基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法，无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电桩的模式，在充电桩数据库中找到与当前位置距离最近的充电桩的GPS坐标位置；无人机到达GPS的误差范围内的位置后，先进行悬停并启动图像识别，通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使无人机处于充电平台的正上方并降落，降落过程中，充电桩对旋翼无人机进行身份识别，识别通过后，充电桩对无人机进行充电；无人机在充电过程中检测电池电量，充满后向充电桩发送停止充电的信号，并启动自主起飞的模式。本发明专利技术通过在巡逻航线上建立适当数量的光伏充电桩，实现无人机电量不足的情况下自主寻找“加油站”，使无人机的续航时间大大加长。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
:本专利技术涉及一种旋翼无人机自主续航的实现方法。
技术介绍
:无人机作为一种新型的无人机近年来发展极其迅速。旋翼无人机所特有的悬停及垂直起降能力在单兵侦查、特种作战、边境高频巡航中有着突出的技术优势，加快旋翼无人机在军事上的用途对于我国国防现代化建设有着重大意义。现有旋翼无人机因续航能力差等原因并没有快速地向军用领域及大规模民用方向发展。为了提高航程，人们不断提出各种各样改进的旋翼无人机电池及用电效率更高的电机，采用增加蓄电量的方法能提高无人机航程，但其缺点是增加蓄电量的同时，无人机负载也明显增加，航程提高并不明显。
技术实现思路
:本专利技术具体实现过程如下:无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电粧的模式，即在事先充电粧数据库中找到与当前位置距离最近的充电粧的GPS坐标位置，并向充电粧飞去，此过程借助GPS进行位置的测定。当无人机到达GPS的误差范围内的位置后，无人机先进行悬停并启动图像识别，此过程中云台自动调整使摄像头方向始终垂直于地面向下，通过图像识别找到充电平台在视野中与充电平台的坐标差(ΛΧ，Λ Y)；通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使ΛΧ，Λ Y趋近于零，使无人机处于充电平台的正上方，再松油门，使旋翼垂直降落，以达到准确降落至平台中央的目的。在无人机降落的过程中，充电粧对无人机进行身份识别，识别过程为:充电粧上的通信模块向外发射伪随机码，无人机的通信模块接收到伪随机码后按照事先设定好的算法进行解码，同时充电粧上的通信模块发送成功后也开始按照设定的算法进行解码，无人机上的通信模块将解码后的数据发送给充电粧上的通信模块，如果无人机是我方的无人机，则两个通信模块解算后的数据是相同的，此时，充电粧接收无人机发送的电池型号等信息，对无人机进行充电。无人机在充电过程中检测电池电量，一旦充满，则通过通信模块向充电粧发送停止充电的信号，并启动自主起飞的模式，飞到原先规划好的航线上继续执行任务。充电粧的通信模块接到“停止充电”的信号后，停止向外输出电能。本专利技术通过在巡逻航线上建立适当数量的光伏充电粧，实现无人机电量不足的情况下自主寻找“加油站”，充好电后自主返回、继续执行任务的功能，这样可以使以电力作为能源的无人机的续航时间在很大程度上甚至无限制的加长。由于航程的扩展不是靠提高电池容量和提高电机性能实现的，因此无人机负重大大降低，同等电量下可飞行更远。通过借助GPS定位、图像识别实现了高精度降落。图像识别利用了无人机上的高清摄像头，没有为了实现高精度降落而增加新的部件，原理简单，实现容易。充电开始前加入握手功能，可以识别敌我，也允许充电粧对不同型号飞机进行自动充电。采用无线充电技术，避免了有线充电的插头及接口设计，平台更加简单，充电更加方便。充电过程中电磁铁有效固定了飞机，避免因风力使飞机产生晃动而造成的不必要的充电损耗。【附图说明】:图1是本专利技术的旋翼无人机的结构示意图；图2是本专利技术所涉及的充电粧的结构示意图；图3是本专利技术的PID控制流程图；图4是本专利技术实施例2的PID控制流程图。下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进一步说明。具体实施例:实施例1:图1无人机检测到自身电量不足后，开启寻找图2充电粧的模式，即在事先充电粧数据库中找到与当前位置距离最近的充电粧的GPS坐标位置，并向充电粧飞去，此过程借助GPSI进行位置的测定。当图1无人机到达GPS I的误差范围内的位置后，无人机先进行悬停并启动图像识别(此过程中云台3自动调整使摄像头4方向始终垂直于地面向下)，通过图像识别找到充电平台在视野中与图2充电平台8的坐标差(ΛΧ，Λ Y)；通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使ΛΧ，Λ Y趋近于零(即使无人机处于充电平台的正上方)，之后，松油门，使旋翼垂直降落，以达到稳定准确降落至平台中央的目的。此过程使用APM飞控云台自控制，PID控制过程见图3。