一种三栖无人机集群控制方法、系统和无人机与流程

本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种三栖无人机集群控制方法、系统和无人机。

背景技术：

无人机能够代替人进行危险的作业，效用很高，同时，单独的无人机能够执行的功能相对有限，通过集群进行无人机的控制以执行功能的方式，能够扩大无人机的使用范围，降低人的介入，能够降低运营的成本。

无人机能够实现的功能之一是数据的收集，例如极地科学考察等活动的环境相对恶劣，工作风险系数较高，无人机在暴风雪中的作业对返航管理有非常高的实时性要求。虽然科学家对返航情报安全都非常重视，但数据丢失事故的发生是不确定性的。又例如对于灾难救援无人机，丢失紧急数据就会导致被困人员情况不能及时反映，乃至更多事故发生，不能及时、准确的得到被困人员的各种信息，无法做出正确的决策，以至于会造成抢险不及时或误导撤离方向，有可能贻误对生命的抢救，所以需要抗恶劣气候环境的无人机群去完成一项尽量不失败的数据采集任务。

技术实现要素：

本发明实施例旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明实施例的一个目的是提供一种三栖无人机集群控制方法、系统和无人机。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供一种三栖无人机集群控制方法，包括：收集指定数据；通过zigbee组成通信网络；获取单个三栖无人机的行进数据；根据行进数据确定异常无人机或正常无人机，所述异常无人机沿所述通信网络将所述指定数据传输至正常无人机。

优选地，所述行进数据包括电量，所述电量低于电量阈值，对应的三栖无人机为异常无人机。

优选地，所述行进数据包括地磁矢量、加速度矢量和角度矢量，所述地磁矢量、加速度矢量和角度矢量的值和/变化值超过碰撞阈值，对应的三栖无人机为异常无人机。

优选地，所述行进数据包括定位信息，根据所述定位信息和所述电量执行备用行进路线。

优选地，所述执行备用行进路线包括：变换三栖无人机的三栖状态。

第二方面，本发明实施例提供一种三栖无人机集群控制系统，包括三栖无人机和集群控制器，所述三栖无人机包括数据采集模块，zigbee模块和传感器模块，其中，所述数据采集模块收集指定数据；通过不同的三栖无人机的zigbee模块组成通信网络；通过传感器模块获取单个无人机的行进数据；集群控器根据行进数据确定异常无人机或正常无人机，所述异常无人机沿所述通信网络将所述指定数据传输至正常无人机。

优选地，所述三栖无人机包括电源，所述行进数据包括电源的电量，所述电量低于电量阈值，所述集群控器标记对应的三栖无人机为异常无人机。

优选地，所述行进数据包括地磁矢量、加速度矢量和角度矢量，所述地磁矢量、加速度矢量和角度矢量的值和/变化值超过碰撞阈值，所述集群控器标记对应的三栖无人机为异常无人机。

优选地，行进数据包括定位信息，集群控器根据所述定位信息和所述电量制定备用行进路线，所述三栖无人机执行备用行进路线。

优选地，所述执行备用行进路线包括：变换三栖无人机的三栖状态。

第三方面，本发明实施例提供一种三栖无人机，包括结构本体、履带式滚翼、传感器组、运行控制器和动力源，所述动力源连接所述履带式滚翼，所述传感器组连接所述运行控制器，所述结构本体用于收容所述履带式滚翼、传感器组、运行控制器和动力源。

优选地，所述履带式滚翼包括履带条、履带条传动结构、设置于履带条之间的扇叶和连接所述扇叶的转动结构。

优选地，所述运行控制器根据所述传感器输出的数值更改所述履带条传动速度和扇叶角度。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例通过收集指定数据以执行收集任务；通过zigbee组成通信网以实现区域范围内的数据互通；获取单个三栖无人机的行进数据以单独判断个体；根据行进数据确定异常无人机或正常无人机，异常无人机将数据传输沿通信网传输至正常无人机以实现备份。

