CN108181921A - 一种车载路况探测无人机的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交通运输技术领域，具体涉及一种车载路况探测无人机的控制方法，包括施放控制策略、巡航控制策略和回收控制策略，本发明通过简单的逻辑控制实现了无人机与车辆之间的联动航行，并采用超声波定位技术实现了无人机在车辆上的自动起降，为车载路况探测无人机可靠运行提供了扎实的控制理论依据。
Description
技术领域
本发明属于交通运输技术领域，具体涉及一种车载路况探测无人机的控制方法。
背景技术
随着社会的不断发展，人们生活水平逐渐提高，汽车已经成为大部分家庭必不可少的交通工具，然而，随着汽车保有量的不断增加，城市交通状况也日趋繁忙，在一些大中型城市，早、晚高峰的的交通拥堵更是家常便饭，而对于驾驶者而言，提前预知前方道路的通行情况能够有效的避开拥堵。随着网络技术的不断发展，电子地图已经具备了路况预报功能，但值得注意的是，电子地图的路况预告往往是基于大数据计算得到的结果，因此其预告结果与实际路况可能存在出入，例如，在一条具有多个车道的公路上，可能会由于交通事故或交通管制等原因导致部分车道较为拥堵，而有些车道则通行速度较快，这种情况下，电子地图只能给出唯一的预告结果，无法告知驾驶者哪条车道通行顺畅哪条车道较为拥堵，等车辆驶入拥堵路段后已经很难再去变更车道，强行变道反而容易引发新的交通事故。因此要想精准的了解前方路况，还需要一种更为可靠的路况探测系统。为此，本申请的发明人设计了一种基于无人机的路况探测系统，能够实时获取车辆前方一定区域内的车流视频信息，要想使该系统发挥出其应有的作用，还需要一套行之有效的控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够简单有效的对车载路况探测无人机进行控制的控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种车载路况探测无人机的控制方法，包括施放控制策略、巡航控制策略和回收控制策略；
所述施放控制策略为：驾驶员启动车辆中控台上的无人机施放开关，车载终端接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆顶部机舱的电动开合门开启，然后控制机座升起，将无人机举升至机舱外部；随后车载终端自动通过无线通讯模块向无人机发送起飞信号，无人机自动飞行控制模块接收到该起飞信号后控制无人机起飞，并向车辆行驶方向的前方飞行，此过程中，无人机不断通过GPS定位模块和无线通讯模块获取自身和车辆之间的相对位置信息，当无人机飞行至车辆前方预设距离时，自动飞行控制模块控制无人机与车辆保持等速前进；在此过程中，当无人机飞离机座后，车载终端控制机座下降至机舱内，然后控制机舱的电动开合门关闭；
所述巡航控制策略为：当车辆导航功能开启时，车载终端通过无线通讯模块将导航路径发送至自动飞行控制模块，自动飞行控制模块控制无人机沿着该导航路径与车辆保持所述的预设距离并与车辆保持等速前进；当车辆导航功能未开启时，自动飞行控制模块首先默认控制无人机沿车辆行驶方向直线飞行，此时若自动飞行控制模块根据车辆GPS信号识别到车辆行驶方向改变时，自动飞行控制模块控制无人机调转方向，重新飞回车辆前方预设距离处；
所述回收控制策略为：驾驶员启动车辆中控台上的回收开关，车载终端接收到回收开关发出的控制信号后控制机舱的电动开合门开启、控制机座抬升至机舱外部，同时控制机舱内的超声波信号发射模块发出超声波脉冲信号，并向无人机发送返航信号；自动飞行控制模块接收该返航信号后，首先根据GPS信号飞回至车辆上方附近，然后无人机上的数据处理模块根据无人机上分散分布的多个超声波信号接收模块接收到超声波信号的时间差计算机舱的相对位置，自动飞行控制模块根据该计算得到的机舱位置信息控制无人机降落，降落过程中，自动飞行控制模块根据超声波信号实时修正无人机的降落路径，直至无人机落在机座上；然后车载终端控制机座下降，使无人机完全下降至机舱内；最后车载终端控制机舱的电动开合门关闭。
