一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统

1.本发明涉及无人机技术领域，具体为一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统。


背景技术：

2.无人机在吊挂载荷时，通过绳索与运载的载荷连接，例如货物等。由于绳索是柔性的，在运送过程中，载荷的姿态也会在风力的作用下发生各种各样的变化，载荷的受力造成无人机的受力随时都在变化，为了保证飞行平稳和可靠，需要实时对载荷进行监视，传统的技术是在无人机下侧安装摄像头，通过将摄像头拍摄的图像传回到无人机，通过无人机的飞控系统，对无人机的动力进行调整，但是，如果载荷摆动较大，范围超出摄像头的监视范围，摄像头将无法对载荷进行监视，也就造成动力无法进行调整。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统，通过将载荷感知系统下移，与载荷距离靠近，便于检测载荷的变化，而且对无人机的改动幅度也最小，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统，包括无人机本体和载荷感知系统，所述载荷感知系统包括连接单元、载荷感知单元、姿态辅助调节单元、控制单元和通信单元，所述连接单元包括用于连接无人机本体的上部连接装置和用于连接载荷的下部连接装置，所述控制单元包括控制器和与控制器连接的北斗定位芯片，所述载荷感知单元与控制器连接，用于感知载荷的变化，所述姿态辅助调节单元与控制器连接，用于调节连接单元姿态，所述控制器通过通信单元与无人机本体连接，所述通信单元为蓝牙通信模块。
5.优选的，所述上部连接装置包括上壳、上连接杆和内部盒体，所述上壳的上部设置有若干电机槽和若干翼槽，若干所述电机槽相对上连接杆对称分别，若干所述翼槽相对上连接杆对称分布，所述内部盒体设置在上壳内部且与其下侧内壁连接，所述上壳表面开设有用于通风和减重的通孔，所述上连接杆滑动设置在上壳上部。
6.优选的，所述上部连接装置包括上部连接环和若干距离传感器，所述距离传感器设置在上壳的上部且围绕上壳中轴线均匀分布，所述距离传感器与控制器连接。
7.优选的，所述下部连接装置包括下壳、设置在下壳内部的齿轮组件、2个连接轮和2个挡板，所述下壳内部开设有与齿轮组件配合的传动槽，所述齿轮组件包括中部限制齿轮、2个传动齿轮和2个分别与传动齿轮连接的连接轴，所述中部限制齿轮转动设置在传动槽中部，2个所述传动齿轮设置在中部限制齿轮的两侧，且分别与其啮合，2个所述连接轴横向设置在传动槽内，所述连接轴远离传动齿轮的一端穿出传动槽与对应的挡板转动连接，所述连接轮套设在连接轴上，所述连接轮上开设有穿绳孔，所述下壳的上部连接有中轴，所述中轴向上贯穿入上壳体，且与上壳体底部转动连接。
8.优选的，所述上壳的下部表面嵌设有若干相互配合的电磁铁，所述下壳的上表明嵌设有若干与电磁铁配合的永磁铁，所述电磁铁与控制器连接。
9.优选的，所述上壳内中轴的一侧设置有蓄电池，所述蓄电池上部连接有充放电模块，所述充放电模块与控制器连接，所述蓄电池和控制器均位于内盒体的内部。
10.优选的，上部连接装置还包括延长绳，所述延长绳上连接有减摇体，所述减摇体包括固定筒、转动设置在固定筒两侧的采风管、设置在采风管内部的发电机和扇叶，所述扇叶与发电机的输出轴连接，所述发电机与充放电模块连接。
11.优选的，所述载荷感知单元包括设置在底壳底部的摄像头、设置在上壳内部的2个压力传感器和设置在中轴上部的用于监测上壳体姿态的陀螺仪，2个所述压力传感器分布在中轴的两侧，所述压力传感器的下侧设置有压板，所述压板与上连接杆连接，所述摄像头、压力传感器和陀螺仪分别与控制器连接。
12.优选的，所述姿态辅助调节单元包括若干翼板和若干转动电机，所述转动电机设置在电机槽内，所述翼槽内转动设置有转动轴，所述翼板套设在转动轴上，所述转动电机的输出轴贯穿电机槽延伸入翼槽与转动轴连接，所述转动电机与控制器连接。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.1、本发明使用中，载荷会发生摆动，此时通过陀螺仪1112可以检测到上壳11011的姿态，即在三维空间上的偏转角度，这些信息传递给控制器1131，控制器1131通过通信单元114将这些信息传递给无人机本体10，无人机本体10自身的飞控系统接收到这些信息后，控制其飞行速度，保持载荷的平稳；
