CN112748745B - 无人机与随动小车的联控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机与随动小车的联控方法及系统，其中方法包括同时进行的垂直方向联控过程和水平方向联控过程。其中垂直方向联控过程包括如下步骤：步骤100：重力传感器测量无人机负载的管线重力，张力传感器测量管线张力数值；步骤110：根据管线张力数值控制管线收放装置对管线的收放，使管线保持张紧状态；步骤120：根据管线重力的变化调整无人机的动力输出，使无人机保持匀速运动。水平方向联控过程包括如下步骤：步骤200：距离传感器测量随动小车与无人机的相对距离及角度；步骤210：根据相对距离及角度调节随动小车的速度，使随动小车与无人机的距离及角度维持在预设距离及角度。上述联控方法确保无人机在喷涂过程中匀速运动，提高喷涂质量。
Description
技术领域
本发明涉及无人喷涂控制领域，特别涉及一种无人机与随动小车的联控方法及系统。
背景技术
伴随着国家经济进入转型期，船舶建造等需要大量人工的涂装作业形式无法满足经济、洁净、高效地实现需求。现有的爬壁式涂装机器人及轨道框架式喷涂机器人，存在复杂曲面适应性查、搭建复杂、对不同喷涂环境适应性差等问题，无人机喷涂开始进入人们的视野。
现有的无人机喷涂装置，无人机移动过程中与随动小车之间互相拉扯，导致无人机无法保持匀速运动，造成喷涂质量不佳。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种无人机与随动小车的联控方法，可以保证无人机喷涂过程中匀速移动，提高喷涂质量。
本发明的另一目的是提出一种可以实施上述无人机与随动小车的联控方法的无人机与随动小车的联控系统，控制管线张力和随动小车与无人机之间的距离在合适值上，保证无人机喷涂时可以匀速运动，提高喷涂质量。
技术方案：本发明所述的无人机与随动小车的联控方法，用于带有随动小车的无人机喷涂装置，包括同时进行的垂直方向联控过程和水平方向联控过程，其中所述垂直方向联控过程包括如下步骤：
步骤100：重力传感器测量无人机负载的管线重力，张力传感器测量管线张力数值；
步骤110：根据管线张力数值控制管线收放装置对管线的收放，使管线保持张紧状态；
步骤120：根据管线重力的变化调整无人机的动力输出，使无人机保持匀速运动；
所述水平方向联控过程包括如下步骤：
步骤200：距离传感器测量随动小车与无人机的相对距离及角度；
步骤210：根据相对距离及角度调节随动小车的速度，使随动小车与无人机的距离及角度维持在预设距离及角度。
进一步的，所述步骤110中通过如下方法控制管线收放装置对管线的收放：若管线张力数值大于预设阈值范围的最大值，则控制管线收放装置放线；若管线张力数值小于预设阈值范围的最小值，则控制管线收放装置收线。
进一步的，所述步骤120包括：
步骤121：计算重力传感器最近两次采样之间的管线重力变化值；
步骤122：根据管线重力变化值计算无人机的动力输出变化值，若管线重力减小则使无人机的动力输出减小动力输出变化值；若管线重力增加则使无人机的动力输出增加动力输出变化值。
进一步的，所述步骤210包括：
步骤211：比较相对距离及角度与预设距离及角度，调节随动小车速度使随动小车与无人机的相对距离及角度等于预设距离及角度；
步骤212：使随动小车速度跟随无人机变化。
本发明所述的无人机与随动小车的联控系统，包括：重力传感器，与所述无人机控制器电性连接，用于测量管线重力；随动小车控制器，用于控制随动小车的运动；距离传感器，分别与所诉无人机控制器及所述随动小车控制器电性连接，用于测量随动小车与无人机之间的相对距离及角度；管线收放控制器，用于控制管线收放装置；张力传感器，与所述管线收放控制器电性连接，用于测量管线张力；其中所述无人机控制器、所述随动小车控制器及所述张力传感器之间互相通讯连接。
进一步的，所述重力传感器的动态响应时间小于等于1ms。
进一步的，所述张力传感器的动态响应时间小于等于2ms。
进一步的，联控系统的整体动态响应时间小于等于2S。
