一种车载系留多旋翼控制系统架构及控制方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
一种车载系留多旋翼控制系统架构及控制方法
本专利技术属于系留多旋翼无人机
，特别涉及到一种车(船)载系留多旋翼控制系统架构及其控制方法。
技术介绍
在当前的无人机
中，有一类通过系留线缆从地面向无人机提供电能和有线（光纤或载波）通信链路的系留无人机，特别是一类系留在移动的载具比如车、船等移动平台上，可以在空中悬停或跟随平台运动，也可以随时精确降落在平台上或从平台上自动起飞的多旋翼无人机系统。早起的这类系统基本由传统的地面定点系留多旋翼系统甚至非系留多旋翼改装而来，跟随平台移动靠传统自驾上的基于普通卫星定位的航点跟踪算法，由于定位精度差漂移大，满足不了在载具上精准自主起飞和精准自主降落的要求而主要靠人工遥控操作，由于起降要与线缆的收放同步，这就更加剧了人工遥控的技术难度和繁琐，并容易疏忽造成故障频发；虽然随着技术的进步，专利技术了多种自动收放线装置，靠检测并保持线缆恒定张力自动控制收放线（比如CN201620919257.1、CN201521023147.9CN201610489544.8等等），但它们是一个比较独立的装置，并没有和无人机上自驾形成闭环的...
【技术保护点】
一种车载系留多旋翼控制系统架构，其特征在于：所述车载系留多旋翼控制系统架构，分为空中子系统(1)和地面子系统(2)两大部分，它们之间通过线缆内光纤(15)相连接；其中，空中子系统(1)包括：综合控制器空中部分(10)、机上电源(11)、机载备用遥控接收机(12)、多旋翼飞行器自动驾驶仪(13)、机载光端机(14)、线缆内光纤(15)和系留线缆多维受力传感器(16)组成；所述的综合控制器空中部分(10)，包括机壳(100)和装在它里边的机载电路板(101)；所述的机载电路板(101)，是一块(或多块通过接插件相连的)PCB电路板，PCB板上包括以下电路：微处理器A(102)和...
【技术特征摘要】
1.一种车载系留多旋翼控制系统架构，其特征在于：所述车载系留多旋翼控制系统架构，分为空中子系统(1)和地面子系统(2)两大部分，它们之间通过线缆内光纤(15)相连接；其中，空中子系统(1)包括：综合控制器空中部分(10)、机上电源(11)、机载备用遥控接收机(12)、多旋翼飞行器自动驾驶仪(13)、机载光端机(14)、线缆内光纤(15)和系留线缆多维受力传感器(16)组成；所述的综合控制器空中部分(10)，包括机壳(100)和装在它里边的机载电路板(101)；所述的机载电路板(101)，是一块(或多块通过接插件相连的)PCB电路板，PCB板上包括以下电路：微处理器A(102)和它内部固化的机载控制固件(103)、机上板载电源(104)、机上遥控输入口(105)、机上遥控输出口(106)、机上第一串口(107)、机上第二串口(108)和机上传感器接口(109)；其中，地面子系统(2)包括：综合控制器地面部分(20)、地面电源(21)、线轮伺服电机驱动器(22)、光电滑环(23)、地面光端机(24)、地面站及车载控制器(25)、地面遥控接收机(26)、系留线缆张力传感器(27)组成；所述的综合控制器地面部分(20)，包括机壳(200)和装在它里边的地面电路板(201)；所述的地面电路板(201)，是一块(或多块通过接插件相连的)PCB电路板，PCB板上包括以下电路：微处理器B(202)和它内部固化的地面控制固件(203)、地面板载电源(204)、地面第一串口(205)、地面第二串口(206)、地面第三串口(207)、地面遥控输入口(208)和地面传感器接口(209)；上面所述电路板上的与微处理器A(102)或微处理器B(202)直接相连接的各接口电路部件，也