CN115783328A - 一种多云台联动无人机装置 - Google Patents
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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
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:
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。
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;
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
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;
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);
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);
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 (5)
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:
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。
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:
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。
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。
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