CN108181918B - 一种移动式空中遮阳飞篷及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动式空中遮阳飞篷及其实现方法，采用无人机群对飞篷主体进行牵引与移动，对风速、风向进行采集与分析，实时调节飞篷主体的姿态，使得风力对飞篷主体形成的上扬推力、无人机的向上牵引力、下拉绳索的向下拉力之间形成力平衡。利用无人机与卷扬机的协调控制，能够使飞篷主体更容易地达到力平衡而处于稳定状态，而不需要精确控制无人机的牵引力；并且在突发大风的情况下，在卷扬机的限制下，还能防止飞篷主体、无人机被吹飞。本发明通过两种供电方式，保障无人机群的持久工作，以满足长时间使用的需求；将下电力线绕设在下拉绳索上，防止下电力线受到拉扯而损坏，保证供电的稳定性。

Description

一种移动式空中遮阳飞篷及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种飞篷搭建技术，更具体地说，涉及一种移动式空中遮阳飞篷的实现方法，以及一种移动式空中遮阳飞篷。

背景技术

人们在日常社会活动、商业活动中，经常举行大型露天活动，其中一个关键问题在于如何构建活动场地，确保即使在烈日或下雨条件下，活动也能顺利举行。

常规方式是使用各种建筑钢筋架或板材，搭建临时的活动场地。但由于受到经费制约，往往场地无法太大，仅能确保小部分区域遮阳；且需要大量人力和较长搭建时间。另一方面，当前高温极端天气普遍较多，如何对重要城区进行大范围降温，减少空调等降温电力设备大量使用带来的能源消耗和环境污染，高空遮阳正是解决这类问题的有效方法。

现有技术中，以中国实用新型201610993395.9为例，用于实现空中遮阳的目的。

上述实用新型公开了一种无人机遮阳伞的控制系统，包括人的穿戴设备、无人机和遮阳伞。所述人的穿戴设备包括充电模块、电源模块、CPU主控模块、差分GPS定位模块、无线通信模块和指示模块；所述无人机包括充电模块、电源模块、控制模块、光敏传感器以及指示模块。控制方法是判断太阳光束、无人机以及人之间的夹角，无人机运动到与太阳光束、人处于一条线上，达到遮阳的目的。

而上述实用新型只用于个人遮阳或者是小范围遮阳效果的实现，并通过单台无人机进行带动，无法满足大尺寸飞篷的牵引与移动要求，并且并考虑多台无人机的协作配合，以及风的影响等等，则上述实用新型仅适用于极低高度、极小范围的简单使用，并且无法达到较为稳定的姿态，使用效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种综合考虑外界各因素，并能稳定实现大尺寸的高空飞篷的定位遮阳目的的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，以及一种移动式空中遮阳飞篷。

本发明的技术方案如下：

一种移动式空中遮阳飞篷的实现方法，通过无人机群对飞篷主体提供向上的牵引力，控制飞篷主体的升降、平移与姿态调节，通过下拉绳索对飞篷主体提供向下的拉力，并根据风速、风向，通过无人机群调节飞篷主体的姿态，飞篷主体保持迎风的一端上扬的姿态，通过风力获得上扬推力，控制飞篷主体稳定于设定的高度。

作为优选，通过定位于地面的卷扬机与下拉绳索连接，将飞篷主体的移动范围限定于以卷扬机的位置为定点、以下拉绳索的长度为半径的立体空间内。

作为优选，当控制飞篷主体改变高度、发生横移或倾斜时，卷扬机对下拉绳索进行相应长度的收放，控制飞篷主体稳定于设定的高度。

作为优选，根据实时的风速，计算保持飞篷主体稳定于当前高度的上扬推力，以及上扬推力对应的飞篷主体迎风的一端的倾斜角度；根据获得的倾斜角度，调节无人机群中各个无人机的飞行高度；根据实时的风向，调节无人机群中各个无人机的飞行方向，使飞篷主体迎风的一端保持正对风向。

作为优选，无人机通过吊装绳索连接于飞篷主体的顶面，吊装绳索与飞篷主体的连接位置设置有高度传感器，通过高度传感器采集连接位置的高度值。

作为优选，将飞篷主体的高度值、风速值、风向值发送至地面协调控制系统，地面协调控制系统计算飞篷主体的当前姿态与目标姿态的姿态偏差，生成协调控制指令，并将姿态偏差与协调控制指令发送至空中协调控制系统，空中协调控制系统根据姿态偏差与协调控制指令控制调节无人机群各个无人机的高度与位置，使飞篷主体达到目标姿态。

