陆空两栖无人车控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种陆空两栖无人车控制系统，其包括用于提供目标坐标数据的远程服务系统、用于采集车辆数据的车辆数据采集系统、用于根据目标坐标数据对车辆数据进行处理得到控制指令的控制核心系统、运动控制系统以及电源控制系统。运动控制系统用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆数据，切换车辆的运动模式，并确定对应的运动模式下的PID控制参数。通过PID控制实现对车辆的旋翼电机和/或底盘电机的控制，使车辆按指定的运动模式运动。运动控制系统通过状态切换结合PID控制的方式，使车辆不仅具备飞行能力和地面移动能力，同时具备飞行运动和地面运动之间的软性切换功能，能够实现车辆在陆空两栖间的连续运动控制。

Control system of land air amphibious unmanned vehicle

The invention provides a land air amphibious unmanned vehicle control system, which includes a remote service system for providing target coordinate data, a vehicle data acquisition system for collecting vehicle data, a control core system, a motion control system and a power control system for processing vehicle data according to target coordinate data to obtain control instructions. The motion control system is used to switch the motion mode of the vehicle according to the control instructions and vehicle data received from the control core system, and determine the PID control parameters under the corresponding motion mode. Through PID control, the rotor motor and / or chassis motor of the vehicle can be controlled to make the vehicle move according to the specified motion mode. The motion control system not only has the ability of flight and ground movement, but also has the soft switching function between flight and ground movement, which can realize the continuous motion control of vehicle between land and air amphibious.

