CN115783328A

CN115783328A - 一种多云台联动无人机装置

Info

Publication number: CN115783328A
Application number: CN202211571350.4A
Authority: CN
Inventors: 林李江; 李永广
Original assignee: Guangzhou Jizhi Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Jizhi Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明公开了一种多云台联动无人机装置，包括无人机和监测云台，其中无人机和云台上分别搭载有惯性测量单元和控制系统，云台的个数为两个或两个以上，且通过云台控制系统控制垂直和水平旋转角度，所述云台包含有云台A和云台B，云台A和云台B于无人机横截面同一平面内设置，所述控制系统搭载有云台联动控制算法。本发明通过多云台联动同步装置，采用算法让多个任务载荷可以自由搭配，始终对准同一个目标进行观察和作业，亦可以多个传感器监测设备同步作业，一次飞行采集多种数据，提高无人机飞行作业效率。

Description

一种多云台联动无人机装置

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种多云台联动无人机装置。

背景技术

无人机的行业应用通常需要配合对应的任务载荷来实现，根据实际的应用场景搭载不同的载荷。任务载荷由可控云台(主要有单轴，双轴，三轴云台，用来消抖增稳，调节方向)和载荷本体(各类传感器或者功能装置，如相机、探照灯、喊话器等)组成。在执行复杂任务时，通常需要多个(两个或者两个以上)任务载荷进行配合作业，如夜间作业，可以使用探照灯与相机配合，可以使用红外相机与可见光相机配合，可以使用激光雷达与可见光相机与红外相机配合。在涉及多个(两个或者两个以上)载荷配合作业时，需要将载荷对准同一个目标，但是因为存在光轴差，往往比较困难。

以探照灯与可见光相机配合为例：无人机在夜间执行任务(拍摄、示警、各种场景的搜救、追踪目标、排查任务等等)的时候，需要通过无人机的相机画面来观察目标。由于夜间光线较弱，无人机与目标距离较远，无人机在不停地运动等问题，会导致相机拍摄的画面无法对焦，出现画面不清晰的情况，通过无人机遥控器对相机变焦进行放大查看时，更难识别目标身份。

现有针对上述出现的情况会进行一个补光操作的方案：

方案1：操作另一台无人机搭载补光灯到目标位置进行补光操作；

方案2：无人机上搭载者两个云台设备，一个是相机，另一个是补光灯，遥控器可以分别控制两个云台角度，也可以同时控制两个云台为相同的角度。一般先通过遥控器同步控制两个设备的角度，这时候两个设备处于平行的状态。如果想要补光灯聚焦的位置处于画面的中心点，需要飞手先通过相机拍摄的画面找到补光灯的光源的位置，然后再单独控制补光灯进行角度的微调。

如果任务目标是静止的，方案1和方案2都能控制相机和补光灯完成对任务目标的拍摄。但是方案1的操作难度更大，要求两个飞手之间互相配合，相互合作，且操作难度系数大。方案2操作的可行性较高，只需飞手通过画面找到补光灯光源的位置，然后单独微调补光灯的角度，使得补灯光的灯光聚焦在任务目标身上。

如果任务目标是运动的或者无人机在不停的运动，那么方案1根本就无法实现对任务目标进行补光，特别是搜救任务，追踪目标。方案2是可以实现，但是操作难度系数很大，需要飞手不断地对补光灯的角度进行微调，使得灯光聚焦在画面中心。但是飞手需要操作飞机的飞行姿态，关注画面，同时也要操作补光灯的角度。对飞手的操作要求很高，稍有不慎，很容易出现飞行安全事件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多云台联动无人机装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种多云台联动无人机装置，包括无人机和监测云台，其中无人机和云台上分别搭载有惯性测量单元和控制系统，云台的个数为两个或两个以上，且通过云台控制系统可以控制垂直和水平旋转角度，其特征在于，所述云台包含有云台A和云台B，云台A和云台B于无人机横截面同一平面内设置，所述控制系统搭载有云台联动控制算法，所述云台A还包含有测距模块，其中云台A和云台B包含有如下位置关系：