作为优选，地面协调控制系统监控无人机的工作状态、卷扬机的工作状态、用于采集飞篷主体的高度值、风速值、风向值、下拉绳索的张力的各传感器的工作状态，如果各工作状态发生异常，则进行报警提示。

一种移动式空中遮阳飞篷，包括飞篷主体、无人机群、位于地面的卷扬机、空中协调控制系统、地面协调控制系统，无人机通过吊装绳索连接于飞篷主体的顶面，飞篷主体的底面通过下拉绳索与卷扬机连接；通过所述的实现方法进行使用。

作为优选，飞篷主体上设置有电源管理模块，无人机通过上电力线与电源管理模块连接，位于地面的供电电源通过下电力线与有电源管理模块连接；

飞篷主体的顶面铺设有薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池与电源管理模块连接，分别为无人机供电、为无人机的机载电池充电。

作为优选，上电力线绕设于吊装绳索上，下电力线绕设于某一下拉绳索上；吊装绳索均布在飞篷主体的边沿、顶面，以及飞篷主体顶面的中心；下拉绳索均布在飞篷主体的边沿，以及飞篷主体底面的中心。

作为优选，飞篷主体设置有电机，电机驱动卷绳器转动，下拉绳索一端连接于卷绳器上，通过电机控制下拉绳索的收起与放下。

作为优选，吊装绳索与飞篷主体的连接位置设置有高度传感器，用于采集连接位置的高度；

飞篷主体的周边设置有风速/风向传感器，用于采集风速与风向；

下拉绳索上设置有拉力传感器，用于采集下拉绳索与飞篷主体之间的拉力。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的移动式空中遮阳飞篷及其实现方法，采用无人机群对飞篷主体进行牵引与移动，对风速、风向进行采集与分析，实时调节飞篷主体的姿态，使得风力对飞篷主体形成的上扬推力、无人机的向上牵引力、下拉绳索的向下拉力之间形成力平衡。利用无人机与卷扬机的协调控制，能够使飞篷主体更容易地达到力平衡而处于稳定状态，而不需要精确控制无人机的牵引力；并且在突发大风的情况下，在卷扬机的限制下，还能防止飞篷主体、无人机被吹飞。本发明通过两种供电方式，保障无人机群的持久工作，以满足长时间使用的需求；将下电力线绕设在下拉绳索上，防止下电力线受到拉扯而损坏，保证供电的稳定性。

附图说明

图1是移动式空中遮阳飞篷的结构示意图；

图2是飞篷主体受到风力影响时的协调控制效果图；

图3是无人机的分布示意图；

图4是飞篷主体受到风力影响时的协调控制原理框图；

图5是移动式空中遮阳飞篷的工作流程图；

图中：10是飞篷主体，11是高度传感器，12是风速/风向传感器，13是薄膜太阳能电池，14是电源管理模块，15是空中协调控制系统，16是下拉绳索，17是拉力传感器，18是下电力线，20是无人机，21是吊装绳索，30是卷扬机，31是供电电源，32是地面协调控制系统。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

本发明为了解决现有技术对于移动式的高空大尺寸飞篷的架设技术处于空白的情况，提供一种移动式空中遮阳飞篷的实现方法，以及对应于方法实现的移动式空中遮阳飞篷，以无人机群为牵引力，并施以向下拉力，并与风力进行三者力平衡，实现了大尺寸飞篷的高空架设。

如图1所示，本发明所述的移动式空中遮阳飞篷，包括飞篷主体10(构成遮阳的实体部分，由轻质帆布材料，或薄膜材料等制成，实现遮阳)、无人机群(构成飞篷主体10的飞行动力机构，包括若干多旋翼无人机20)、位于地面的卷扬机30、空中协调控制系统15、地面协调控制系统32，无人机20通过吊装绳索连接于飞篷主体10的顶面，飞篷主体10的底面通过下拉绳索16与卷扬机30连接；通过本发明所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法进行使用，即通过无人机群对飞篷主体10提供向上的牵引力，控制飞篷主体10的升降、平移与姿态调节，通过下拉绳索16对飞篷主体10提供向下的拉力，并根据风速、风向，通过无人机群调节飞篷主体10的姿态，飞篷主体10保持迎风的一端上扬的姿态，通过风力获得上扬推力，控制飞篷主体10稳定于设定的高度。

