一种系留跟随系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及无人机领域，尤其涉及一种系留跟随系统和方法。
【背景技术】
[0002]当前无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理以及农作物施药等很多方面有着广泛的应用前景。
[0003]现有技术中滞空飞行的无人机仅依靠机载全球定位系统(Global Posit1ningSystem，GPS)模块和飞手的遥控操作很难实现复杂的定点定高自动悬停。即便该操作可以实现，这种对飞手能力要求极高的复杂操作也必然在操作时间、效率、性能上难以满足市场要求，限制了无人机的应用。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种系留跟随系统和方法，以实现飞行装置对地面上系留平台的精确跟随。
[0005]第一方面，本发明实施例提供了一种系留跟随系统，该系留跟随系统包括:
[0006]系留平台；
[0007]线缆，所述线缆用于连接所述系留平台与飞行装置；
[0008]十字轴，所述十字轴的上端与飞行装置连接，所述十字轴的下端设置有陀螺仪传感器，所述十字轴的下端与所述线缆连接；
[0009]所述陀螺仪传感器，用于在飞行装置滞空飞行过程中监测所述线缆与竖直方向之间的倾斜角度；
[0010]控制板，所述控制板分别与飞控模块以及所述陀螺仪传感器连接，用于接收所述陀螺仪传感器监测到的倾斜角度，根据所述倾斜角度，计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块；
[0011]所述飞控模块，用于根据所述飞行方向和飞行速度控制飞行装置的飞行状态，以实现所述飞行装置对所述系留平台的跟随。
[0012]第二方面，本发明实施例还提供了一种系留跟随方法，该系留跟随方法包括:
[0013]当飞行装置处于滞空飞行状态时，陀螺仪传感器监测线缆与竖直方向的倾斜角度，并发送至控制板；
[0014]所述控制板根据所述倾斜角度，计算得到所述飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块；
[0015]所述飞控模块控制所述飞行装置的所述飞行方向和飞行速度，以使所述飞行装置能够对系留平台进行跟随。
[0016]本发明通过控制板接收陀螺仪传感器监测到的倾斜角度，并根据所述倾斜角度计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块，所述飞控模块控制飞行装置的飞行状态。解决了现有技术中滞空飞行的无人机仅依靠机载GPS模块和飞手的遥控操作很难的实现定点定高自动悬停的问题，实现了所述飞行装置对所述系留平台的精确跟随，并且该跟随系统简单灵活，替代了飞手的遥控操作，节省了人力资源。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例一提供的一种系留跟随系统的结构示意图。
[0018]图2是本发明实施例一提供的陀螺仪传感器的位置设置示意图。
[0019]图3为本发明实施例二提供的一种系留跟随系统的结构示意图。
[0020]图4为本发明实施例三提供的一种系留跟随方法的流程示意图。
[0021]图5为本发明实施例四提供的一种系留跟随方法的流程示意图。
[0022]图6为本发明实施例四提供的一种线缆倾斜角度表示的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0024]实施例一
[0025]图1为本发明实施例一提供的一种系留跟随系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例一提供的系留跟随系统，主要包括:
[0026]系留平台11、线缆12、十字轴13、陀螺仪传感器14、控制板15以及飞控模块16。
[0027]其中，所述线缆12用于连接所述系留平台11与飞行装置，所述十字轴13的上端与飞行装置连接，所述十字轴13的下端设置有陀螺仪传感器14，所述十字轴13的下端与所述线缆12连接。十字轴13作为线缆12与飞行装置之间的活动件，因此所述线缆12与所述飞行装置之间能够自由地相对摆动。所述陀螺仪传感器14用于在飞行装置滞空飞行过程中监测所述线缆12与竖直方向之间的倾斜角度;所述控制板15分别与飞控模块16以及所述陀螺仪传感器14连接，用于接收所述陀螺仪传感器14监测到的倾斜角度，根据所述倾斜角度，计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块16;所述飞控模块16，用于根据所述飞行方向和飞行速度控制飞行装置的飞行状态，以实现所述飞行装置对所述系留平台11的跟随。
[0028]可选的，所述控制板15与所述飞控模块16可以是分离设置的，也可以是集成在同一电路板上，还可以是由同一芯片实现控制板15与飞控模块16的功能。
[0029]本发明实施例通过控制板15接收陀螺仪传感器14监测到的倾斜角度，并根据所述倾斜角度计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块16，所述飞控模块16控制飞行装置的飞行状态。解决了现有技术中滞空飞行的无人机仅依靠机载GPS模块和飞手的遥控操作很难的实现定点定高自动悬停的问题，实现了所述飞行装置对所述系留平台11的精确跟随，并且该跟随系统使用简单灵活，替代了飞手的遥控操作，节省了人力。