S1.云台A和云台B于无人机底部呈左右水平放置，垂直方向云台B跟随云台A的角度同步进行，其中云台B水平方向的转动角度通过云台联动控制算法基于云台A水平方向的旋转角度从而旋转；

S2.云台A和云台B于无人机底部和顶部呈同一条垂直线上安装，云台A位于底侧，在水平方向的角度云台B的角度跟随着云台A的角度同步进行，垂直方向的角度云台B转动角度通过云台联动控制算法基于云台A垂直方向的旋转角度从而旋转；

S3.云台A和云台B于无人机底部和顶部呈同一条垂直线上安装，云台B位于底侧，在水平方向的角度云台B的角度跟随着云台A的角度同步进行，垂直方向的角度云台B转动角度通过云台联动控制算法基于云台A垂直方向的旋转角度从而旋转。

S4.云台A和云台B于无人机底部和顶部不在同一条垂直线上安装，云台A位于底侧，在水平方向的角度云台B的角度通过S1的位置关系实现转动调整，垂直方向的角度云台B转动角度通过S2的位置关系实现转动调整。

S5.云台A和云台B于无人机底部和顶部不在同一条垂直线上安装，云台B位于底侧，在水平方向的角度云台B的角度通过S1的位置关系实现转动调整，垂直方向的角度云台B转动角度通过S3的位置关系实现转动调整。

作为本发明的一种优选技术方案，所述云台还包含有云台C，其中云台A、云台B和云台C之间包含有如下位置关系：

S6.云台A和云台B于无人机底部呈左右水平放置，通过S1的位置关系实现转动调整，云台C安装于无人机的顶端，与云台A为同一垂直方向，通过S2的位置关系实现转动调整；

S61.云台B和云台C于无人机底部，云台A位于无人机顶端，且云台B和云台A呈同一垂直线关系，通过S3的位置关系实现转动调整方式，云台C和云台A通过S5的位置关系实现转动调整；

S62.云台A于无人机底部安装，云台B和云台C设置于无人机顶端，云台B和云台A为同一垂直线关系，通过S2的位置关系实现转动调整方，式云台C与云台A通过S4的位置关系实现转动调整。

S63.云台A和云台B于无人机底部呈左右水平放置，通过S1的位置关系实现转动调整，云台C安装于无人机的顶端，设置于云台A和云台B距离中部垂线上，云台C与云台A通过S4的位置关系实现转动调整；

作为本发明的一种优选技术方案，所述云台个数大于三个时，其他云台可参照上述云台C的安装位置进行组合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述无人机和云台上搭载的惯性测量单元，可以测量出无人机的姿态和云台与无人机的相对角度。

作为本发明的一种优选技术方案，所述云台A所包含的测距模块用于测定云台A和目标之间的距离，云台A和目标之间的角度由惯性测量单元测量计算得出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明通过多云台联动同步装置，采用算法让多个任务载荷可以自由搭配，始终对准同一个目标进行观察和作业，可以多个传感器监测设备同步作业，一次飞行采集多种数据，提高无人机飞行作业效率。

2：本发明能够让飞手在执行无人机任务时，操作更加简单，只需关注相机画面和飞机的飞行姿态即可，同时提高了无人机行业应用的执行效率，多个任务载荷可以提供多种视角和其他传感器的数据，一次飞行即可获取多种数据。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的S1云台A结构主视图；

图2是本发明的S1云台A结构俯视图之一；

图3是本发明的S1云台A结构俯视图之二。

图4是本发明的S2云台A结构主视图；

图5是本发明的S3云台A结构主视图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种多云台联动无人机装置，包括无人机和监测云台，其中无人机和云台上分别搭载有惯性测量单元和控制系统，云台的个数为两个或两个以上，且通过云台控制系统可以控制垂直和水平旋转角度，其特征在于，所述云台包含有云台A和云台B，云台A和云台B于无人机横截面同一平面内设置，所述控制系统搭载有云台联动控制算法，所述云台A还包含有测距模块，其中云台A和云台B包含有如下位置关系：