15.2、本发明同时安装了姿态辅助调节单元112，通过控制器1131启动转动电机1122，转动电机1122带动翼板1121翻转，将翼板1121翻转出翼槽14；从上壳11011上部流过的空气流，作用在翼板1121上，通过翼板1121将压力传递给上壳11011，使上壳11011的受力保持平衡，避免上壳11011在左右风力不均的情况下以上连接杆11012为轴发生旋转，从而带动下壳11021和下壳11021底部连接的货物旋转，拧动延长绳11016，加速延长绳11016的疲劳，降低延长绳11016的寿命，进而增加其断裂的风险，给运输带来安全隐患。
附图说明
16.图1为本发明系统框图；
17.图2为本发明实施例一中无人机本体与连接单元连接的结构示意图；
18.图3为本发明实施例一中载荷感知系统结构剖视图；
19.图4为本发明实施例一中载荷感知系统(不包括延长绳和减摇体)立体结构示意图；
20.图5为本发明图4在翼板旋出状态下的结构示意图；
21.图6为本发明实施例二中载荷感知系统结构剖视图；
22.图7为本发明实施例二中载荷感知系统结构俯视图。
23.图中：人机本体10、载荷感知系统11、连接单元110、上部连接装置1101、上壳11011、上连接杆11012、内部盒体11013、上部连接环11014、距离传感器11015、延长绳11016、下部连接装置1102、下壳11021、齿轮组件11022、中部限制齿轮110221、传动齿轮110222、连接轴110223、连接轮11023、挡板11024、传动槽11025、载荷感知单元111、摄像头
1110、压力传感器1111、陀螺仪1112、压板1113、姿态辅助调节单元112、翼板1121、转动电机1122、控制单元113、控制器1131、北斗定位芯片1132、通信单元114、电机槽13、翼槽14、通孔15、电磁铁17、蓄电池18、中轴19、减摇体20、固定筒200、采风管201、发电机202、扇叶203。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.实施例1
28.在无人机使用悬挂的方式进行运输时，货物悬挂在无人机底部，这种方式便于货物的快速投放，无人机无需降落，在悬停状态下，待货物与无人机分离后即可飞离；但在运送过程中，需要对货物的姿态和变化进行监视，本发明提供了一种方案：
29.参阅图1-5，一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统，包括无人机本体10和载荷感知系统11，载荷感知系统11包括连接单元110、载荷感知单元111、姿态辅助调节单元112、控制单元113和通信单元114，连接单元110包括用于连接无人机本体10的上部连接装置1101和用于连接载荷的下部连接装置1102，上部连接装置1101包括上壳11011、上连接杆11012和内部盒体11013，上壳11011的上部安装有若干电机槽13和若干翼槽14，若干电机槽13相对上连接杆11012对称分别，若干翼槽14相对上连接杆11012对称分布，内部盒体11013安装在上壳11011内部且与其下侧内壁连接，上壳11011表面开设有用于通风和减重的通孔15，上连接杆11012滑动安装在上壳11011上部；上部连接装置1101还包括延长绳11016，延长绳11016上连接有减摇体20；下部连接装置1102包括下壳11021、安装在下壳11021内部的齿轮组件11022、2个连接轮11023和2个挡板11024，下壳11021内部开设有与齿轮组件11022配合的传动槽11025，齿轮组件11022包括中部限制齿轮110221、2个传动齿轮110222和2个分别与传动齿轮110222连接的连接轴110223，中部限制齿轮110221转动安装在传动槽11025中部，2个传动齿轮110222安装在中部限制齿轮110221的两侧，且分别与其啮合，2个连接轴110223横向安装在传动槽11025内，连接轴110223远离传动齿轮110222的一端穿出传动槽11025与对应的挡板11024转动连接，连接轮11023套设在连接轴110223上，连接轮11023上开设有穿绳孔；控制单元113包括控制器1131和与控制器1131连接的北斗定位芯片
1132，载荷感知单元111与控制器1131连接，用于感知载荷的变化，姿态辅助调节单元112与控制器1131连接，用于调节连接单元110姿态，控制器1131通过通信单元114与无人机本体10连接，通信单元114为蓝牙通信模块。