附图说明

图1是三栖无人机集群控制方法的一种实施例的流程图；

图2是三栖无人机集群控制系统的一种实施例的连接图；

图3是三栖无人机的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1。

本实施例提供如图1所示的三栖无人机集群控制方法，包括步骤：

s1、收集指定数据；

s2、通过zigbee组成通信网络；

s3、获取单个三栖无人机的行进数据；

s4、根据行进数据确定异常无人机或正常无人机，异常无人机沿通信网络将指定数据传输至正常无人机。

三栖无人机简称为无人机，具体通过无人机携带的各种传感器和其他数据采集设备进行指定数据的采集；其中，传感器可以包括温度传感器、湿度传感器、红外传感器等，数据采集设备包括例如照相机、扫描雷达等。本实施例中只是需要利用这些仪器进行其本身具备的功能而非对其进行改进，因此，不进一步说明用于采集指定数据的传感器和数据采集设备的类型。

zigbee相对于wifi和蓝牙等无线技术的区别在于，zigbee能够实现通信网络的自组网，能提高通信过程中的数据传递的安全性，且能够根据zigbee信号的强度计算相互的距离，有利于在个别无人机定位功能不生效时，通过其他的无人机的位置计算失效无人机的位置。

无人机在行进(即飞行、路上行走和水面上行走)时，必然会产生与运动/驱动有关的数据，而采集这些数据的过程属于本领域的惯用技术，本实施例不进行针对于泛用的数据获取过程的详细描述，而是针对于具体的数据的获取的原理和方式进行描述。行进数据包括：电量、定位信息、地磁矢量、加速度矢量和角度矢量，电量即为电源/电池的容量；定位信息为基于gps或者北斗系统得到的具体坐标；地磁矢量为地球磁场的矢量。

针对于行进数据的处理包括：

当一个无人机电量低于电量阈值，对应的无人机为异常无人机，其目的在于防止电量不足导致行进功能或者数据采集功能无法正常运作的情况，即出现该种异常，则进行数据的传递和备份。

地磁矢量、加速度矢量和角度矢量的值和/变化值超过碰撞阈值，对应的三栖无人机为异常无人机，当发生碰撞事故，则极有可能导致无人机无法继续执行任务，此时需要将其返航或者使其停留在原地等待救援，而由于发生碰撞事故时和发生之后，无人机的状态会发生改变，因此，可以根据上述的参数的变化和变化趋势判断无人机的状态。

要想安排无人机返航，需要知道现时的位置，通过定位信息可以知道现时的位置，而返航的目的地是已知的，则可以简单计算得到路径，即备用行进路线，具体的直线路径的计算和复杂路线的计算可以根据第三方的数字地图或者本身携带的地图来实现，具体的路径计算可以采取预设的算法进行处理。

考虑到不同环境的变化的影响，例如，暴风天气不适合飞行，则可以变更原来的状态为陆地行进模式或者水面行进模式；或者，水域限制的情况下，可以变更水面行进模式为飞行模式或者陆地行进模式，即变更三栖状态。

实施例2。

本实施例提供如图2所示的一种三栖无人机集群控制系统，包括：

集群控制器2和三栖无人机1，三栖无人机包括数据采集模块11，zigbee模块12、电源14和传感器模块13，其中，数据采集模块13收集指定数据；通过不同的三栖无人机的zigbee模块12组成通信网络；通过传感器模块13获取单个无人机的行进数据；集群控器2根据行进数据确定异常无人机或正常无人机，异常无人机将指定数据传输沿通信网传输至正常无人机。

其中，集群控制器2可以设置在无人机上；也可以设置在地面上，即可以通过人工的方式直接控制无人机。此时，至少有一个无人机上设置有长程通信装置(例如基于卫星通信的通信接口)，以该设置有长程通信装置的无人机作为长机，其他的无人机作为僚机。

实施例3。

本实施例具体用于说明三栖无人机的结构和在现实条件下的具体集群控制流程的实施细节。

如图3所示的三栖无人机，包括结构本体、履带式滚翼、传感器组、运行控制器和动力源，动力源连接履带式滚翼，传感器组连接运行控制器，结构本体用于收容履带式滚翼、传感器组、运行控制器和动力源。