优选的，所述无人机与车辆之间的预设距离为500～1000m。
优选的，无人机巡航过程中，车上人员能够通过中控台上的摄像头俯仰调节旋钮调节摄像头的拍摄视角，具体控制过程为：操作人员调整摄像头调节旋钮，调节旋钮发出的控制信号通过车载终端和无线通讯模块发送至无人机的摄像头俯仰驱动装置，摄像头俯仰驱动装置驱动摄像头做出俯仰动作。
优选的，无人机回收控制策略中，当无人机顺利落在机座上以后，自动飞行控制模块首先控制收折电机动作，使无人机四悬臂向前收折，同时控制上盖升降电机动作，将上盖升起，然后车载终端控制机座下降，基座下降到位后，车载终端控制电动开合门闭合，最后自动飞行控制模块控制上盖升降电机动作，使上盖下行，并紧贴在电动开合们的外壁上。
优选的，所述无人机的巡航高度为30～100m。
本发明的有益效果为：本发明通过简单的逻辑控制实现了无人机与车辆之间的联动航行，并采用超声波定位技术实现了无人机在车辆上的自动起降，为车载路况探测无人机可靠运行提供了扎实的控制理论依据。
附图说明
图1是本发明的实施例所提供的基于无人机的路况探测系统结构框图；
图2-6是本发明的实施例所提供的无人机施放机构的释放过程各工位立体结构示意图；
图7是本发明的实施例所提供的无人机施放前的侧视图；
图8是本发明的实施例所提供的无人机施放后的侧视图；
图9是本发明的实施例所提供的无人机的立体结构示意图；
图10是本发明的实施例所提供的无人机另一视角的立体结构示意图；
图11是本发明的实施例所提供的无人机又一视角的立体结构示意图；
图12是本发明的实施例所提供的无人机收折状态的立体结构示意图；
图13是本发明的实施例所提供的无人机收折状态的仰视图；
图14是本发明的实施例所提供的无人机的收折传动机构原理图；
图15是本发明的实施例所提供的无人机的升降传动机构原理图；
图16是本发明的实施例所提供的升降机座立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
图1-16所示，是本发明所涉及的一种基于无人机的路况探测系统，包括无人机10和车载终端30；
所述无人机10包括摄像头11、数据处理模块14、GPS导航模块12、自动飞行控制模块15以及无线通讯模块16，所诉摄像头11用于采集行车路线前方的路面视频信息，摄像头11将采集到的视频信号发送至数据处理模块14，数据处理模块14将视频信号转换为可供无线通讯模块收发的中转信号，所述无线通讯模块将中转信号远程发送至车载终端30，所述车载终端30又包括远程控制模块31和视频显示模块32，车载终端30对信号进行处理并将无人机10采集的视频信息实时显示在车辆中控屏上。本发明利用无人机10采集车辆前方一定范围内的路面通行视频，并将视频实时发送至车载终端30，驾驶者通过车辆中控屏就能够清楚的了解到前方车流情况，以便提前变更车道躲避拥堵，提高了通行效率。
进一步的，还包括车载无人机施放及回收装置，所述车载无人机施放及回收装置位于车辆顶部，包括位于车辆顶棚20内的机舱，所述机舱顶部设有电动开合门，所述机舱内设有超声波信号发射模块，所述无人机10上设有至少三个超声波信号接收模块13，且各超声波信号接收模块13在无人机10上相互远离设置；回收无人机10时，自动飞行控制模块15首先根据GPS导航模块12的位置信息控制无人机10返航至车辆上方附近，然后机舱内的超声波信号发射模块间歇发出超声波脉冲信号，无人机10上的各超声波信号接收模块13接收该脉冲信号并发送至数据处理模块14，数据处理模块14根据各超声波信号接收模块13接收信号的时间差计算机舱相对于无人机10的具体位置，自动飞行控制模块15根据该位置信息控制无人机10落入机舱内。