云台还包含有云台C，其中云台A、云台B和云台C之间包含有如下位置关系：

所述云台个数大于三个时，其他云台可参照上述云台C的安装位置进行组合。

所述无人机和云台上搭载的惯性测量单元，可以测量出无人机的姿态和云台与无人机的相对角度。

所述云台A所包含的测距模块用于测定云台A和目标之间的距离，云台A和目标之间的角度由惯性测量单元测量计算得出。

具体的，针对S1模式，由图1可知，云台A和目标之间的距离由测距模块测量为a，云台A和目标之间构成的角度为n，根据角度关系可得出云台A和目标之间的水平距离为：b＝a*cos(n)；

如图2所示，云台A和云台B固定安装在无人机上，云台A和云台B之间的距离为c为已知，通过上述方式所求出的距离为b，同时云台A和目标之间的水平角度为α，可计算得出：d＝b*sin(α)

e＝b*cos(α)

f＝c-d

最终云台B所需要旋转的角度为

如图3所示，当角度呈图3的情况时：

d＝b*sin(α)；

e＝b*cos(α)；

f＝c+d；

则

具体的，针对S2模式，如图4所示，云台A与目标之间的距离为a，云台A和目标之间的俯角为β，云台B和云台A之间的距离为h；

则云台A和目标之间的垂直距离为b，b＝a*sin(β)；

云台A和目标之间的水平距离为c，c＝a*cos(β)；

最终：

即俯视角度

具体的，针对S3模式，如图5所示，云台A和目标的距离为a，云台A俯视的角度为β，云台B和云台A之间的距离为h；

则云台A和目标之间的垂直距离为b，b＝a*sin(β)；

云台A和目标之间的水平距离为c，c＝a*cos(β)；

此时

则最终云台B的俯视角度为

上述针对S1、S2和S3模式所形成的计算方式，在集成后即可成为双云台联动控制方案，同时根据所进一步形成的安装方式，如S4和S5下的安装模式，更灵活适配无人机的安装结构和重心平衡。同时还可以在上述基础上增加更多的云台组合，如S6下的安装模式，形成多云台的同步控制技术方案，能够在工作人员针对不同环境下安装云台后，只需操作一个云台即可对多个云台进行同步控制，更便于无人机在各种复杂的环境下的拍摄使用，同时云台A、云台B和云台C还能够进一步安装如可见光相机、红外相机、夜视相机、高光谱/多光谱相机、激光雷达、喊话器、探照灯等功能模块，仅在云台A上搭载测距功能即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多云台联动无人机装置，包括无人机和监测云台，其中无人机和云台上分别搭载有惯性测量单元和控制系统，云台的个数为两个或两个以上，且通过云台控制系统控制垂直和水平旋转角度，其特征在于，所述云台包含有云台A和云台B，，所述控制系统搭载有云台联动控制算法，所述云台A还包含有测距模块，其中云台A和云台B包含有如下位置关系：

2.根据权利要求1所述的一种多云台联动无人机装置，其特征在于，所述云台还包含有云台C，其中云台A、云台B和云台C之间包含有如下位置关系：

S63.云台A和云台B于无人机底部呈左右水平放置，通过S1的位置关系实现转动调整，云台C安装于无人机的顶端，设置于云台A和云台B距离中部垂线上，云台C与云台A通过S4的位置关系实现转动调整。

3.根据权利要求2所述的一种多云台联动无人机装置，其特征在于，所述云台个数大于三个时，其他云台参照云台C的安装位置进行组合。

4.根据权利要求1所述的一种多云台联动无人机装置，其特征在于，所述无人机和云台上搭载的惯性测量单元，可以测量出无人机的姿态和云台与无人机的相对角度。

5.根据权利要求4所述的一种多云台联动无人机装置，其特征在于，所述云台A所包含的测距模块用于测定云台A和目标之间的距离，云台A和目标之间的角度由惯性测量单元测量计算得出。