一种无人机遮阳飞篷及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机遮阳飞篷及其实现方法，其适用于烈日条件下某些重要露天活动，对重要的目标对象(人或物)遮阳。本发明专利技术中的遮阳飞篷包括遮阳飞篷主体，视觉系统和控制系统。其中，遮阳飞篷主体具有一种带有对风尾舵的流线形结构，能够自动对准风向，获得向上空气推力。所述的视觉系统及时获取飞篷的阴影位置和目标对象位置，用于形成控制系统的偏差；所述的控制系统，包括地面控制系统、九轴传感器、超声波传感器、主控制器和无线通讯模块。本发明专利技术无人机遮阳飞篷能够借助风力和太阳能辅助飞行，通过视觉系统识别处理和控制系统对遮阳飞篷阴影和目标对象位置的偏差处理调整实现对目标对象的遮阳飞行。

A UAV sunshade awning and its implementation method

The invention discloses an unmanned aerial vehicle (UAV) shading flying awning and its realization method, which are suitable for some important open-air activities under scorching sun conditions and shading important target objects (persons or objects). The sunshade awning in the invention comprises a sun shading canopy body, a vision system and a control system. The main body of the awning has a streamlined structure with a tail rudder, which can automatically align the wind direction and obtain upward air thrust. The vision system can acquire the shadow position and the target object position of the flying canopy in time to form the deviation of the control system, which comprises a ground control system, a nine-axis sensor, an ultrasonic sensor, a main controller and a wireless communication module. The sun-shading flying awning of the UAV can assist flight by means of wind power and solar energy, and realize the sun-shading flight of the target object through the identification processing and control system of the sun-shading flying awning shadow and the deviation processing and adjustment of the position of the target object.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机遮阳飞篷及其实现方法
本专利技术涉及一种遮阳装置，特别是指一种无人机遮阳飞篷及其实现方法。
技术介绍