优选的，所述无人机10为四旋翼18无人飞行器，包括底盘102和上盖101，所述上盖101为鲨鱼鳍状，所述摄像头11安装在上盖101内，且摄像头11朝向鲨鱼鳍后方设置，所述摄像头11安装在一转台1013上，转台1013的轴线水平设置，使摄像头11能够上下扫摆；所述底盘102上设有十字型分布的四根悬臂17，四悬臂17端部的上方各设有一旋翼18，四悬臂17端部的下方各设有一超声波信号接收模块13；当无人机10存放于机舱内时，所述上盖101凸出于车辆的顶面上方，所述电动开合门上设有用于避让上盖101的缺口211。当无人机10处于回收状态时，凸伸在车顶上的摄像头11能够作为行车记录仪或电子后视镜的摄像头11使用，鲨鱼鳍状的上盖101使车辆顶部保持美观。
优选的，所述无人机10的四根悬臂17沿竖直轴线与底盘102枢接，使四悬臂17能够向鲨鱼鳍的鳍尖方向呈介字形收折。
优选的，四根悬臂17的枢轴上分别设有一齿轮171，四根悬臂17的收折由底盘102内部设置的收折电机驱动，收折电机的主轴上设有第一双联齿轮103，收折电机与各枢轴之间的传动路径依次为：第一双联齿轮103中的I号齿轮同时与右后悬臂17的枢轴齿轮171和第一过渡齿轮105啮合，第一过渡齿轮105与左后悬臂17的枢轴齿轮171啮合，第一双联齿轮103中的II号齿轮通过同步带与第二双联齿轮104的I号齿轮啮合，第二双联齿轮104的II号齿轮同时与右前悬臂17的枢轴齿轮171和第二过渡齿轮106啮合，第二过渡齿轮106与左前悬臂17的枢轴齿轮171啮合；其中第一双联齿轮103的I号齿轮和第一过渡齿轮105的传动比为1:1，第二双联齿轮104的II号齿轮与第二过渡齿轮106的传动比为1:1，第一双联齿轮103的II号齿轮与第二双联齿轮104的I号齿轮之间的传动比大于1，这是因为后方两悬臂17收折时的行程大于前方两悬臂17收折时的行程，所以为确保两者同时收折到位，后方悬臂17的收折速度必须大于前方悬臂17的收折速度，两者收折速度的差异通过第一双联齿轮103的II号齿轮与第二双联齿轮104的I号齿轮之间的传动比进行控制。
优选的，所述无人机10底部设有一插块19，所述插块19的侧面为向内收拢的斜面状，所述插块19底部设有磁吸充电接头191；所述机舱内部设有一机座24，所述机座24沿竖直方向往复运动设置，所述机座24上设有与所述插块19相配合的插槽242，所述插槽242底面设有磁吸充电座243，无人机10每次降落到位就自动开始充电，确保电量充足。由于插槽242和插块19的侧壁带有一定锥度，因此无人机10降落时即使有一定误差也能够在斜面的作用下自动找正，确保磁吸充电接头191顺利对接。
优选的，所述插块19的底面和插槽242的底面上对应设置有永磁块192、244，永磁块192、244能够使无人机10和机座24之间产生一定的吸合力，避免无人机10产生晃动。
优选的，所述电动开合门包括两个对称开合的移门21，两移门21相接处设有用于避让无人机10上盖101的缺口211，其中一扇移门21在缺口211处设有子门22，所述子门22被装配为能够将所述缺口211封闭并能够从所述缺口211上移除。所述移门21和子门22的开合方式均可以参考现有技术中汽车天窗的开合方式，此结构并非本发明的设计重点，因此不再详细赘述。
优选的，所述上盖101相对于底盘102沿竖直方向往复运动设置，所述上盖101的底面上设有环形密封垫。回收过程中，无人机10落入机舱后，先抬起上盖101，然后电动开合门闭合，上盖101再向下复位，使其底面上的密封垫紧贴在缺口211的边缘，确保车顶密封可靠。