由于无人机20受风力的影响也较大，特别是飞篷主体10受大风吹动而形成巨大拉力的时候，则为了防止突发的大风对本发明的影响，需要对飞篷主体10连同无人机群进行限位。本发明中，通过定位于地面的卷扬机30与下拉绳索16连接，将飞篷主体10的移动范围限定于以卷扬机30的位置为定点、以下拉绳索16的长度为半径的立体空间内。实施时，具有相当重量的卷扬机30能够限制飞篷主体10连同无人机群在大风影响影响下发生大幅度飘移，包括高度上的移动或横向上的移动。即卷扬机30可看作为飞篷主体10提供配重，对飞篷主体10进行定位。并且，当无人机群无法稳定控制飞篷主体10的位置时，飞篷主体10连同无人机群也只能在下拉绳索16限定的范围内进行摆动，无论在空中失控还是掉落至地上，均不会被吹跑。

而由于飞篷主体10只能在下拉绳索16限定的范围内进行摆动，则要改变飞篷主体10的高度，需要同时对无人机20与下拉绳索16进行协同控制，以实现相互配合的效果，保证飞篷主体10升降的顺利进行。即，当控制飞篷主体10改变高度、发生横移或倾斜时，卷扬机30对下拉绳索16进行相应长度的收放，控制飞篷主体10稳定于设定的高度，并且保持拉紧状态，保证三力平衡。

进一步地，为了保证飞篷主体10的平稳状态，下拉绳索16均布在飞篷主体10的边沿，以及飞篷主体10底面的中心，则下拉绳索16为飞篷主体10提供的向下拉力能够尽可能地均布在飞篷主体10上，方便各个卷扬机30的控制。对应于下拉绳索16的位置，卷扬机30的设置位置在设定的遮阳位置的中心位置和周边位置，通过控制卷扬机30的力矩和伸缩量，给飞篷主体10提供向下的拉力，配合无人机20调整飞篷主体10的姿态和位置。

为了提高动态平衡的调节效率，通过改变飞篷主体10的上扬角度，以最快的速度实现对风力大小的平衡。即，根据实时的风速，计算保持飞篷主体10稳定于当前高度的上扬推力，以及上扬推力对应的飞篷主体10迎风的一端的倾斜角度；根据获得的倾斜角度，如图2所示，调节无人机群中各个无人机20的飞行高度；根据实时的风向，调节无人机群中各个无人机20的飞行方向，使飞篷主体10迎风的一端保持正对风向，以使调节算法更准确有效地输出指令，而且能够获得更大的上扬推力。

例如，当风力增加时，根据当前飞篷主体10姿态信息，协调各个无人机20进行方向和速度调整，使得飞篷主体10迎风的一端的无人机20牵引飞篷主体10迎风的一端上翘，当迎风的一端达到期望高度，该位置的无人机20保持飞行高度；迎风的一端两侧的无人机20保持相同飞行高度；飞篷主体10末端的无人机20适当降低速度，使末端下降，当末端下降到期望高度，无人机20保持飞行高度，以此适应风力增加的状况。

本发明中，无人机20通过吊装绳索连接于飞篷主体10的顶面，每个连接位置可视为调节飞篷主体10的调节点，如图3所示，本实施例中，吊装绳索均布在飞篷主体10的边沿、顶面，以及飞篷主体10顶面的中心，使飞篷主体10形成多个均布的调节点，对飞篷主体10进行倾斜角度控制、高度调整时，通过对各个调节点进行高度控制，实现飞篷主体10的倾斜角度控制与高度调整，对应于调节点，即控制无人机20的飞行高度。理论上，调节点设置越密集，控制精确度越高，而具体实现时，考虑到无人机20具有一定的体积，也需要一定的动态范围，则可根据实施需求设置无人机20的数量。

对于飞篷主体10高度的采集，本发明直接采集吊装绳索与飞篷主体10的连接位置的高度，在吊装绳索与飞篷主体10的连接位置设置有高度传感器11，通过高度传感器11采集连接位置的高度值，避免直接采用无人机20的自身参数由于外界因素影响而带来的数据误差问题，如绳索的长短误差等。

对于风速、风向的采集，本发明通过在飞篷主体10的周边设置有风速/风向传感器12，用于采集风速与风向。

由于飞篷主体10的平稳状态由三力平衡提供，则当无人机20向上的牵引力与风吹形成的上扬推力的总和大于卷扬机30提供向下拉力时，也需要调整飞篷主体10的角度，以使得三力平衡，防止卷扬机30被向上拉起，造成飞篷主体10的不平稳。则对于下拉绳索16的拉力采集，本发明通过在下拉绳索16上设置有拉力传感器17，用于采集下拉绳索16与飞篷主体10之间的拉力，即卷扬机30能够提供的向下拉力。