【技术实现步骤摘要】
陆空两栖无人车控制系统
本专利技术涉及无人车
，尤其涉及一种陆空两栖无人车控制系统。
技术介绍
陆空两栖无人车是一种能够实现地面行驶、空中飞行的新型智能交通工具，为未来飞行汽车发展铺平道路。车辆以传统的四轮两驱底盘作为地面行驶的基础结构，在此基础上利用旋翼实现高自由度的飞行动作。整个车辆采用电机驱动，配备有GPS模块、视觉传感器模块、激光雷达模块等信息感知模块，用以实现车辆的空间自主导航、路径规划等无人驾驶功能。对于陆空两栖无人车的控制系统，需要其能够对车辆的各种传感器模块的信号数据进行采集处理.，此外，还需要其能够控制包括车辆底盘电机和旋翼电机在内的作动器，根据不同的行驶模式(地面行驶、空中飞行)对不同的电机进行驱动分配，以控制车辆在指定的运动模式下切换，因此需要控制系统的设计具有高集成度，以保证陆空两栖无人车的行驶功能。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种陆空两栖无人车控制系统，其能够可靠控制车辆在飞行和行车状态下的软性切换，实现车辆在陆空两栖间的连续运动控制。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种陆空两栖无人车控制系统，用于控制无人车的陆空两栖间的连续运动，无人车包括旋翼电机和底盘电机。陆空两栖无人车控制系统包括远程服务系统、车辆数据采集系统、运动控制系统、控制核心系统以及电源控制系统。远程服务系统用于提供目标坐标数据，并将目标坐标数据发送给控制核心系统；车辆数据采集系统用于采集车辆数据，并将车辆数据发送给控制核心系统；控制核心系统用于根据目标坐标数据对车辆数据进行处理得到控制指令，并将控制指令发送给运动控制系统；运动控制系统用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆数据，切换车辆的运动模式并确定对应的运动模式下的PID控制参数，通过PID控制实现对车辆的旋翼电机和/或底盘电机的控制，使车辆按照指定的运动模式运动，并将PID控制参数和运动数据发送给控制核心系统；运动模式包括飞行运动模式、行车运动模式、飞行转行车运动模式以及行车转飞行运动模式，运动数据包括车辆的飞行姿态以及车辆的行车速度和转向角；电源控制系统用于为车辆数据采集系统、控制核心系统以及运动控制系统提供电源，并将电池电量数据发送给控制核心系统。在一实施例中，运动控制系统包括状态切换控制模块、飞行旋翼控制模块以及车辆底盘控制模块；车辆数据包括车辆姿态数据；状态切换控制模块用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆姿态数据切换车辆的运动模式，以车辆的运动模式对应的PID控制参数作为状态切换控制模块的输出端的输出；飞行旋翼控制模块用于根据控制指令、车辆姿态数据以及从状态切换控制模块输出的PID控制参数，通过PID控制输出旋翼电机控制量，调整旋翼电机的转速，以确定车辆的飞行姿态；车辆底盘控制模块用于根据控制指令以及从状态切换控制模块输出的PID控制参数，通过PID控制输出底盘电机控制量，调整底盘电机的转速和转向角，以确定车辆的行车速度和转向角。在一实施例中，飞行旋翼控制模块包括旋翼电机、飞行姿态检测子模块、角度环PID控制器以及角速度环PID控制器；飞行姿态检测子模块用于获得无人车当前的飞行姿态数据，飞行姿态数据包括三轴角度和三轴角速度；角度环PID控制器的输入端以从飞行姿态检测子模块得到的无人车当前的三轴角度和控制指令作为输入的控制量且与状态切换控制模块的输出端连接，角度环PID控制器的输出端和状态切换控制模块的输出端与角速度环PID控制器的输入端连接，角速度环PID控制器的输出端与旋翼电机连接，飞行姿态检测子模块与角速度环PID控制器的输入端连接，用于将无人车当前的三轴角速度送入到角速度环PID控制器中。在一实施例中，车辆底盘控制模块包括被控对象、速度采集子模块、角度采集子模块、速度PID控制器以及转向PID控制器，被控对象包括驱动电机、转向电机，驱动电机和转向电机作为底盘电机；速度PID控制器的输入端以控制指令作为输入的控制量且与状态切换控制模块的输出端连接，速度PID控制器的输出端与驱动电机连接，速度采集子模块与速度PID控制器的输入端连接，用于将从驱动电机获得的当前转速送入到速度PID控制器中；转向PID控制器的输入端以控制指令作为输入的控制量且与状态切换控制模块的输出端连接，转向PID控制器的输出端与转向电机连接，角度采集子模块与转向PID控制器的输入端连接，用于将从转向电机获得的当前转向角送入到转向PID控制器中。在一实施例中，陆空两栖无人车控制系统还包括数据存储系统，用于存储由控制核心系统发送的车辆数据、PID控制参数以及运动数据。在一实施例中，控制核心系统包括上位机、下位机以及第一通信模块，上位机与下位机通过第一通信模块通信连接；上位机和下位机中的至少一个用于接收由车辆数据采集系统发送的车辆数据，上位机还用于接收由远程服务系统发送的目标坐标数据并且根据目标坐标数据对接收到的车辆数据处理得到控制指令，下位机还用于将控制指令发送给运动控制系统且接收由运动控制系统发送的PID控制参数和运动数据，下位机通过第一通信模块将PID控制参数和运动数据发送给上位机。在一实施例中，远程服务系统包括远程服务器和网络通信模块；上位机与远程服务器通过网络通信模块连接；远程服务器用于接收上位机发送的车辆数据、PID控制参数、运动数据以及电池电量数据并显示，并且用于向上位机发送目标坐标数据，上位机根据目标坐标数据对车辆数据进行处理得到控制指令。在一实施例中，陆空两栖无人车控制系统还包括遥控系统，遥控系统包括遥控模块和第二通信模块，遥控模块通过第二通信模块与下位机连接，下位机接收遥控模块发送的遥控指令，遥控指令作为控制指令。在一实施例中，车辆数据采集系统包括姿态检测模块以及惯性导航模块，车辆数据包括车辆姿态数据以及车辆实时加速度数据；姿态检测模块用于检测车辆姿态信号以获取车辆姿态数据，惯性导航模块用于采集车辆实时加速度信号以获取车辆实时加速度数据；下位机接收姿态检测模块发送的车辆姿态数据以及惯性导航模块发送的车辆实时加速度数据，并通过第一通信模块发送给上位机。在一实施例中，车辆数据采集系统还包括GPS定位模块、激光雷达模块以及视觉检测模块，车辆数据还包括车辆位置数据、障碍物信息数据以及视觉检测数据；GPS定位模块用于采集车辆位置数据，激光雷达模块用于采集障碍物信息数据，视觉检测模块用于获取环境图像数据。上位机接收GPS定位模块发送的车辆位置数据、激光雷达模块发送的障碍物信息数据以及视觉检测模块发送的环境图像数据。本专利技术的有益效果如下：在本专利技术的陆空两栖无人车控制系统中，控制核心系统根据目标坐标数据对车辆数据采集系统采集的车辆数据进行处理得到控制指令，运动控制系统接受控制核心系统的控制指令，通过状态切换结合PID控制的方式，实现对车辆的飞行运动和地面运动的协同控制，控制车辆按照指定的运动模式运动，使车辆不仅具备飞行能力和地面移动能力，同时具备飞行运动和地面运动之间的软性切换功能，能够实现在陆空两栖间的连续运动控制。附图说明图1是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陆空两栖无人车控制系统，用于控制无人车的陆空两栖间的连续运动，无人车包括旋翼电机和底盘电机，其特征在于，陆空两栖无人车控制系统包括远程服务系统、车辆数据采集系统、运动控制系统、控制核心系统以及电源控制系统；/n远程服务系统用于提供目标坐标数据，并将目标坐标数据发送给控制核心系统；/n车辆数据采集系统用于采集车辆数据，并将车辆数据发送给控制核心系统；/n控制核心系统用于根据目标坐标数据对车辆数据进行处理得到控制指令，并将控制指令发送给运动控制系统；/n运动控制系统用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆数据，切换车辆的运动模式并确定对应的运动模式下的PID控制参数，通过PID控制实现对车辆的旋翼电机和/或底盘电机的控制，使车辆按照指定的运动模式运动，并将PID控制参数和运动数据发送给控制核心系统；运动模式包括飞行运动模式、行车运动模式、飞行转行车运动模式以及行车转飞行运动模式，运动数据包括车辆的飞行姿态以及车辆的行车速度和转向角；/n电源控制系统用于为车辆数据采集系统、控制核心系统以及运动控制系统提供电源，并将电池电量数据发送给控制核心系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种陆空两栖无人车控制系统，用于控制无人车的陆空两栖间的连续运动，无人车包括旋翼电机和底盘电机，其特征在于，陆空两栖无人车控制系统包括远程服务系统、车辆数据采集系统、运动控制系统、控制核心系统以及电源控制系统；
远程服务系统用于提供目标坐标数据，并将目标坐标数据发送给控制核心系统；
车辆数据采集系统用于采集车辆数据，并将车辆数据发送给控制核心系统；
控制核心系统用于根据目标坐标数据对车辆数据进行处理得到控制指令，并将控制指令发送给运动控制系统；
运动控制系统用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆数据，切换车辆的运动模式并确定对应的运动模式下的PID控制参数，通过PID控制实现对车辆的旋翼电机和/或底盘电机的控制，使车辆按照指定的运动模式运动，并将PID控制参数和运动数据发送给控制核心系统；运动模式包括飞行运动模式、行车运动模式、飞行转行车运动模式以及行车转飞行运动模式，运动数据包括车辆的飞行姿态以及车辆的行车速度和转向角；
电源控制系统用于为车辆数据采集系统、控制核心系统以及运动控制系统提供电源，并将电池电量数据发送给控制核心系统。