优选的，所述底盘102上设有升降电机25，所述升降电机25的主轴与一竖直丝杆109相连，所述上盖101内固定设有螺母1011，该螺母1011与丝杆109构成螺纹配合，所述底盘102内还设有竖直导轨1021，所述上盖101内设有与竖直导轨1021相配合的导套1012。
优选的，所述机座24侧面设有第一连杆29和第二连杆28，所述第一连杆29和第二连杆28的中部相互铰接，第一连杆29的上端与机座24侧面铰接，下端与机舱底板23上设置的滑块26铰接，第二连杆28的上端与机座24侧面设置的水平滑块241铰接，下端与机舱底板23铰接，所述机舱底板23上设有升降电机25，所述升降电机25的主轴上连有丝杠27，所述滑块26上设有螺纹孔，滑块26与丝杠27构成螺纹配合。
上述系统的具体控制策略为：
施放控制策略：驾驶员启动车辆中控台上的无人机施放开关，车载终端30接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆顶部机舱的电动开合门21开启，然后控制机座24升起，将无人机10举升至机舱外部；随后车载终端30自动通过无线通讯模块16向无人机10发送起飞信号，无人机10的自动飞行控制模块15接收到该起飞信号后控制无人机10起飞，并向车辆行驶方向的前方飞行，此过程中，无人机10不断通过GPS定位模块12和无线通讯模块16获取自身和车辆之间的相对位置信息，当无人机10飞行至车辆前方预设距离时，自动飞行控制模块15控制无人机10与车辆保持等速前进；在此过程中，当无人机10飞离机座24后，车载终端30控制机座24下降至机舱内，然后控制机舱的电动开合门21关闭；
巡航控制策略：当车辆导航功能开启时，车载终端30通过无线通讯模块16将导航路径发送至自动飞行控制模块15，自动飞行控制模块15控制无人机10沿着该导航路径与车辆保持所述的预设距离并与车辆保持等速前进；当车辆导航功能未开启时，自动飞行控制模块15首先默认控制无人机10沿车辆行驶方向直线飞行，此时若自动飞行控制模块15根据车辆GPS信号识别到车辆行驶方向改变时，自动飞行控制模块15控制无人机10调转方向，重新飞回车辆前方预设距离处；
回收控制策略：驾驶员启动车辆中控台上的回收开关，车载终端30接收到回收开关发出的控制信号后控制机舱的电动开合门21开启、控制机座24抬升至机舱外部，同时控制机舱内的超声波信号发射模块发出超声波脉冲信号，并向无人机10发送返航信号；自动飞行控制模块15接收该返航信号后，首先根据GPS信号飞回至车辆上方附近，然后无人机10上的数据处理模块14根据无人机10上分散分布的多个超声波信号接收模块13接收到超声波信号的时间差计算机舱的相对位置，自动飞行控制模块15根据该计算得到的机舱位置信息控制无人机10降落，降落过程中，自动飞行控制模块15根据超声波信号实时修正无人机10的降落路径，直至无人机10落在机座24上；然后车载终端30控制机座24下降，使无人机10完全下降至机舱内；最后车载终端30控制机舱的电动开合门21关闭。
所述无人机10与车辆之间的预设距离为500～1000m。
无人机10巡航过程中，车上人员能够通过中控台上的摄像头俯仰调节旋钮调节摄像头的拍摄视角，具体控制过程为：操作人员调整摄像头调节旋钮，调节旋钮发出的控制信号通过车载终端30和无线通讯模块16发送至无人机10的摄像头俯仰驱动装置，摄像头俯仰驱动装置驱动摄像头做出俯仰动作。
无人机10回收控制策略中，当无人机10顺利落在机座24上以后，自动飞行控制模块15首先控制收折电机动作，使无人机10四悬臂向前收折，同时控制上盖升降电机动作，将上盖升起，然后车载终端30控制机座24下降，基座下降到位后，车载终端30控制电动开合门21闭合，最后自动飞行控制模块15控制上盖升降电机动作，使上盖下行，并紧贴在电动开合们的外壁上。