为了保证足够的续航力，本发明设置多种供电方式，主要用于无人机20的续航供电，以及相关控制电路的供电。本实施例中，设置了两种供电模式，即市电供电与太阳能供电，并通过电源管理模块14进行管理。具体地，飞篷主体10上设置有电源管理模块14，无人机20通过上电力线与电源管理模块14连接，位于地面的供电电源31通过下电力线18与有电源管理模块14连接；飞篷主体10的顶面铺设有薄膜太阳能电池13，薄膜太阳能电池13与电源管理模块14连接，；地面的供电电源31、薄膜太阳能电池13均能够分别为无人机20供电、为无人机20的机载电池充电，在遮阳过程中最大限度的利用太阳能，为无人机20的飞行提供电能补充。

本实施例中，位于地面的供电电源31为与220V公网连接的大功率电源，可以选择以直流供电或交流供电两种形式进行供电，只需要对电源管理模块14进行匹配设置即可。

由于吊装绳索与下拉绳索16在使用过程中均会发生一定程序的晃动，而且下拉绳索16还可以根据需要改变长度，则为了防止上电力线与下电力线18因拉扯而出现损坏或连接松动等问题，本实施例中，将上电力线绕设于吊装绳索上，下电力线18绕设于某一下拉绳索16上，如位于飞篷主体10正中心的下拉绳索16上。由于下电力线18缠始终处于松弛状态，避免受力拉断。

而为了在初使用时，更方便飞篷主体10的平稳提起，下拉绳索16在初始状态时，收纳在飞篷主体10上；当飞篷主体10基本处于设定的高度后，再放下下拉绳索16，在地面上进行操作，将其与卷扬机30连接。本实施例中，以自动化手段对下拉绳索16的收起与放下进行控制与操作，飞篷主体10设置有电机，电机驱动卷绳器转动，下拉绳索16一端连接于卷绳器上，通过电机控制下拉绳索16的收起与放下。工作完毕后，将下拉绳索16与下电力线18分别解除与地面的连接后，由电机控制自动收回。

本发明中，通过地面协调控制系统32进行相关的数据接收、运算与指令发送，通过空中协调控制系统15根据地面协调控制系统32的指令控制无人机群的动作、下拉绳索16的收起与放下。

如图4所示，通过各传感器进行各项数据采集，并将飞篷主体10的高度值、风速值、风向值通过空中无线通信模块发送至地面协调控制系统32，地面协调控制系统32通过地面无线通信模块接收相应的数据，地面协调控制系统32计算飞篷主体10的当前姿态与目标姿态的姿态偏差，生成协调控制指令(设定了各无人机20的飞行高度、空中平移、起飞状态和下降状态等)，制定卷扬机30与无人机20的协调控制方案；并将姿态偏差与协调控制指令通过地面无线通信模块与空中无线通信模块的数据交互发送至空中协调控制系统15，空中协调控制系统15根据姿态偏差与协调控制指令自动编写生成控制指令，控制调节无人机群各个无人机20的高度与位置，使飞篷主体10达到目标姿态。同时，地面协调控制系统32根据卷扬机30与无人机20的协调控制方案，向卷扬机30下发调整指令，控制卷扬机30配合无人机20对下拉绳索16进行收放。

为了保障飞篷主体10及相关组件的可靠运行，地面协调控制系统32监控无人机20的工作状态(各无人机20的飞行方向、转速)、卷扬机30的工作状态、用于采集飞篷主体10的高度值、风速值、风向值、下拉绳索16的张力的各传感器的工作状态，如果各工作状态发生异常，如人机出现故障、电池故障、传感器故障、卷扬机30故障、风速风向异常等，则通过监控报警模块进行报警提示，发出报警信息。

如图5所示，本发明所述的移动式空中遮阳飞篷工作过程如下：

1)起飞与上升：飞篷主体10和无人机20位于空旷地面展开，当地面协调控制系统32发出指令，无人机20启动上升，并逐渐散开，将飞篷主体10完全撑开，停留在设定高度位置。

