CN107943086A - 一种无人机集群返航控制系统 - Google Patents

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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明涉及一种无人机集群返航控制系统，所述无人机集群包括N个无人机，所述N个无人机处于悬停飞行空间；包括集控中心，所述N个无人机均包括：返航控制模块、第一通讯模块、第二通讯模块、控制器、切换模块、主电池、备用电池，返航控制模块包括距离检测单元、电量检测单元、比较判断单元、调整单元；所述调整单元用于调整返航方式或调整返航目的地，所述控制器可根据接收的返航控制模块的信号，通过切换模块切换主电池和备用电池的供电方式。本发明能够控制大量无人机集群返航的效率，根据无人机的剩余电量实时调整返航策略，同时，能够减少大量无人机返航时对返航地面积的限制，降低了集群控制的成本，节省了返航集群控制的人力成本。

Description

一种无人机集群返航控制系统
技术领域
本发明涉及一种无人机的控制方法，尤其涉及一种无人机集群返航控制系统 。
背景技术
无人驾驶飞机简称无人机，英文缩写为UAV，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。
无人机广泛应用于电力巡检、农作物监测、环境监测、影视拍摄、街景拍摄、快递投递、灾后救援、遥感测绘等领域。 现有技术中，通过数量巨大的无人机形成整体进行信息显示，广告投放以逐渐形成趋势。
无人机集群协作成为当前的重要发展趋势，具有更大的控制范围、互动补足、任务分担等。协同控制无人机集群系统能够执行复杂任务，缩短执行任务时间、提高出勤效率。现有技术中无人机集群的协作组建立不够灵活，需要大量人力进行前期的设备检修，尤其是在进行飞行之前，需要在地面上将检修好的大量无人机人工规则对齐摆好，需要耗费大量人力以及准备时间。由于现有技术中无人机集群飞行和返航都需要平面展开进行起飞和返航，导致占用面积大，成本高，对无人机集群飞行应用场景要求高。急需一种能够快速控制返航控制无人机的方式，以进一步降低集群控制的成本，提高控制效率。
发明内容
为解决上述技术问题：本申请提出一种无人机集群返航控制系统 ，所述无人机集群包括N个无人机，所述N个无人机处于悬停飞行空间；包括集控中心，所述N个无人机均包括：返航控制模块、第一通讯模块、第二通讯模块、控制器、切换模块、主电池、备用电池，所述控制器连接所述第二通讯模块以及返航控制模块，所述返航控制模块连接第一通讯模块；所述返航控制模块通过所述第一通讯模块接收所述集控中心发送的返航指令；返航控制模块包括距离检测单元、电量检测单元、比较判断单元、调整单元；所述距离检测单元用于检测悬停位置到返航目的地的直线距离，所述电量检测单元用于检测无人机的当前剩余电量；所述比较判断单元用于判断所述当前剩余电量是否满足返航飞行到目的地；所述调整单元用于调整返航方式或调整返航目的地，所述控制器可根据接收的返航控制模块的信号，通过切换模块切换主电池和备用电池的供电方式。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述返航指令包括：校验所述N个无人机的编号顺序，根据先后顺序，分别延时发送返航命令到无人机，直至所有无人机均接收到返航命令，返航命令发送完成后，校验无人机是否全部收到返航命令。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述校验无人机是否全部收到返航命令包括：所述无人机接收到返航命令后，发送接收到返航命令的反馈信号，集控中心根据接收的反馈信号，将反馈信号与对应的无人机编号关联，生成关联表，通过遍历方式查看全部关联表进行校验，如果关联表有缺失，则再发送一次返航命令给缺失反馈信号对应的无人机，并进行定时监控是否收到该缺失反馈信号对应的无人机的新的反馈信号，如果收到，则补充关联表，如果否，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述返航指令包括：选择中心位置的任意无人机作为基点，定义为第一无人机，以第一无人机为基点，向悬停空间至少两个方向发射标识信息，第2-N个无人机按照比例分配识别所述第一无人机发射的不同的标识，并按照比例飞向对应的标识方向，并在不同方向上进行无人机编号，将编号发送给集控中心。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述第2-N个无人机按照比例分配寻找所述第一无人机发射的不同的高频波具体包括：N-1个无人机除以所述多个方向，余数分配到第一方向上，所述第一方向为水平方向。
所述的一种无人机集群返航控制系统 ，所述飞向对应的标识方向具体包括：第2-N个无人机根据分配的不同标识，顺序寻找对应的标识，寻找标识过程中，以所述第一无人机为中心，通过测距模块测量与所述相邻的无人机的距离，按照预设飞行距离在对应的标识方向顺序展开，展开过程中，通过避障模块测量拟到达的位置是否存在无人机，如果存在，则飞向下一位置；
所述第2-N个无人机按照分配的标识方向，循环上述步骤，直到第2-N个无人机的全部按照以第一无人机为中心顺序展开。