2.根据权利要求1所述的陆空两栖无人车控制系统，其特征在于，运动控制系统包括状态切换控制模块、飞行旋翼控制模块以及车辆底盘控制模块；
车辆数据包括车辆姿态数据；
状态切换控制模块用于根据从控制核心系统接收的控制指令和车辆姿态数据切换车辆的运动模式，以车辆的运动模式对应的PID控制参数作为状态切换控制模块的输出端的输出；
飞行旋翼控制模块用于根据控制指令、车辆姿态数据以及从状态切换控制模块输出的PID控制参数，通过PID控制输出旋翼电机控制量，调整旋翼电机的转速，以确定车辆的飞行姿态；
车辆底盘控制模块用于根据控制指令以及从状态切换控制模块输出的PID控制参数，通过PID控制输出底盘电机控制量，调整底盘电机的转速和转向角，以确定车辆的行车速度和转向角。


3.根据权利要求2所述的陆空两栖无人车控制系统，其特征在于，飞行旋翼控制模块包括旋翼电机、飞行姿态检测子模块、角度环PID控制器以及角速度环PID控制器；
飞行姿态检测子模块用于获得无人车当前的飞行姿态数据，飞行姿态数据包括三轴角度和三轴角速度；
角度环PID控制器的输入端以从飞行姿态检测子模块得到的无人车当前的三轴角度和控制指令作为输入的控制量且与状态切换控制模块的输出端连接，角度环PID控制器的输出端和状态切换控制模块的输出端与角速度环PID控制器的输入端连接，角速度环PID控制器的输出端与旋翼电机连接，飞行姿态检测子模块与角速度环PID控制器的输入端连接，用于将无人车当前的三轴角速度送入到角速度环PID控制器中。


4.根据权利要求2所述的陆空两栖无人车控制系统，其特征在于，车辆底盘控制模块包括被控对象、速度采集子模块、角度采集子模块、速度PID控制器以及转向PID控制器，被控对象包括驱动电机、转向电机，驱动电机和转向电机作为底盘电机；
速度PID控制器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新钰，谭启凡，李骏，郭栋，周沫，黄毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11