由于气候变化，目前炎热天气逐渐变多，特别是夏天高温天气，紫外线照射非常强烈，使得人类的户外活动受到较大的限制。针对这类问题，本专利技术提供一种无人机遮阳飞篷及其实现方法，以解决大型露天活动、或某些重要场合的人或物的全方位遮阳问题。目前，已有的遮阳技术主要采用与建筑结构连接的固定式遮阳结构，或者小型移动式遮阳伞状结构，缺乏具有主动遮阳能力的遮阳装置，本专利技术提供一种可实现自动跟踪的无人机遮阳飞篷及其实现方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题而提供一种可自动跟踪目标物的遮阳飞篷及其实现方法。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种无人机遮阳飞篷，其包括：飞篷主体、视觉系统及控制系统；飞篷主体包括俯视为五角形的支架及四架旋翼无人机，支架具有头部、左右侧翼和左右尾翼，左右侧翼与左右尾翼之间的顶面上设有一带风向标的对风尾舵，所述四架旋翼无人机设置在支架的左右侧翼和左右尾翼上；视觉系统包括摄像头及图片信息提取单元，摄像头安装在飞篷主体的支架底部，图片信息提取单元装设在飞篷主体的支架上与摄像头连接，该图片信息提取单元上设置有无线通讯模块；所述控制系统包括用以监测飞篷姿态的九轴传感器、用以测量四架旋翼无人机飞行高度的超声波传感器、用以控制飞篷主体的地面控制器、用以飞篷主体与地面控制器之间数据传输与通讯的无线通讯模块、用以执行地面控制器指令及对自身状态进行评估的主控制器；所述九轴传感器是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器设置在飞篷主体的支架上与主控制器连接，所述超声波传感器具有四个，对应设置在飞篷主体的四架旋翼无人机上，各超声波传感器分别与主控制器连接，主控制器及地面控制器上分别设有所述无线通讯模块，主控制器具有一报警模块，该主控制器装设在飞篷主体的支架上，且与摄像头、九轴传感器、超声波传感器及地面控制器连接，所述图片信息提取单元与地面控制器连接；当遮阳飞篷起飞后，摄像头获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元，图像提取单元通过无线通讯模块将图像信息传输给地面控制器，当飞篷阴影区域和目标对象完全出现在图像中，由地面控制器选中图像中的阴影区域和目标对象，并控制遮阳飞篷的飞行模式；当主控制器采集到风向标所指示的方向后，将所需方位角发送四架旋翼无人机进行姿态调整，使遮阳飞篷的攻角迎向风向，主控制器得到风向和风速信息，判断出遮阳飞篷的飞行是否受限，若处于可正常工作还条件下，遮阳飞篷正常工作；若飞行受限，飞行无法正常工作，报警模块发出报警信号并通过无线通讯模块发送给地面控制器并进行迫降。进一步，所述飞篷主体的支架上装设有蓄电池，支架的顶面覆盖有薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池与蓄电池连接。进一步，飞篷主体的支架底部靠后位置处设有一负载物区，所述主控制器、蓄电池、摄像头、九轴传感器、图像信息提取单元安装在该负载物区。进一步，所述飞篷主体的支架头部翘起一角度形成攻角，尾部扁平拖曳，整体呈流线型结构。进一步，所述对风尾舵包括所述风向标、风杯及环形滑动变阻器，风向标及风杯分别通过一连杆连接在支架上，风向标的连杆下部设有连针，该连针末端指向环形滑动变阻器，构成环形滑动变阻器的滑动端，风杯的连杆经磁化处理，风杯连杆的底部设置有环形感应线圈。进一步，所述九轴传感器的供电电路采用高精度的稳压模块。一种无人机遮阳飞篷的实现方法，其包括以下步骤：步骤1：通过地面控制器控制遮阳飞篷起飞，主控制器接收到起飞的指令后，控制四架旋翼无人机向上飞行，上升过程中结合对风尾舵测得风速和风向，九轴传感器实时监测遮阳飞篷的姿态，包括飞行倾角和旋转角，并将数据发送给主控制器，由主控制器计算后得出遮阳飞篷所需的俯仰角、方位角及旋转角后将数据传给四架旋翼无人机，四架旋翼无人机调整遮阳飞篷的攻角和方向，使得遮阳飞篷起飞过程中始终处于迎风方向，超声波传感器在遮阳飞篷起飞的同时开始向地面发射超声波并接收反射的超声波得到飞行高度信息，并经飞行高度信息传送至主控制器，当高度达到指定高度时，主控制器控制遮阳飞篷不再上升；步骤2：摄像头采集图像后传输给图像信息提取单元，图像信息提取单元通过无线模块将图像信息传输给地面控制器，通过地面控制器选定图像中的阴影区域和目标对象；步骤3：通过地面控制器选择遮阳飞篷的飞行模式，包括悬停遮阳模式及跟踪遮阳模式，若选择悬停遮阳模式，主控制器接收悬停遮阳的指令后，控制四架旋翼无人机在控制悬停，当目标对象在阴影区域内，调整并保持飞行姿态；当目标对象在阴影区域之外，主控制器根据位置偏差调整四架旋翼无人机往阴影区域移动，即目标对象出现在阴影区域的中间位置，悬停遮阳过程中，结合对风尾舵测的风速和风向，飞篷始终保持在迎风方向和最佳攻角；若选择跟踪遮阳模式，目标对象可能出于移动状态，主控制器接收到跟踪遮阳的指令后，判断目标对象与阴影区域的相对位移方向及位置偏差，主控制器根据位置偏差调整四架旋翼无人机使得遮阳飞篷向阴影区域方向移动，跟踪遮阳过程中，结合对风尾舵测试风速和风向，使遮阳飞篷始终保持迎风方向和最佳攻角；步骤4：通过地面控制器控制遮阳飞篷下降，主控制器接收到下降指令后控制四架旋翼无人机向下飞行，配合超声波传感器测量离地高度，使遮阳飞篷缓慢下降并停在地面；在执行步骤1至步骤4的任意一步骤时，主控制器同时对遮阳飞篷的状态进行评估，当飞行受限时，主控制器指示报警模块发出报警信号给地面控制器并控制遮阳飞篷进行迫降。