CN113184188B - 大型货运无人机连续空投重心调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型货运无人机连续空投重心调整方法，包括以下步骤，a、建立笛卡尔坐标系，b、在无人机连续空投前，通过重量传感器获取各个货物的重量和各个货物在笛卡尔坐标系上的位置，利用无人机的飞控计算机，计算出初始无人机重量和初始无人机重心位置，并将初始无人机重心位置作为笛卡尔坐标系上的参考坐标，c、在连续空投的过程中，飞控计算机根据已被空投货物的重量，已被空投货物的相对于初始无人机重心位置的位移量，以及移动货物的重量和位移量，计算得到无人机当前重心位置的重量加权变化量，d、对剩余货物的位置做调整，使无人机当前重心位置重回或靠近参考坐标。本发明具有可以降低无人机连续空投时安全风险的优点。

Description

大型货运无人机连续空投重心调整方法
技术领域
本发明涉及一种大型货运无人机连续空投重心调整方法，属于货运无人机技术领域。
背景技术
大型货运无人机指的是载重量在500kg以上的固定翼无人机(简称无人机)，无人机的机舱内设有直线传递货物的输送装置，输送装置的后端靠近无人机的机舱门，输送装置的后端设有弹射装置。所述输送装置输送装置上具有多个用于放置货物的托盘，托盘底部具有与输送装置连接的驱动机构，托盘在驱动机构作用下直线移动，托盘的位置实时反馈于无人机的飞控计算机，托盘还具有重量传感器，可对托盘上的货物自动称重，并将称重结果反馈于飞控计算机，每个托盘均可在飞控无人机的控制下独立运动。
多个货物分装于多个箱体，多个箱体均放置于输送装置上，当无人机达到指定空域或接受到空投信号后，飞控计算机向输送装置发出指令，输送装置将多个箱体依次移动到弹射装置上，通过机舱门弹射出去，实现连续空投，连续空投过程中，会有从弹射装置投出的已被空投货物，输送装置至少有一个向弹射装置移动的移动货物。无人机在实现连续空投的时候，重心会发生改变，可能导致无人机的重心超出批准的重心包线，从而无人机飞行的稳定性减低，安全风险较大。因此，需要一种重心调整方法以降低无人机连续空投时的安全风险。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种大型货运无人机连续空投重心调整方法。本发明具有可以降低无人机连续空投时安全风险的优点。
本发明的技术方案：一种大型货运无人机连续空投重心调整方法，包括以下步骤，
a、建立与无人机相对位置不变的笛卡尔坐标系，
b、在无人机连续空投前，通过重量传感器获取各个货物的重量和各个货物在笛卡尔坐标系上的位置，利用无人机的飞控计算机，计算出初始无人机重量和初始无人机重心位置，并将初始无人机重心位置作为笛卡尔坐标系上的参考坐标，
c、飞控计算机根据已被空投货物的重量，已被空投货物的相对于初始无人机重心位置的位移量，以及移动货物的重量和位移量，计算得到无人机当前重心位置的重量加权变化量，
d、飞控计算机根据重量加权变化量，利用输送装置，对剩余货物的位置做调整，使无人机当前重心位置重回或靠近参考坐标。
前述的大型货运无人机连续空投重心调整方法中，所述步骤b中，所述初始无人机重量的计算公式为
Figure BDA0003117234270000021
其中，Wt表示初始无人机重量，Wp表示无人机自身重量，
Figure BDA0003117234270000022
表示货物总体重量。
前述的大型货运无人机连续空投重心调整方法中，所述步骤b中，所述初始无人机重心位置的计算公式为
Figure BDA0003117234270000023
其中，
Figure BDA0003117234270000024
表示初始无人机重心位置在笛卡尔坐标系下相较于原点的位移量；
Figure BDA0003117234270000025
表示无人机自身重心位置相较于原点的的位移量；
Figure BDA0003117234270000026
表示无人机上各个货物的重心位置与对应货物重心位置相较于原点的的位移量之积的总和。
前述的大型货运无人机连续空投重心调整方法中，所述步骤d中，所述重量加权变化量的计算公式为
Figure BDA0003117234270000027
其中
Figure BDA0003117234270000028
表示重量加权变化量，
Figure BDA0003117234270000029
表示第i个移动货物的重量，
Figure BDA00031172342700000210
表示第i个移动货物的位移矢量，
Figure BDA00031172342700000211
表示第j个已被空投货物的重量，
Figure BDA00031172342700000212
表示第j个已被空投货物的重心相对于参考坐标的位移量。
前述的大型货运无人机连续空投重心调整方法中，所述对剩余货物的位置做调整，利用如下公式进行，
Figure BDA00031172342700000213
Figure BDA00031172342700000214
表示除移动货物和已被空投货物以外的所有货物的重心的位移量。
与现有技术相比，本发明是在现有大型货运无人机的基础上实现的，主要的创新点是给出了一系列复杂且能对无人机重心变量位移量进行精确计算的计算公式，依托飞控计算机，在一系列计算公式的基础上快速得出无人机重心变量位移量，然后利用输送装置，对剩余货物的位置进行改变，使无人机重心重新回到空头前的初始位置，保证无人机的重心不会超出批准的重心包线，从而无人机飞行的稳定性好，安全风险低。因此，本发明具有可以降低无人机连续空投时安全风险的优点。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：大型货运无人机连续空投重心调整方法，包括以下步骤，
a、建立与无人机相对位置不变的笛卡尔坐标系(虚拟的)。
b、在无人机连续空投前，通过输送装置上各个托盘的重量传感器获取各个货物的重量和各个货物在笛卡尔坐标系上的位置，利用无人机的飞控计算机，计算出初始无人机重量和初始无人机重心位置，并将初始无人机重心位置作为笛卡尔坐标系上的参考坐标。
所述初始无人机重量的计算公式为
Figure BDA0003117234270000031
其中，W表示重量，下标t、p和 i分别代表无人机整体(含货物)、无人机自身(不含货物)以及第i个被空投的货物。无人机装载货物完成后，无人机整体重心应处于最佳位置(在批准的重心包线内)，即初始无人机重心位置处于无人机飞行时的最佳重心位置，以此作为参考为后续重心调整提供依据(空投过程无人机重心发生变化时，调整重心位置向参考坐标靠拢，最佳为重叠)。
c、在连续空投的过程中，飞控计算机根据已被空投货物的重量，已被空投货物的相对于初始无人机重心位置的位移量，以及移动货物的重量和位移量，计算得到无人机当前重心位置的重量加权变化量，
由于所有货物的运动轨迹和空投过程预先确定，飞控计算机会在全流程中，按照不同时刻无人机重量重心的不同，自动生成相应的控制律，利用输送装置，实现实时自适应动态调整。具体调整方法为：当货物被空投以及货物位置发生移动时，由飞控计算机接收传感器信息得出已被空投货物的重量及其重心位置相对于空投前无人机整体重心位置(参考坐标)的位移量，和被移动货物的重量及位移量，那么可以计算得到此过程中重心位置的重量加权变化量：所述重量加权变化量的计算公式为
Figure BDA0003117234270000032
上标m和d分别代表移动货物和已被空投货物，
Figure BDA0003117234270000033
表示第i个移动货物的位移矢量，
Figure BDA0003117234270000034
表示第 j个已被空投货物的重心相对于参考坐标的位移量。
d、飞控计算机根据重量加权变化量，利用输送装置，对剩余货物的位置做调整，使无人机当前重心位置重回或靠近参考坐标，剩余货物位置调整的公式
Figure BDA0003117234270000035
Figure BDA0003117234270000036
表示除移动货物和已被空投货物以外的所有货物的重心的位移量，r表示除移动货物和被空投货物以外剩余的货物。
本发明具有可以降低无人机连续空投时安全风险的优点。