进一步的，所述距离传感器为红外雷达和/或超声波雷达，所述红外雷达及超声波雷达的发射端及接收端分别与所述无人机控制器及随动小车控制器电性连接。
本发明所述的喷涂无人机，包括上述无人机喷涂机构。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、根据管线张力变化收放管线，防止管线限制无人机移动或者导致涂料输送不畅。
2、根据管线重力变化调整无人机动力，中和管线重力变化，保证无人机喷涂过程中匀速运动。
3、可以保证随动小车和无人机之间保持恒定的相对距离及角度，进一步保证管线张力恒定，保证无人机匀速运动。
附图说明
图1为本发明的联控方法的示意图；
图2为本发明的联控系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参照图1，根据本发明实施例的无人机与随动小车的联控方法，用于带有随动小车的无人机喷涂装置，包括同时进行的垂直方向联控过程和水平方向联控过程，其中垂直方向联控过程包括如下步骤：
步骤100：重力传感器测量无人机负载的管线重力，张力传感器测量管线张力数值；
步骤110：根据管线张力数值控制管线收放装置对管线的收放，使管线保持张紧状态；
步骤120：根据管线重力的变化调整无人机的动力输出，使无人机保持匀速运动；
水平方向联控过程包括如下步骤：
步骤200：距离传感器测量随动小车与无人机的相对距离及角度；
步骤210：根据相对距离及角度调节随动小车的速度，使随动小车与无人机的距离及角度维持在预设距离及角度。
根据上述技术方案的无人机与随动小车的联控方法，根据重力传感器测量的管线重力的变化来调节无人机的动力输出，当无人机上升或者下降时，管线重力会跟着增加或者减少，通过配合管线重力变化调节无人机的动力输出，可以保持无人机的匀速运动，进而保持无人机喷涂过程均匀。设置于随动小车上的管线收放装置根据张力传感器测量出的管线张力控制管线的收放，保持管线张力维持在合适的范围内，防止管线阻碍无人机运动。随动小车通过距离传感器测量与无人机的相对距离及角度，并适应性地调整随动小车的动力，进而调整小车速度，保持随动小车与无人机之间的相对距离及角度维持在预设值上，智能跟随无人机运动，进一步地保证管线张力的稳定。上述联控方法保证无人机在喷涂过程中无论上升还是水平移动均可以保持一个均匀的速度，保证喷涂厚度的均匀。
可以理解的是，管线收放装置包括用于存放多余管线的圆柱式储线盘及驱动圆柱式储线盘的电机及传动机构，无人机及随动小车的动力通过电机驱动模块对各驱动电机进行无极调速实现。
在一些实施例中，步骤110中通过如下方法控制管线收放装置对管线的收放：若管线张力数值大于预设阈值范围的最大值，则控制管线收放装置放线；若管线张力数值小于预设阈值范围的最小值，则控制管线收放装置收线。在本实施例中，预设阈值范围的最大值为50N，预设阈值范围的最小值为1N，在实际使用过程中，预设阈值范围可以根据管线材质等因素进行适应性调整。
在一些实施例中，步骤120包括如下步骤：
步骤121：计算重力传感器最近两次采样之间的管线重力变化值；
步骤122：根据管线重力变化值计算无人机的动力输出变化值，若管线重力减小则使无人机的动力输出减小动力输出变化值；若管线重力增加则使无人机的动力输出增加动力输出变化值。
通过上述方法，使无人机的动力与管线重力同时增减，保证无人机受力情况稳定，进而保证无人机的移动速度恒定，或者保证无人机稳定悬停，保证喷涂过程中无人机状态稳定，保证喷涂质量。
在一些实施例中，步骤210包括如下步骤：
步骤211：比较相对距离及角度与预设距离及角度，调节随动小车速度使随动小车与无人机的相对距离及角度等于预设距离及角度；
步骤212：使随动小车速度跟随无人机变化。
当距离传感器返回的随动小车与无人机的相对距离及角度不等于预设值时，先控制随动小车加速或减速，使随动小车与无人机之间的距离及角度等于预设值，再控制随动小车与无人机同速，使随动小车可以稳定地跟随无人机运动。可以理解的是，随动小车与无人机之间的距离及角度的预设值可以由人为设定，也可以由喷涂位置通过计算算法算出。随动小车可以采用PID算法或者其他自适应随动算法保持与无人机之间的固定距离及角度。