所述的一种无人机集群返航控制系统 ，所述第2-N个无人机在标识方向上，以第一无人机为起点，进行累计计数，将计数的具体数值作为自身的编号，并发送给集控中心。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整单元调整返航方式具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值，则求取电量最小值与当前剩余电量的差值，将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数具体包括：将所述差值与第一阈值、第二阈值和第三阈值比较，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于第三阈值，如果所述差值大于第一阈值，则关闭飞行旋翼一次，关闭一个周期时间，如果所述差值小于第一阈值，大于第二阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关闭一个周期时间，如果所述差值大于第二阈值，小于第三阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关系1.5个周期时间；如果差值小于第三阈值，则调整为手动控制飞行返航。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整返航目的地具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值时，则反馈给集控中心剩余电量不足，无人机根据当前剩余电量计算可正常飞行的距离，并以自身为起点，扫描离自身最近的可停靠点，比较所述可正常飞行的距离与到最近的可停靠点的垂直距离，如果所述垂直距离小于所述可正常飞行的距离，则反馈给集控中心选择的停靠点，如果所述垂直距离大于所述可正常飞行的距离，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
本发明能够控制大量无人机集群返航的效率，根据无人机的剩余电量实时调整返航策略，同时，能够减少大量无人机返航时对返航地面积的限制，降低了集群控制的成本，节省了返航集群控制的人力成本。通过调整飞行方式，切换备用电源等方式，有效的使无人机快速安全返航。
附图说明
图1为本申请无人机集群返航控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例一：
如图1所示，为本申请提出本申请提出一种无人机集群返航控制系统，所述无人机集群包括N个无人机，所述N个无人机处于悬停飞行空间；包括集控中心，所述N个无人机均包括：返航控制模块、第一通讯模块、第二通讯模块、控制器、切换模块、主电池、备用电池，所述控制器连接所述第二通讯模块以及返航控制模块，所述返航控制模块连接第一通讯模块；所述返航控制模块通过所述第一通讯模块接收所述集控中心发送的返航指令；返航控制模块包括距离检测单元、电量检测单元、比较判断单元、调整单元；所述距离检测单元用于检测悬停位置到返航目的地的直线距离，所述电量检测单元用于检测无人机的当前剩余电量；所述比较判断单元用于判断所述当前剩余电量是否满足返航飞行到目的地；所述调整单元用于调整返航方式或调整返航目的地，所述控制器可根据接收的返航控制模块的信号，通过切换模块切换主电池和备用电池的供电方式。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述返航指令包括：校验所述N个无人机的编号顺序，根据先后顺序，分别延时发送返航命令到无人机，直至所有无人机均接收到返航命令，返航命令发送完成后，校验无人机是否全部收到返航命令。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述校验无人机是否全部收到返航命令包括：所述无人机接收到返航命令后，发送接收到返航命令的反馈信号，集控中心根据接收的反馈信号，将反馈信号与对应的无人机编号关联，生成关联表，通过遍历方式查看全部关联表进行校验，如果关联表有缺失，则再发送一次返航命令给缺失反馈信号对应的无人机，并进行定时监控是否收到该缺失反馈信号对应的无人机的新的反馈信号，如果收到，则补充关联表，如果否，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整单元调整返航方式具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值，则求取电量最小值与当前剩余电量的差值，将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数具体包括：将所述差值与第一阈值、第二阈值和第三阈值比较，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述所述第二阈值大于第三阈值，如果所述差值大于第一阈值，则关闭飞行旋翼一次，关闭一个周期时间，如果所述差值小于第一阈值，大于第二阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关闭一个周期时间，如果所述差值大于第二阈值，小于第三阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关系1.5个周期时间；如果差值小于第三阈值，则调整为手动控制飞行返航。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整返航目的地具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值时，则反馈给集控中心剩余电量不足，无人机根据当前剩余电量计算可正常飞行的距离，并以自身为起点，扫描离自身最近的可停靠点，比较所述可正常飞行的距离与到最近的可停靠点的垂直距离，如果所述垂直距离小于所述可正常飞行的距离，则反馈给集控中心选择的停靠点，如果所述垂直距离大于所述可正常飞行的距离，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