Claims (1)

1.大型货运无人机连续空投重心调整方法，其特征在于：包括以下步骤，
a、建立与无人机相对位置不变的笛卡尔坐标系，
b、在无人机连续空投前，通过重量传感器获取各个货物的重量和各个货物在笛卡尔坐标系上的位置，利用无人机的飞控计算机，计算出初始无人机重量和初始无人机重心位置，并将初始无人机重心位置作为笛卡尔坐标系上的参考坐标，
c、在连续空投的过程中，飞控计算机根据已被空投货物的重量，已被空投货物的相对于初始无人机重心位置的位移量，以及移动货物的重量和位移量，计算得到无人机当前重心位置的重量加权变化量，
d、飞控计算机根据重量加权变化量，利用输送装置，对剩余货物的位置做调整，使无人机当前重心位置重回或靠近参考坐标；
步骤b中：所述初始无人机重量的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示初始无人 机重量，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示无人机自身重量，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示货物总体重量；所述初始无人机重心位置的计 算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示初始无人机重心位置在笛卡尔坐标系下相较 于原点的位移量；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示无人机自身重心位置相较于原点的位移量；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示无人机上 各个货物的重心位置与对应货物重心位置相较于原点的位移量之积的总和；
步骤d中：所述重量加权变化量的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示重量加权变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示第i个移动货物的重量，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示第i个移动货物的位移 矢量，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示第j个已被空投货物的重量，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示第j个已被空投货物的重心相对于参考 坐标的位移量；所述对剩余货物的位置做调整，利用如下公式进行，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
表示 除移动货物和已被空投货物以外的所有货物的重心的位移量。
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