所述无人机10的巡航高度为30～100m。
本发明通过简单的逻辑控制实现了无人机10与车辆之间的联动航行，并采用超声波定位技术实现了无人机10在车辆上的自动起降，为车载路况探测无人机10可靠运行提供了扎实的控制理论依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种车载路况探测无人机的控制方法，其特征在于：包括施放控制策略、巡航控制策略和回收控制策略；
所述施放控制策略为：驾驶员启动车辆中控台上的无人机施放开关，车载终端接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆顶部机舱的电动开合门开启，然后控制机座升起，将无人机举升至机舱外部；随后车载终端自动通过无线通讯模块向无人机发送起飞信号，无人机自动飞行控控制模块接收到该起飞信号后控制无人机起飞，并向车辆行驶方向的前方飞行，此过程中，无人机不断通过GPS定位模块和无线通讯模块获取自身和车辆之间的相对位置信息，当无人机飞行至车辆前方预设距离时，自动飞行控制模块控制无人机与车辆保持等速前进；在此过程中，当无人机飞离机座后，车载终端控制机座下降至机舱内，然后控制机舱的电动开合门关闭；
所述巡航控制策略为：当车辆导航功能开启时，车载终端通过无线通讯模块将导航路径发送至自动飞行控制模块，自动飞行控制模块控制无人机沿着该导航路径与车辆保持所述的预设距离并与车辆保持等速前进；当车辆导航功能未开启时，自动飞行控制模块首先默认控制无人机沿车辆行驶方向直线飞行，此时若自动飞行控制模块根据车辆GPS信号识别到车辆行驶方向改变时，自动飞行控制模块控制无人机调转方向，重新飞回车辆前方预设距离处；
所述回收控制策略为：驾驶员启动车辆中控台上的回收开关，车载终端接收到回收开关发出的控制信号后控制机舱的电动开合门开启、控制机座抬升至机舱外部，同时控制机舱内的超声波信号发射模块发出超声波脉冲信号，并向无人机发送返航信号；自动飞行控制模块接收该返航信号后，首先根据GPS信号飞回至车辆上方附近，然后无人机上的数据处理模块根据无人机上分散分布的多个超声波信号接收模块接收到超声波信号的时间差计算机舱的相对位置，自动飞行控制模块根据该计算得到的机舱位置信息控制无人机降落，降落过程中，自动飞行控制模块根据超声波信号实时修正无人机的降落路径，直至无人机落在机座上；然后车载终端控制机座下降，使无人机完全下降至机舱内；最后车载终端控制机舱的电动开合门关闭。
2.根据权利要求1所述的车载路况探测无人机的控制方法，其特征在于：所述无人机与车辆之间的预设距离为500～1000m。
3.根据权利要求1所述的车载路况探测无人机的控制方法，其特征在于：无人机巡航过程中，车上人员能够通过中控台上的摄像头俯仰调节旋钮调节摄像头的拍摄视角，具体控制过程为：操作人员调整摄像头调节旋钮，调节旋钮发出的控制信号通过车载终端和无线通讯模块发送至无人机的摄像头俯仰驱动装置，摄像头俯仰驱动装置驱动摄像头做出俯仰动作。
4.根据权利要求1所述的车载路况探测无人机的控制方法，其特征在于：无人机回收控制策略中，当当无人机顺利落在机座上以后，自动飞行控制模块首先控制收折电机动作，使无人机四悬臂向前收折，同时控制上盖升降电机动作，将上盖升起，然后车载终端控制机座下降，基座下降到位后，车载终端控制电动开合门闭合，最后自动飞行控制模块控制上盖升降电机动作，使上盖下行，并紧贴在电动开合们的外壁上。
5.根据权利要求1所述的车载路况探测无人机的控制方法，其特征在于：所述无人机的巡航高度为30～100m。
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