可能集成到所述微处理器芯片的内部而实现同样的接口功能；所述的系留线缆多维受力传感器(16)，它是一个三维拉力传感器及其配套变送器的组合，它的静态固定基座刚性连接在多旋翼飞行器的底部，而测力端与系留线缆连接器件刚性连接在一起，从而在系留线缆有一定张力绷紧时，此拉力传感器相互垂直的几个力分量的比例关系可以计算出系留线缆受力的矢量方向，综合控制器空中部分(10)通过它感知系留线缆在空间的方位角从而提供一种在飞行高度低于线缆倾斜敏感高度Hj时测量飞行器和地面系留点偏移方位和偏移大小的手段；所述的系留线缆张力传感器(27)，它是一个多滑轮式的线绳张力传感器及其配套变送器的组合，它安装在地面系留缆线轮前端用来测量系留线缆的实时张力，综合控制器地面部分(20)通过它感知系留缆绳的绷紧程度；所述的线轮伺服电机驱动器(22)，它是一个具有串行通信接口的智能伺服电机控制驱动器，可以根据串口通信协议接受对伺服电机的参数设置和实时控制，综合控制器地面部分(20)通过它实时控制线轮的收放方向、速度和转矩。2.根据权利要求1所述的车载系留多旋翼控制系统架构，其特征在于：所述的多旋翼飞行器自动驾驶仪(13)，它是个具有遥控接口和串行通讯接口，具有自主定点悬停能力的通用多旋翼自动驾驶仪，但它的遥控接口不是直接接遥控接收机，而是通过机上遥控输出口(106)接收综合控制器空中部分(10)的遥控指令，它的串行通讯接口不是通过类似数传电台等远程通信设备接地面站，而是通过连接机上第一串口(107)与综合控制器空中部分(10)的微处理器A(102)双向交互信息，这种连接结构使得综合控制器空中部分(10)可以完全替代人工自动的控制多旋翼飞行器自动驾驶仪(13)，也可以完全透明的转发人工控制指令和反馈信息。3.根据权利要求1或2所述的车载系留多旋翼控制系统架构，其特征在于：所述的地面遥控接收机(26)和机载备用遥控接收机(12)，是通用的无人机无线遥控接收机，这两个接收机使用相同或兼容的型号，使得两者可以同时和同一个遥控器对频同时接收遥控指令；机载备用遥控接收机(12)通过与其连接的机上遥控输入口(105)将其接收的遥控指令传送给微处理器A(102)；地面遥控接收机(26)通过与其连接的地面遥控输入口(208)将其接收的遥控指令传送给微处理器B(202)，并由微处理器B(202)将其打包到光纤传送的数据包内转发到微处理器A(102)；微处理器A(102)通过上述电路连接关系同时取得经两路不同传输信道接收的同一遥控指令并对其优选后进一步处理。4.一种车载系留多旋翼控制系统控制方法，其特征在于：所述的车载系留多旋翼控制系统中的多旋翼飞行器自动驾驶仪(13)本身不需有控制系留多旋翼跟随车辆飞行和自主精准起飞、降落并同步自动收放系留线缆的功能，上述功能是由综合控制器空中部分(10)通过自动驾驶仪(13)上的串口和遥控口与其通信并智能控制它，同时通过光纤与综合控制器地面部分(20)实时通信协同合作实现的，具体控制方法是：综合控制器空中部分(10)有手动模式、自动模式和地面站模式三种工作模式，在自动模式下又分为自主起飞、自主降落、自动跟随和地面静止等四种工作状态，上述工作模式和工作状态可通过监视遥控输入的两个既定通道的值由遥控器设定：遥控器上的一个三档开关K1对应通道用于切换手动模式、自动模式和地面站模式，另一个三档开关K2对应通道用于切换自主起飞、自主降落和自动跟随工作状态(地面静止状态是在系统上电初始化完成或自主降落完成后自动进入），只有在K1为自动模式时K2才起作用，并且在飞行器正在空中飞行时切换到自主起飞无效，正在地面静止状态时切换到自主降落无效，在丢失遥控信号时默认K1在地面站模式；在所述的手动模...
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