进一步，所述主控制器指示报警模块发出报警信号，制定报警和迫降包括以下两个方面：其一是：在对风尾舵中，当风杯所接的电路产生的电压超过设定阈值时，则意味着风力过大超过所能接受的上限，其与设定值的偏差将导致相应三极管导通，主控制器发出报警并进行迫降；其二是：当电能不足时，主控制器发出报警并迫降。进一步，步骤2中，识别阴影区域和目标对象包括以下步骤：步骤2A：飞篷起飞后，在空中向下拍摄图像，并发送给控制系统的地面控制器，操作人员通过地面控制器选定飞篷阴影区域和目标对象，并通过无线通讯模块发送给主控制器；步骤2B：用一个五边形对飞篷阴影进行拟合，并获取五个顶点A、B、C、D、E的平面坐标，在每一帧图像中用五边形对阴影区域进行锁定；步骤2C：用一个椭圆对目标对象进行覆盖并获取椭圆中心O的坐标，在每一帧图像中用椭圆对目标对象进行锁定，并计算OA、OB、OC、OD、OE的长度；步骤2D：若O点位于五边形的内部，则认为目标对象在阴影区域内，否则，目标对象在阴影区域外。本专利技术无人机遮阳飞篷是在支架上装设四架旋翼无人机及对风尾舵，通过主控制器控制四架旋翼无人机使遮阳飞篷实现各种飞行姿态，如上升、下降、跟踪、悬停等，利用九轴传感器实时监测遮阳飞篷的姿态，利用对风尾舵测出遮阳飞篷的风速及风向，当遮阳飞篷起飞后，摄像头获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元，图像提取单元通过无线通讯模块将图像信息传输给地面控制器，当飞篷阴影区域和目标对象完全出现在图像中，由地面控制器选中图像中的阴影区域和目标对象，通过主控制器控制遮阳飞篷的飞行模式，实现遮阳飞篷的自动遮阳控制。本专利技术无人机遮阳飞篷能够借助风力和太阳能辅助飞行，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机遮阳飞篷，其特征在于，包括：飞篷主体、视觉系统及控制系统；飞篷主体包括俯视为五角形的支架及四架旋翼无人机，支架具有头部、左右侧翼和左右尾翼，左右侧翼与左右尾翼之间的顶面上设有一带风向标的对风尾舵，所述四架旋翼无人机设置在支架的左右侧翼和左右尾翼上；视觉系统包括摄像头及图片信息提取单元，摄像头安装在飞篷主体的支架底部，图片信息提取单元装设在飞篷主体的支架上与摄像头连接，该图片信息提取单元上设置有无线通讯模块；所述控制系统包括用以监测飞篷姿态的九轴传感器、用以测量四架旋翼无人机飞行高度的超声波传感器、用以控制飞篷主体的地面控制器、用以飞篷主体与地面控制器之间数据传输与通讯的无线通讯模块、用以执行地面控制器指令及对自身状态进行评估的主控制器；所述九轴传感器是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器设置在飞篷主体的支架上与主控制器连接，所述超声波传感器具有四个，对应设置在飞篷主体的四架旋翼无人机上，各超声波传感器分别与主控制器连接，主控制器及地面控制器上分别设有所述无线通讯模块，主控制器具有一报警模块，该主控制器装设在飞篷主体的支架上，且与摄像头、九轴传感器、超声波传感器及地面控制器连接，所述图片信息提取单元与地面控制器连接；当遮阳飞篷起飞后，摄像头获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元，图像提取单元通过无线通讯模块将图像信息传输给地面控制器，当飞篷阴影区域和目标对象完全出现在图像中，由地面控制器选中图像中的阴影区域和目标对象，通过主控制器控制遮阳飞篷的飞行模式；当主控制器采集到风向标所指示的方向后，将所需方位角发送四架旋翼无人机进行姿态调整，使遮阳飞篷的攻角迎向风向，主控制器得到风向和风速信息，判断出遮阳飞篷的飞行是否受限，若处于可正常工作还条件下，遮阳飞篷正常工作；若飞行受限，飞行无法正常工作，报警模块发出报警信号并通过无线通讯模块发送给地面控制器并进行迫降。...