在无人机降落的过程中，图1无人机上的通信模块2与图2充电粧上的通信模块5进行无线握手对接，图2充电粧上的通信模块5向外发射伪随机码，图1无人机的通信模块2接收到伪随机码后按照事先设定好的算法进行解码，同时充电粧上的通信模块5发送成功后也开始按照设定的算法进行解码，无人机上的通信模块2将解码后的数据发送给图2充电粧上的通信模块5，如果无人机是我方的无人机，则两个通信模块解算后的数据是相同的，此时，充电粧接收无人机发送的电池型号等信息，对无人机进行充电。无人机在充电过程中检测电池电量，一旦充满，则通过通信模块2向充电粧发送停止充电的信号，并启动自主起飞的模式，飞到原先规划好的航线上继续执行任务。充电粧的通信模块5接到“停止充电”的信号后，停止向外输出电能。图2中充电粧借助光伏发电板6吸收太阳能，将太阳能转化成电能后存储在蓄电池7中。充电时由蓄电池7向充电平台8输送能量。实施例2:在实施例1中，云台采用自控制模式，即用云台控制器来调整云台姿势，使摄像头镜头始终垂直向下，也可采用APM飞控来控制云台的姿态，使悬挂摄像头始终垂直地面向下，获取摄像头视野图像，分析充电平台与视野中央的坐标差，调整旋翼姿态，使Λ X，Λ Y趋近于零。PID控制过程见图4。也可以采取其他措施固定摄像头，只要能使充电粧落入视野内并采取图像识别技术使飞机精确地落在充电平台上，都在本专利技术权利保护范围之内。【主权项】1.基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法，其特征在于:无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电粧的模式，即在事先充电粧数据库中找到与当前位置距离最近的充电粧的GPS坐标位置； 当无人机到达GPS的误差范围内的位置后，无人机先进行悬停并启动图像识别，此过程中云台自动调整使摄像头方向始终垂直于地面向下，通过图像识别找到充电平台在视野中与充电平台的坐标差(ΛΧ，Λ Y)； 通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使ΛΧ，Λ Y趋近于零，使无人机处于充电平台的正上方，再松油门，使旋翼垂直降落至平台中央；降落过程中，充电粧对旋翼无人机进行身份识别，识别通过后，充电粧接收无人机发送的电池型号信息，对无人机进行充电；无人机在充电过程中检测电池电量，充满后通过通信模块向充电粧发送停止充电的信号，并启动自主起飞的模式，充电粧的通信模块接到“停止充电”的信号后，停止向外输出电能。2.如权利要求1所述的基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法，其特征在于所述身份识别的具体过程是:充电粧上的通信模块向外发射伪随机码，无人机的通信模块接收到伪随机码后按照事先设定好的算法进行解码，同时充电粧上的通信模块发送成功后也开始按照设定的算法进行解码，无人机上的通信模块将解码后的数据发送给充电粧上的通信模块，如果两个通信模块解算后的数据是相同的，则识别通过。【专利摘要】本专利技术公开了一种基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法，无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电桩的模式，在充电桩数据库中找到与当前位置距离最近的充电桩的GPS坐标位置；无人机到达GPS的误差范围内的位置后，先进行悬停并启动图像识别，通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使无人机处于充电平台的正上方并降落，降落过程中，充电桩对旋翼无人机进行身份识别，识别通过后，充电桩对无人机进行充电；无人机在充电过程中检测电池电量，充满后向充本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于APM平台的旋翼无人机自主续航实现方法，其特征在于：无人机检测到自身电量不足后，开启寻找充电桩的模式，即在事先充电桩数据库中找到与当前位置距离最近的充电桩的GPS坐标位置；当无人机到达GPS的误差范围内的位置后，无人机先进行悬停并启动图像识别，此过程中云台自动调整使摄像头方向始终垂直于地面向下，通过图像识别找到充电平台在视野中与充电平台的坐标差（△X，△Y）；通过PID控制调整无人机的飞行姿势，使△X，△Y趋近于零，使无人机处于充电平台的正上方，再松油门，使旋翼垂直降落至平台中央；降落过程中，充电桩对旋翼无人机进行身份识别，识别通过后，充电桩接收无人机发送的电池型号信息，对无人机进行充电；无人机在充电过程中检测电池电量，充满后通过通信模块向充电桩发送停止充电的信号，并启动自主起飞的模式，充电桩的通信模块接到“停止充电”的信号后，停止向外输出电能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭春华，姜植元，吴婧，寇宏波，彭柴扬，胡俊英，刘逸峰，吴珺，魏浩，刘晋泽，刘培森，李振坤，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43