参照图2，根据本发明实施例的无人机与随动小车的联控系统，包括用于控制无人机运动的无人机控制器、测量管线重力的重力传感器、用于控制随动小车运动的随动小车控制器、用于测量随动小车与无人机之间的相对距离及角度的距离传感器、用于控制管线收放装置的管线收放控制器、用于测量管线张力的张力传感器。其中重力传感器与无人机控制器电性连接，张力传感器与管线收放控制器电性连接，距离传感器分别与无人机控制器及随动小车控制器电性连接。无人机控制器、随动小车控制器及张力传感器之间互相通讯连接。可以理解的是，无人机控制器、随动小车控制器及管线收放控制器可以选用DSP、单片机或者PLC等可编程控制器。距离传感器可以选用红外雷达和/或超声波雷达等，红外雷达和超声波雷达的发射端及接收端分别与无人机控制器及随动小车控制器电性连接，每次运行前红外雷达和超声波雷达的发射端或接收端会在一定角度范围内转动以探测对应接收端或发射端。
在本实施例中，随动小车控制器选用单片机，无人机控制器和管线收放控制器均选用PLC。为了无人机智能喷涂联控系统的响应时间可以满足上述无人智能喷涂联控方法，在一些实施例中，张力传感器的动态响应时间需要小于等于2ms，重力传感器的动态响应时间需要小于等于1ms，联控系统的整体动态响应时间小于等于2S。
Claims (6)
1.一种无人机与随动小车的联控方法，用于带有随动小车的无人机喷涂装置，其特征在于，包括同时进行的垂直方向联控过程和水平方向联控过程，其中所述垂直方向联控过程包括如下步骤：
步骤100：重力传感器测量无人机负载的管线重力，张力传感器测量管线张力数值；
步骤110：根据管线张力数值控制管线收放装置对管线的收放，使管线保持张紧状态；通过如下方法控制管线收放装置对管线的收放：若管线张力数值大于预设阈值范围的最大值，则控制管线收放装置放线；若管线张力数值小于预设阈值范围的最小值，则控制管线收放装置收线；
步骤120：根据管线重力的变化调整无人机的动力输出，使无人机保持匀速运动；具体包括：步骤121：计算重力传感器最近两次采样之间的管线重力变化值；
步骤122：根据管线重力变化值计算无人机的动力输出变化值，若管线重力减小则使无人机的动力输出减小动力输出变化值；若管线重力增加则使无人机的动力输出增加动力输出变化值；
所述水平方向联控过程包括如下步骤：
步骤200：距离传感器测量随动小车与无人机的相对距离及角度；
步骤210：根据相对距离及角度调节随动小车的速度，使随动小车与无人机的距离及角度维持在预设距离及角度，具体包括：
步骤211：比较相对距离及角度与预设距离及角度，调节随动小车速度使随动小车与无人机的相对距离及角度等于预设距离及角度；
步骤212：使随动小车速度跟随无人机变化。
2.一种无人机与随动小车的联控系统，其特征在于，包括：
无人机控制器，用于控制无人机的运动；
重力传感器，与所述无人机控制器电性连接，用于测量管线重力；
随动小车控制器，用于控制随动小车的运动；
距离传感器，分别与所诉无人机控制器及所述随动小车控制器电性连接，用于测量随动小车与无人机之间的相对距离及角度；
管线收放控制器，用于控制管线收放装置；
张力传感器，与所述管线收放控制器电性连接，用于测量管线张力；
其中所述无人机控制器、所述随动小车控制器及所述张力传感器之间互相通讯连接。
3.根据权利要求2所述的无人机与随动小车的联控系统，其特征在于，所述重力传感器的动态响应时间小于等于1ms。
4.根据权利要求2所述的无人机与随动小车的联控系统，其特征在于，所述张力传感器的动态响应时间小于等于2ms。
5.根据权利要求2所述的无人机与随动小车的联控系统，其特征在于，联控系统的整体动态响应时间小于等于2S。
6.根据权利要求2所述的无人机与随动小车的联控系统，其特征在于，所述距离传感器为红外雷达和/或超声波雷达，所述红外雷达及超声波雷达的发射端及接收端分别与所述无人机控制器及随动小车控制器电性连接。
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