2)空中平移：空中协调控制系统15控制无人机群进行整体移动，到达指定位置并停留。

3)下拉绳索16与下电力线18下放：飞篷主体10自动下放下拉绳索16与下电力线18。

4)地面连接：地面人员将下拉绳索16连接至卷扬机30，卷扬机30开始工作；并将下电力线18连接至地面的供电电源31，在供电电源31进行供电的条件下运行。

5)解除地面连接：使用结束后，地面人员解除下拉绳索16与下电力线18的地面连接。

6)下拉绳索16与下电力线18收回：飞篷主体10接收地面协调控制系统32指令，自动收回下拉绳索16与下电力线18。

7)空中平移返回：飞篷主体10接收地面协调控制系统32指令，空中协调控制系统15控制无人机群进行整体移动，返回指定位置并停留。

8)下降：飞篷主体10接收地面协调控制系统32指令，无人机20减速下降，并适当聚拢，并最终降落在指定地面上。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，通过无人机群对飞篷主体提供向上的牵引力，控制飞篷主体的升降、平移与姿态调节，通过下拉绳索对飞篷主体提供向下的拉力，并根据风速、风向，通过无人机群调节飞篷主体的姿态，飞篷主体保持迎风的一端上扬的姿态，通过风力获得上扬推力，控制飞篷主体稳定于设定的高度；通过定位于地面的卷扬机与下拉绳索连接，将飞篷主体的移动范围限定于以卷扬机的位置为定点、以下拉绳索的长度为半径的立体空间内。

2.根据权利要求1所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，当控制飞篷主体改变高度、发生横移或倾斜时，卷扬机对下拉绳索进行相应长度的收放，控制飞篷主体稳定于设定的高度。

3.根据权利要求1所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，根据实时的风速，计算保持飞篷主体稳定于当前高度的上扬推力，以及上扬推力对应的飞篷主体迎风的一端的倾斜角度；根据获得的倾斜角度，调节无人机群中各个无人机的飞行高度；根据实时的风向，调节无人机群中各个无人机的飞行方向，使飞篷主体迎风的一端保持正对风向。

4.根据权利要求1所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，无人机通过吊装绳索连接于飞篷主体的顶面，吊装绳索与飞篷主体的连接位置设置有高度传感器，通过高度传感器采集连接位置的高度值。

5.根据权利要求1所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，将飞篷主体的高度值、风速值、风向值发送至地面协调控制系统，地面协调控制系统计算飞篷主体的当前姿态与目标姿态的姿态偏差，生成协调控制指令，并将姿态偏差与协调控制指令发送至空中协调控制系统，空中协调控制系统根据姿态偏差与协调控制指令控制调节无人机群各个无人机的高度与位置，使飞篷主体达到目标姿态。

6.根据权利要求5所述的移动式空中遮阳飞篷的实现方法，其特征在于，地面协调控制系统监控无人机的工作状态、卷扬机的工作状态、用于采集飞篷主体的高度值、风速值、风向值、下拉绳索的张力的各传感器的工作状态，如果各工作状态发生异常，则进行报警提示。

7.一种移动式空中遮阳飞篷，其特征在于，包括飞篷主体、无人机群、位于地面的卷扬机、空中协调控制系统、地面协调控制系统，无人机通过吊装绳索连接于飞篷主体的顶面，飞篷主体的底面通过下拉绳索与卷扬机连接；通过权利要求1至6任一项所述的实现方法进行使用。

8.根据权利要求7所述的移动式空中遮阳飞篷，其特征在于，飞篷主体上设置有电源管理模块，无人机通过上电力线与电源管理模块连接，位于地面的供电电源通过下电力线与有电源管理模块连接；

飞篷主体的顶面铺设有薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池与电源管理模块连接，分别为无人机供电、为无人机的机载电池充电。

9.根据权利要求8所述的移动式空中遮阳飞篷，其特征在于，上电力线绕设于吊装绳索上，下电力线绕设于某一下拉绳索上；吊装绳索均布在飞篷主体的边沿、顶面，并经过飞篷主体顶面的中心；下拉绳索均布在飞篷主体的边沿，以及飞篷主体底面的中心。

10.根据权利要求9所述的移动式空中遮阳飞篷，其特征在于，飞篷主体设置有电机，电机驱动卷绳器转动，下拉绳索一端连接于卷绳器上，通过电机控制下拉绳索的收起与放下。

11.根据权利要求7所述的移动式空中遮阳飞篷，其特征在于，吊装绳索与飞篷主体的连接位置设置有高度传感器，用于采集连接位置的高度；

飞篷主体的周边设置有风速/风向传感器，用于采集风速与风向；

下拉绳索上设置有拉力传感器，用于采集下拉绳索与飞篷主体之间的拉力。

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