[0030]在上述实施例的基础上，优选的，陀螺仪传感器14的X轴的正方向可以是与所述飞行装置的机头方向一致。这样设置的好处是，可以使所述陀螺仪传感器14能够直接表示为所述机头在空中的倾角。
[0031 ]优选的，上述实施例所述系留跟随系统，还包括:线夹17。
[0032]所述线夹17设置在所述线缆12上，所述线夹17由两个对称的空心半圆柱扣合构成，用于将所述线缆12固定在所述十字轴13下端，防止飞行装置的升力和系留平台11之间的拉力将所述线缆12拉断。
[0033]可选的，上述实施例中所述系留跟随系统，还可以是包括:
[0034]悬挂单元18和陀螺仪安装平台19。
[0035]悬挂单元18固定于飞行装置底盘，所述十字轴13的上端通过所述悬挂单元18与飞行装置连接;陀螺仪安装平台19设置在所述十字轴13的下端，所述陀螺仪传感器14安装在所述陀螺仪安装平台19上。其中所述十字轴13、陀螺仪安装平台19以及陀螺仪传感器14的位置关系，参见图2。
[0036]优选的，上述实施例中所述飞行装置可以是旋翼无人机，例如4轴、6轴或8轴的旋翼无人机;也可以为飞艇等其他设置有动力设备的飞行器。
[0037]可选的，所述系留平台11为地面固定式系留平台或者为车载移动式系留平台。
[0038]实施例二
[0039]图3为本发明实施例二提供的一种系留跟随系统的结构示意图。如图3所示，本发明实施例二提供的系留跟随系统，主要包括:
[0040]系留平台21、线缆22、十字轴23、陀螺仪传感器24、控制板25以及飞控模块26。
[0041]所述线缆22用于连接所述系留平台21与飞行装置，所述十字轴23的上端与飞行装置连接，十字轴23的下端设置有陀螺仪传感器24，所述十字轴23的下端与所述线缆22连接。十字轴23作为线缆22与飞行装置之间的活动件。所述陀螺仪传感器24用于在飞行装置滞空飞行过程中监测所述线缆22与竖直方向之间的倾斜角度;所述控制板25分别与飞控模块26以及所述陀螺仪传感器24连接，用于接收所述陀螺仪传感器24监测到的倾斜角度，根据所述倾斜角度，计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块26;所述飞控模块26，用于根据所述飞行方向和飞行速度控制飞行装置的飞行状态，以实现所述飞行装置对所述系留平台21的跟随。
[0042]与上述实施例不同的是，本实施例中所述系留跟随系统，还包括:高度检测模块27。高度检测模块27设置在所述飞行装置上，用于监测所述飞行装置与地面之间的距离。示例性的，所述高度检测模块27可以是气压高度计。
[0043]所述控制板25，还用于接收所述高度检测模块27监测到的距离，根据所述距离以及所述倾斜角度，计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块26，从而所述飞控模块26根据所述飞行方向和飞行速度控制飞行装置的飞行状态，以实现所述飞行装置对所述系留平台21的跟随。
[0044]本实施例通过在所述飞行装置上设置高度检测模块27，监测所述飞行装置与地面之间的距离，控制板25还用于接收所述高度检测模块27监测到的距离，根据所述距离以及所述倾斜角度，计算得到飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块26。在计算飞行装置的飞行方向和飞行速度时，由于结合了距离以及倾斜角度，实现了飞行装置对系留平台21更加准确和快速的跟随。
[0045]实施例三
[0046]图4为本发明实施例三提供的一种系留跟随方法的流程示意图。本实施例提供的系留跟随方法可以是由上述任一实施例中的系留跟随系统执行。如图4所示，本发明实施例提供的系留跟随方法具体包括以下操作:
[0047]S410、当所述飞行装置处于滞空飞行状态时，陀螺仪传感器监测所述线缆与竖直方向之间的倾斜角度，并发送至控制板。
[0048]S420、所述控制板根据所述倾斜角度，计算得到所述飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块。
[0049]本操作具体可以是所述控制板通过比例-积分-微分(Proport1n Integrat1nDifferentiat1n，PID)控制算法，根据所述倾斜角度计算得到所述飞行装置的飞行方向，并发送至飞控模块。
[0050]所述控制板具体可以是周期性地根据所述倾斜角度，得出飞行装置与系留平台的水平距离，从而计算所述飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块，例如每隔100毫秒或者每隔200毫秒重复一次本操作。
[0051]可选的，在控制板得出飞行装置与系留平台的水平距离后，与预设阈值比较；当所述水平距离小于预设阈值时，则控制板不动作；当所述水平距离大于或等于预设阈值时，或者连续多次达不到预设阈值的水平距离累加之和大于或等于预设阈值时，才根据所述水平距离或者所述连续多次达不到预设阈值的水平距离累加之和，计算飞行装置的飞行方向和飞行速度，并发送至飞控模块。
[0052]示例性的，假设控制板每隔200毫秒计算一次飞行装置与系留平台的水平距离，且预设阈值为5米，当连续4次得出飞行装置与系留平台的水平距离为2米、I米、I米及2米，则前3次计算结果不动作，由于第四次与前三次的水平距离累加之和大于5米，