实施例二：
如图1所示，为本申请提出本申请提出一种无人机集群返航控制系统 ，所述无人机集群包括N个无人机，所述N个无人机处于悬停飞行空间；包括集控中心，所述N个无人机均包括：返航控制模块、第一通讯模块、第二通讯模块、控制器、切换模块、主电池、备用电池，所述控制器连接所述第二通讯模块以及返航控制模块，所述返航控制模块连接第一通讯模块；所述返航控制模块通过所述第一通讯模块接收所述集控中心发送的返航指令；返航控制模块包括距离检测单元、电量检测单元、比较判断单元、调整单元；所述距离检测单元用于检测悬停位置到返航目的地的直线距离，所述电量检测单元用于检测无人机的当前剩余电量；所述比较判断单元用于判断所述当前剩余电量是否满足返航飞行到目的地；所述调整单元用于调整返航方式或调整返航目的地，所述控制器可根据接收的返航控制模块的信号，通过切换模块切换主电池和备用电池的供电方式。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述返航指令包括：选择中心位置的任意无人机作为基点，定义为第一无人机，以第一无人机为基点，向悬停空间至少两个方向发射标识信息，第2-N个无人机按照比例分配识别所述第一无人机发射的不同的标识，并按照比例飞向对应的标识方向，并在不同方向上进行无人机编号，将编号发送给集控中心。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述第2-N个无人机按照比例分配寻找所述第一无人机发射的不同的高频波具体包括：N-1个无人机除以所述多个方向，余数分配到第一方向上，所述第一方向为水平方向。
所述的一种无人机集群返航控制系统 ，所述飞向对应的标识方向具体包括：第2-N个无人机根据分配的不同标识，顺序寻找对应的标识，寻找标识过程中，以所述第一无人机为中心，通过测距模块测量与所述相邻的无人机的距离，按照预设飞行距离在对应的标识方向顺序展开，展开过程中，通过避障模块测量拟到达的位置是否存在无人机，如果存在，则飞向下一位置；
所述第2-N个无人机按照分配的标识方向，循环上述步骤，直到第2-N个无人机的全部按照以第一无人机为中心顺序展开。
所述的一种无人机集群返航控制系统 ，所述第2-N个无人机在标识方向上，以第一无人机为起点，进行累计计数，将计数的具体数值作为自身的编号，并发送给集控中心。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整单元调整返航方式具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值，则求取电量最小值与当前剩余电量的差值，将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数具体包括：将所述差值与第一阈值、第二阈值和第三阈值比较，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于第三阈值，如果所述差值大于第一阈值，则关闭飞行旋翼一次，关闭一个周期时间，如果所述差值小于第一阈值，大于第二阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关闭一个周期时间，如果所述差值大于第二阈值，小于第三阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关系1.5个周期时间；如果差值小于第三阈值，则调整为手动控制飞行返航。
所述的一种无人机集群返航控制系统，所述调整返航目的地具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值时，则反馈给集控中心剩余电量不足，无人机根据当前剩余电量计算可正常飞行的距离，并以自身为起点，扫描离自身最近的可停靠点，比较所述可正常飞行的距离与到最近的可停靠点的垂直距离，如果所述垂直距离小于所述可正常飞行的距离，则反馈给集控中心选择的停靠点，如果所述垂直距离大于所述可正常飞行的距离，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
本发明能够控制大量无人机集群返航的效率，根据无人机的剩余电量实时调整返航策略，同时，能够减少大量无人机返航时对返航地面积的限制，降低了集群控制的成本，节省了返航集群控制的人力成本。通过调整飞行方式，切换备用电源等方式，有效的使无人机快速安全返航。

Claims (10)