结构本体为普通的支撑结构，具体可以为长方体，履带式滚翼，简称为滚翼，对称设置于长方体的两侧，履带式滚翼包括履带条、履带条传动结构、设置于履带条之间的扇叶和连接扇叶的转动结构。其运行的原理在于，通过履带条进行扇叶的前后移动(相对于参照物，以水平方向的一个方向为前，具体参照物可以为结构本体的底部)，通过转动结构进行扇叶在移动过程中的角度变换，履带条在传动中，履带条的上下两层之间由于扇叶的角度不同，空气的流动可以变成从前到下，即运行前方的空气被导入下方，从而提供升力以实现飞行。

履带式滚翼的驱动结构包括履带条传动结构和扇叶的转动结构，可以由内外套筒转轮与内外拉线构成。其中，以片状的扇叶为基准，内拉线包括两条线和对应的内拉线孔，内拉线孔之间的距离小，外拉线包括两条线和对应的外拉线孔，外拉线孔之间的距离大。内转轮通过转轮的内牙齿拉动固定在扇叶上的内拉线，外转轮通过转轮的外牙齿拉动固定在扇叶上的外拉线，改变内外转轮之间的相位差就可以改变扇叶的角度。改变前后转轮之间的主从关系就可以改变拉线的张力。空中运行状态上层的拉线处于紧绷状态，下层的拉线处于松弛状态，可以设置一个导轨以限制扇叶的自由。水面运行状态下层的拉线处于紧绷状态，上层的拉线处于松弛状态，由导轨限制扇叶的自由。地面运行状态下层的拉线处于半紧绷状态，上层的拉线处于半松弛状态，由导轨限制扇叶的自由。改变内外转轮的共同旋转速度就可以改变履带的行进速度。

结构本体包括升降架，其目的使滚翼不沾地，从而为上升提供基础。同样的，升降架底部设置有提供浮力的结构，可供在水面漂浮，具体可以是空心的塑料件。而在地面行走仅需要履带正常传动就能实现。升降架的功能除了起落之外，还起到动态配重平衡的作用；具体为，升降架包括多条腿，前后左右升降架的腿的长短，可以根据履带的行进速度以及无人机重心适当调整，以便抵消履带单方向旋转产生的旋转动量以及左右载重负荷不等的问题，履带旋转速度越高，前后升降架的长短之差越大，确保空中，水面与地面的运行平稳特性；具体的脚的升降顺序和升降的程度，可以根据实验得出数据并写入对应的控制芯片。

传感器组包括：

压力传感器，其设置于结构本体的底部，用于测量压力，根据压力可以判断无人机是否处于地面。

湿度传感器或者液体探针，设置于结构本体的底部或者浮力结构，用于根据湿度大小和/或液压的强度判断无人机是否处于水面上；

碰撞预警器，由3轴地磁传感器，3轴角度传感器和3轴加速度传感器组成。

关于判断异常的流程：

电量低于电量阈值，则可以判断对应的无人机为异常；

当上述的几种3轴传感器，发生在1/3秒内有超过1/3以上的轴，大于1/3的反复变化时，认定碰撞存在，通过上述zigbee的通信网络，确保数据不丢失。碰撞阈值为时间、轴数量，轴方向的值和值的变化量，属于一个最大值和最小值之间的区间；具体的碰撞阈值可以根据需求设置。

可能发生的碰撞事故是指：无人机与无人机的碰撞；无人机与地面的碰撞；无人机与水面的碰撞；无人机与飞鸟的碰撞；无人机遇到恶劣天气、火山爆发、恐怖分子等意外场景的碰撞。

无人机装载有各种数据采集元器件和对应的数据处理器，这些数据采集元器件收集各种原始的数据。然后数据处理可以针对原始的数据进行信号处理：信号增强、信号分割、信号复原等；还可以将信号进行特征处理，从滤波电路中衍生出有用的信息，从许多特征中找到最有用的特征，以降低后续数据处理的难度；还可以采用模板匹配法来识别不同的特征，并通知对应的数据采集元器件执行相应的功能，例如红外传感器检测到有红外体征，则可以通知摄像头执行拍摄。

关于无人机运行所需要的控制软件、数据采集元器件运行所需要的硬件条件和软件条件，属于本技术领域的惯用技术，本实施例不进行进一步的改进，因此，不进行进一步的说明。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。