一种无人机的控制方法和系统与流程

文档序号:20376488发布日期:2020-04-14 14:04阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种无人机的控制系统,其特征在于,该控制系统包括至少一个无人机、至少一个控制站节点、控制中心、远程数据库以及后台计算机;

所述控制站节点、所述控制中心以及所述远程数据库之间通过通信网络建立连接;所述无人机经过初始化配置后,与所述控制中心建立无线通信连接,并接收所述控制中心发送的飞行任务;无人机通过gps导航模块,按照所述飞行任务所指定的飞行路线,进行导航飞行,所述后台计算机通过控制中心与无人机进行无线通信;

所述无人机包括无人机锂电池、充放电模块、无线充电接收模块、处理器模块、飞行控制模块、gps导航模块、传感器模块以及通信模块,所述传感器模块中包括图像采集单元、超声测距单元;

所述无人机的控制通过处理器模块和飞行控制模块来实现,所述飞行控制模块用于控制无人机的飞行与姿态调整,处理器模块通过其i/o接口收发信息与指令,以给飞行控制模块以及其他部件发送控制命令;所述处理器模块采用低功耗的stm32系列单片机来实现;

无人机锂电池包括锂电池组和电能传输单元,锂电池用于储存电能同时也给无人机各个模块提供电能,还能接收所述电能传输单元中的充电电能,所述电能传输单元连接锂电池和充放电模块,用于在充电过程中产生的无线电能传输给锂电池;

无人机的无线充电接收模块装设在两个起落架底端之间,通过设置在空心连接管中的导线与所述充放电模块相连,所述无线充电接收模块采用了i型铁氧体磁芯,外侧横向绕制接收线圈;

控制站节点包含无线充电模块、太阳能充电模块、主控模块、储能电池以及无线通信单元;

所述太阳能充电模块包括太阳能电池板,所述太阳能电池板呈回字型设置在控制站节点的顶部,在所述太阳能电池板上表面的中间位置设置有对接标志;

所述双极性耦合装置中的发射模块由发射线圈以及放置在发射线圈下的铁氧体磁芯构成,铁氧体磁芯的横向切面呈凹字型,发射线圈分成2个平面螺旋线圈,并且2个线圈的电流走向相反,所述2个平面螺旋线圈分别以凹字型铁氧体磁芯的两个向上凸起的侧边为轴心进行纵向缠绕;

无人机的两个所述起落架的底端安装有铁氧体磁芯,当无人机根据所述对接标志,完成与所述控制站节点的对接并停在所述太阳能电池板上后,所述起落架底端的铁氧体磁芯与所述凹字型铁氧体磁芯的两个向上凸起的侧边相重合。

2.根据权利要求1所述的无人机的控制系统,其特征在于:控制站节点中的所述无线通信单元采用nb-iot无线通信方式与控制中心建立连接,并进行数据传输,充电无人机的无人机标识id、无人机设备信息、充电状态信息都采用基于nb-iot的无线通信方式传输到所述控制中心,由控制中心进行关联存储以及大数据分析。

3.根据权利要求2所述的无人机的控制系统,其特征在于:所述传感器模块中的图像采集单元用于采集图像,所述超声测距单元用于超声波测距,并发送给处理器模块进行数据处理。

4.根据权利要求1所述的无人机的控制系统,其特征在于:

所述gps导航模块,用于获取当前无人机的位置信息,当无人机需要充电时,利用所述gps导航模块导航至目标控制站节点附近。

5.根据权利要求1至4之一所述的无人机的控制系统,其特征在于:所述无线充电模块中还包括电流检测电路、电压检测电路;

所述电流检测电路,采用检流芯片ina282进行电流检测;

所述电压检测电路为电阻分压,将输出电压按一定分压比转换为主控模块的adc可读取的电平,通过检测锂电池的电压大小,主控模块是否对无人机锂电池进行涓流充电、恒流充电或脉冲充电,当锂电池电压达到4.2v时,开启充电平衡电路。

6.一种无人机的控制方法,该方法应用于如权利要求1至5之一所述的无人机的控制系统中,其特征在于,该方法包括:

步骤101、在飞行过程中无人机的充放电模块实时监测无人机锂电池的剩余电量,并将gps导航模块获取的当前无人机的自身地理坐标位置发送给控制中心;

步骤102、所述控制中心通过计算后返回与无人机相邻的控制站节点列表,在所述控制站节点列表中包含了各所述控制站节点的地理位置坐标信息,各所述控制站节点按照与无人机之间的距离由近到远依次排序,无人机从所述控制站节点列表中选择一个控制站节点作为目的控制站节点,通过所述gps导航模块飞往所述目的控制站节点;

所述无人机从所述控制站节点列表中选择一个控制站节点作为目的控制站节点,具体包括:

无人机根据自身剩余电量来判断能否到达距离自己最近的控制站节点;

如果能飞到距离自己最近的控制站节点但飞不到距离自己第二近的控制站节点,则无人机将距离自己最近的控制站节点作为目的控制站节点;

如果无人机能飞到距离自己第二近的控制站节点,则待无人机飞过距离自己最近的控制站节点后再计算能否飞到第二近的控制站节点,以此类推;

如果无人机无法飞到距离自己最近的控制站节点,则无人机关闭自身中除了飞行控制、导航这些必要功能之外的其他功能模块,节省电量飞往最近的控制站节点,或就地降落并发给控制中心后台定位信息;

步骤103、当无人机利用所述gps导航模块飞到所述目的控制站节点附近后,利用所述传感器模块完成与所述控制站节点的对接;在无人机与控制站节点对接完成后,无人机通过通信模块与控制站节点的无线通信单元建立无线通信连接,连接完成后控制站节点对无人机进行身份认证,如果身份认证通过则通过无线充电模块给无人机锂电池进行充电;

步骤104、在充电过程中,无人机实时监测自身电量,当所述无人机锂电池充满后,无人机发送停止充电命令给所述控制站节点,然后起飞继续执行任务;

在步骤101之前,该方法还包括:

无人机经过初始化配置后,与控制中心建立无线通信连接,并接收控制中心发送的飞行任务;无人机通过gps导航模块,按照所述飞行任务所指定的飞行路线,进行导航飞行,后台计算机通过控制中心与无人机进行无线通信;

利用所述传感器模块完成与所述控制站节点的对接,具体包括:

图像采集单元用于拍摄获取无人机下方的对接标志并传输至处理器模块,处理器模块对对接标志图像进行预处理和特征检测,从而根据坐标系计算出无人机与对接标志的相对位置信息,然后将所述相对位置信息传输给无人机的飞行控制模块,无人机的所述飞行控制模块再根据所述相对位置信息调整无人机的位置和姿态。

7.根据权利要求6所述的无人机的控制方法,其特征在于,利用所述传感器模块完成与所述控制站节点的对接,具体包括:

步骤201、对所述图像采集单元所拍摄的对接标志图像采用加权平均法进行灰度化处理,所述加权平均法采用如下公式对进行rgb三分量进行加权平均计算以得到灰度图像:

f(i,j)=0.30r(i,j)+0.59g(i,j)+0.11b(i,j);

步骤202、采用canny算法对所述灰度图像进行边缘检测;

步骤204、对所述无人机的相对位置进行估计与调整;

步骤205、在所述无人机成功悬停在对接标志正上方后,无人机利用超声测距单元测量无人机与对接标志的相对距离,并发送指令给无人机主控,处理器模块控制无人机缓慢下降,当无人机与所述对接标志之间的距离小于设定的阈值时,所述处理器模块控制四个电机停止转动,完成对接。

8.根据权利要求7所述的无人机的控制方法,其特征在于,步骤202、采用canny算法对所述灰度图像进行边缘检测,具体包括:

步骤2021、图像的平滑滤波,采用一维高斯函数对所述灰度图像按行和列进行平滑滤波去噪,其中一维高斯滤波函数采用如下公式计算:

其中一维高斯函数中σ为标准差,σ的大小影响定位精度和信噪比;σ的大小对边缘检测很重要,当σ较大时可以很好的平滑噪声,但边缘定位精度较低。

步骤2022、计算梯度幅值和方向,通过求偏导来获得梯度幅值和方向,利用2*2领域内一阶偏导的有限差分,平滑滤波后所述灰度图像(x,y)的一阶偏导采用如下公式计算:

其中,f(x,y)、f(x,y+1)、)f(x+1,y)、f(x+1,y+1)为图像各点像素的灰度值;

所述梯度幅值采用如下公式计算:

所述方向采用如下公式计算:

步骤2023、对梯度幅值进行非极大值抑制;

步骤2024、阈值化和边缘连接。经过非极大值抑制后的图像中仍存在许多噪声点,canny算法使用双阈值对非极大值抑制过的图像进行分割;如果点(x,y)的梯度幅值小于阈值下界则该点不是边缘点;如果点(x,y)的梯度幅值大于阈值下界则该点是边缘点;如果该点的梯度幅值介于两者之间,则寻找该点附近是否存在另一点大于阈值上界,如果有,则该点是边缘点,否则不是边缘点。

9.根据权利要求6所述的无人机的控制方法,其特征在于,连接完成后控制站节点对无人机进行身份认证,具体包括:

步骤301,无人机向控制站节点发送身份认证请求,所述身份认证请求中包括无人机标识id、加密后的无人机设备信息;

步骤302,所述控制站节点获取所述身份认证请求中的无人机标识id,并向控制中心发送查询请求,所述查询请求中包括经过公钥加密的无人机标识id;

步骤303,所述控制中心接收所述查询请求,使用公钥解密并获取其中携带的无人机标识id,所述控制中心在远程数据库中查询所述无人机标识id,获取与所述无人机标识id关联存储的解密策略以及无人机设备信息,并使用公钥加密所获取的解密策略以及无人机设备信息,将加密后的解密策略以及无人机设备信息发送给所述控制站节点;

步骤304,所述控制站节点接收所述加密后的解密策略以及无人机设备信息,使用公钥进行解密以获取解密策略以及无人机设备信息,对该无人机设备信息进行暂存,所述控制站节点使用获取的所述解密策略对所述身份认证请求中的所述加密后的无人机设备信息进行解密,以获得解密后的无人机设备信息,将所述解密后的无人机设备信息与暂存的无人机设备信息进行比较,如果比较结果为一致,则身份认证成功;如果比较结果为不一致,则身份认证失败。

10.根据权利要求6所述的无人机的控制方法,其特征在于,所述无人机锂电池由多个单体锂电池组成的电池组构成,通过无线充电模块给无人机锂电池进行充电,具体包括:

步骤901、无人机锂电池接入充电系统时,先进行充电预处理,以10ma级的电流对电池进行温和的涓流充电;

步骤902、当所有单体电池电压都上升到2.5v时,进入恒流区,以最高5a的恒定电流对电池组快速充电,恒流充电阶段,任意单体电池电压达到4.2v,则此单体电池进入平衡充电状态,直到所有单体电池均达到4.2v,所有平衡电路断开,整个无人机锂电池进入脉冲充电阶段;

步骤903、在脉冲充电区,电源间歇性地对无人机锂电池以恒定电流充电,随着电量越来越满,充电时间逐渐缩短,停充时间逐渐增加,充电脉冲占空比越来越小,当占空比低于预设的阈值时,终止充电。


技术总结
本申请公开了一种无人机的控制方法和系统,该控制系统包括无人机、控制站节点和控制中心以及远程数据库。无人机包括无人机锂电池、充放电模块、无线充电接收模块、处理器模块、飞行控制模块、GPS导航模块、传感器模块、通信模块,所述传感器模块中包括图像采集单元、超声测距单元;控制站节点包含无线充电模块、太阳能充电模块、主控模块、储能电池以及无线通信单元。本发明通过对无人机进行身份认证建立起安全通信。此外,通过无线充电技术避免了导线的直接接触,省去了人工插拔插头的步骤,为无人机充电过程实现全自动提供了可能。

技术研发人员:王晰
受保护的技术使用者:王晰
技术研发日:2019.12.13
技术公布日:2020.04.14
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1