1.一种无人机集群返航控制系统 ，所述无人机集群包括N个无人机，所述N个无人机处于悬停飞行空间；其特征在于：包括集控中心，所述N个无人机均包括：返航控制模块、第一通讯模块、第二通讯模块、控制器、切换模块、主电池、备用电池，所述控制器连接所述第二通讯模块以及返航控制模块，所述返航控制模块连接第一通讯模块；所述返航控制模块通过所述第一通讯模块接收所述集控中心发送的返航指令；返航控制模块包括距离检测单元、电量检测单元、比较判断单元、调整单元；所述距离检测单元用于检测悬停位置到返航目的地的直线距离，所述电量检测单元用于检测无人机的当前剩余电量；所述比较判断单元用于判断所述当前剩余电量是否满足返航飞行到目的地；所述调整单元用于调整返航方式或调整返航目的地，所述控制器可根据接收的返航控制模块的信号，通过切换模块切换主电池和备用电池的供电方式。
2.如权利要求1所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述返航指令包括：校验所述N个无人机的编号顺序，根据先后顺序，分别延时发送返航命令到无人机，直至所有无人机均接收到返航命令，返航命令发送完成后，校验无人机是否全部收到返航命令。
3.如权利要求2所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述校验无人机是否全部收到返航命令包括：所述无人机接收到返航命令后，发送接收到返航命令的反馈信号，集控中心根据接收的反馈信号，将反馈信号与对应的无人机编号关联，生成关联表，通过遍历方式查看全部关联表进行校验，如果关联表有缺失，则再发送一次返航命令给缺失反馈信号对应的无人机，并进行定时监控是否收到该缺失反馈信号对应的无人机的新的反馈信号，如果收到，则补充关联表，如果否，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
4.如权利要求1所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述返航指令包括：选择中心位置的任意无人机作为基点，定义为第一无人机，以第一无人机为基点，向悬停空间至少两个方向发射标识信息，第2-N个无人机按照比例分配识别所述第一无人机发射的不同的标识，并按照比例飞向对应的标识方向，并在不同方向上进行无人机编号，将编号发送给集控中心。
5.如权利要求4所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述第2-N个无人机按照比例分配寻找所述第一无人机发射的不同的高频波具体包括：N-1个无人机除以所述多个方向，余数分配到第一方向上，所述第一方向为水平方向。
6.如权利要求5所述的一种无人机集群返航控制系统 ，其特征在于，所述飞向对应的标识方向具体包括：第2-N个无人机根据分配的不同标识，顺序寻找对应的标识，寻找标识过程中，以所述第一无人机为中心，通过测距模块测量与所述相邻的无人机的距离，按照预设飞行距离在对应的标识方向顺序展开，展开过程中，通过避障模块测量拟到达的位置是否存在无人机，如果存在，则飞向下一位置；所述第2-N个无人机按照分配的标识方向，循环上述步骤，直到第2-N个无人机的全部按照以第一无人机为中心顺序展开。
7.如权利要求6所述的一种无人机集群返航控制系统 ，其特征在于，所述第2-N个无人机在标识方向上，以第一无人机为起点，进行累计计数，将计数的具体数值作为自身的编号，并发送给集控中心。
8.如权利要求1所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述调整单元调整返航方式具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值，则求取电量最小值与当前剩余电量的差值，将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数。
9.如权利要求8所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述将所述差值与阈值比较，选择关闭飞行旋翼的时间和次数具体包括：将所述差值与第一阈值、第二阈值和第三阈值比较，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述所述第二阈值大于第三阈值，如果所述差值大于第一阈值，则关闭飞行旋翼一次，关闭一个周期时间，如果所述差值小于第一阈值，大于第二阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关闭一个周期时间，如果所述差值大于第二阈值，小于第三阈值，则关闭飞行旋翼二次，每次关系1.5个周期时间；如果差值小于第三阈值，则调整为手动控制飞行返航。
10.如权利要求1所述的一种无人机集群返航控制系统，其特征在于，所述调整返航目的地具体包括：计算直线返航飞行到目的地所需要的电量最小值，比较当前剩余电量与所述电量最小值的大小关系，如果当前剩余电量小于所述电量最小值时，则反馈给集控中心剩余电量不足，无人机根据当前剩余电量计算可正常飞行的距离，并以自身为起点，扫描离自身最近的可停靠点，比较所述可正常飞行的距离与到最近的可停靠点的垂直距离，如果所述垂直距离小于所述可正常飞行的距离，则反馈给集控中心选择的停靠点，如果所述垂直距离大于所述可正常飞行的距离，则返航控制模块发送信号给控制器，所述控制器控制切换模块切换为备用电池供电，如果所述电量检测单元检测备用电池仍然无法满足供电需求，则控制器通过第二通讯模块发送手动控制信号给所述集控中心，待集控中心确认后，进行手动调控该无人机返航。
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