【技术特征摘要】
1.一种无人机遮阳飞篷，其特征在于，包括：飞篷主体、视觉系统及控制系统；飞篷主体包括俯视为五角形的支架及四架旋翼无人机，支架具有头部、左右侧翼和左右尾翼，左右侧翼与左右尾翼之间的顶面上设有一带风向标的对风尾舵，所述四架旋翼无人机设置在支架的左右侧翼和左右尾翼上；视觉系统包括摄像头及图片信息提取单元，摄像头安装在飞篷主体的支架底部，图片信息提取单元装设在飞篷主体的支架上与摄像头连接，该图片信息提取单元上设置有无线通讯模块；所述控制系统包括用以监测飞篷姿态的九轴传感器、用以测量四架旋翼无人机飞行高度的超声波传感器、用以控制飞篷主体的地面控制器、用以飞篷主体与地面控制器之间数据传输与通讯的无线通讯模块、用以执行地面控制器指令及对自身状态进行评估的主控制器；所述九轴传感器是由三轴陀螺仪、三轴重力加速度计及三轴磁力计组合而成，该九轴传感器设置在飞篷主体的支架上与主控制器连接，所述超声波传感器具有四个，对应设置在飞篷主体的四架旋翼无人机上，各超声波传感器分别与主控制器连接，主控制器及地面控制器上分别设有所述无线通讯模块，主控制器具有一报警模块，该主控制器装设在飞篷主体的支架上，且与摄像头、九轴传感器、超声波传感器及地面控制器连接，所述图片信息提取单元与地面控制器连接；当遮阳飞篷起飞后，摄像头获得图像信息，并将图像信息发送给图像提取单元，图像提取单元通过无线通讯模块将图像信息传输给地面控制器，当飞篷阴影区域和目标对象完全出现在图像中，由地面控制器选中图像中的阴影区域和目标对象，通过主控制器控制遮阳飞篷的飞行模式；当主控制器采集到风向标所指示的方向后，将所需方位角发送四架旋翼无人机进行姿态调整，使遮阳飞篷的攻角迎向风向，主控制器得到风向和风速信息，判断出遮阳飞篷的飞行是否受限，若处于可正常工作还条件下，遮阳飞篷正常工作；若飞行受限，飞行无法正常工作，报警模块发出报警信号并通过无线通讯模块发送给地面控制器并进行迫降。2.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞篷，其特征在于：所述飞篷主体的支架上装设有蓄电池，支架的顶面覆盖有薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池与蓄电池连接。3.如权利要求2所述的一种无人机遮阳飞篷，其特征在于：飞篷主体的支架底部靠后位置处设有一负载物区，所述主控制器、蓄电池、摄像头、九轴传感器、图像信息提取单元安装在该负载物区。4.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞篷，其特征在于：所述飞篷主体的支架头部翘起一角度形成攻角，尾部扁平拖曳，整体呈流线型结构。5.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞篷，其特征在于：所述对风尾舵包括所述风向标、风杯及环形滑动变阻器，风向标及风杯分别通过一连杆连接在支架上，风向标的连杆下部设有连针，该连针末端指向环形滑动变阻器，构成环形滑动变阻器的滑动端，风杯的连杆经磁化处理，风杯连杆的底部设置有环形感应线圈。6.如权利要求1所述的一种无人机遮阳飞篷，其特征在于：所述九轴传感器的供电电路采用高精度的稳压模块。7.如权利要求1至6中任意一项所述的一种无人机遮阳飞篷的实现方法，其包括以下步骤：步骤1：通过地面控制器控制遮阳飞篷起飞，主控制器接收到起...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂卓赟，彭建伟，郭伟明，郭东生，罗继亮，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35