转动角度信号转化后的控制信号发送给系留无人机1，系留无人机1根据上述信号进行跟随移动。地面控制装置3中还设置有第一电机811控制系统总成，第一电机811控制系统总成接收系留无人机1上磁罗盘的信息，继而实现系留无人机1的前端方向与移动组件7的预设基准方向呈同向布置。当移动载体4运动到非水平面时，如上坡或者下坡，地面角度检测装置6接收到移动载体4的倾斜角度变化，如果地面角度检测装置6直接将此角度信息发送至系留无人机1，则系留无人机1会偏离设定位置，因此本发明中还设置有陀螺仪85，陀螺仪 85为二轴电子陀螺仪，二轴电子陀螺仪85感应到移动载体4的倾斜角度变化后，发送旋转信号，使得第二电机812和第三电机813做出相应的旋转动作，此旋转动作用于抵消移动载体4倾斜导致的角度变化，使得第一转动平面86一直保持水平状态，进一步提高系留无人机1接收的控制信号的准确性，从而提高了系留无人机1的跟随性。 [0043] 由上可见，当移动载体4开始移动时，系留绳收放线装置5与摇杆92同步运动，地面角度检测装置6受到系留线的偏移会产生作用在AE方向和CE方向的合力，通过第一传动臂71和第二传动臂72分别得出在ZX平面的角度a和ZY平面的角度b,另外通过系留无人机上的气压计得出无人机的相对地面高度CE，根据三角函数正切公式,AF＝CE/tanb,可以得知AF的距离，同理AG＝CE/tana,可以得知AG的距离,系留无人机根据AF和AG这两个距离参数定位到目标位置继而进行相对的移动达到跟随目的，相比于其他获取跟随距离的方式，本案利用传感器设置在地面控制端，使得本案的系留无人机具有更佳的跟随性能。 |
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