30.上壳11011的下部表面嵌设有若干相互配合的电磁铁17，下壳11021的上表明嵌设有若干与电磁铁17配合的永磁铁17，电磁铁17与控制器1131连接。下壳11021的上部连接有中轴19，中轴19向上贯穿入上壳11011体，且与上壳11011体底部转动连接；上壳11011内中轴19的一侧安装有蓄电池18，蓄电池18上部连接有充放电模块，充放电模块与控制器1131连接，蓄电池18和控制器1131均位于内盒体的内部。
31.减摇体20包括固定筒200、转动安装在固定筒200两侧的采风管201、安装在采风管201内部的发电机202和扇叶203，扇叶203与发电机202的输出轴连接，发电机202与充放电模块连接。
32.载荷感知单元111包括安装在底壳底部的摄像头1110、安装在上壳11011内部的2个压力传感器1111和安装在中轴19上部的用于监测上壳11011体姿态的陀螺仪1112，2个压力传感器1111分布在中轴19的两侧，压力传感器1111的下侧安装有压板1113，压板1113与上连接杆11012连接，摄像头1110、压力传感器1111和陀螺仪1112分别与控制器1131连接。
33.姿态辅助调节单元112包括若干翼板1121和若干转动电机1122，转动电机1122安装在电机槽13内，翼槽14内转动安装有转动轴，翼板1121套设在转动轴上，转动电机1122的输出轴贯穿电机槽13延伸入翼槽14与转动轴连接，转动电机1122与控制器1131连接。
34.但在运送过程中，货物会发生摆动，此时通过陀螺仪1112可以检测到上壳11011的姿态，即在三维空间上的偏转角度，这些信息传递给控制器1131，控制器1131通过通信单元114将这些信息传递给无人机本体10，无人机本体10自身的飞控系统接收到这些信息后，控制其飞行速度；
35.同时为了辅助无人机的动力调整，本发明安装了姿态辅助调节单元112，通过控制器1131启动转动电机1122，转动电机1122带动翼板1121翻转，将翼板1121翻转出翼槽14；从上壳11011上部流过的空气流，作用在翼板1121上，通过翼板1121将压力传递给上壳11011，使上壳11011的受力保持平衡，避免上壳11011在左右风力不均的情况下以上连接杆11012为轴发生旋转，从而带动下壳11021和下壳11021底部连接的货物旋转，拧动延长绳11016，加速延长绳11016的疲劳，降低延长绳11016的寿命，进而增加其断裂的风险，给运输带来安全隐患；
36.将绳索穿过穿绳孔，将货物捆绑牢固后，即可控制无人机本体10起飞，延长绳11016拉动上连接杆11012，上连接杆11012拉动压板1113，压板1113压在压力传感器1111上，通过压力传感器1111检测延长绳11016下部载荷的重量，重量信息传递给控制器1131，控制器1131将这些信息通过通信单元114传给无人机本体10，通过安装在下壳11021下部的摄像头1110可以拍摄货物的图像信息，图像信息传递给控制器1131，控制器1131将图像信息传递给无人机本体10，使无人机的操作人员可以及时了解到运输货物的信息，如果货物在风力的作用下发生旋转，造成捆绑的绳索发生拧动或者缠绕，通过摄像头1110可以观察到这些信息，此时控制器1131控制电磁铁17通断电，在磁力的作用下，下壳11021体发生转动，转动方向根据捆绑绳索的缠绕方向而定，从而使缠绕的绳索松弛，避免绳索长时间处于拧紧状态而疲劳断裂；
37.此外在飞行过程中，风力作用在货物上货物回被吹起，此时捆绑货物绳索会带动连接轮11023转动，由于中部限制齿轮110221和两个传动齿轮110222之间的相互限制，使连接轮11023不会发生转动；下壳11021的转动可以调整货物的迎风风向，可以使连接轮11023的转动方向与飞行方向协调。
38.此功能，在进行垂直吊装零部件时，可以调整零部件的角度，与下部零件对正；
39.通过减摇体20可以起到降低绳索摆动，提高绳索稳定性的作用，在飞行过程中，经过采风管201的空气带动扇叶203转动，从而带动发电机202发电，发电机202发的电通过充放电模块为蓄电池18充电。
40.实施例2
41.如果吊装的货物很重，此时需要重点考虑整体载荷的总量；本发明提供一种技术方案：
42.参阅图1和图6-7，一种基于无人机载荷变化的智能动力控制系统，包括无人机本体10和载荷感知系统11，载荷感知系统11包括连接单元110、载荷感知单元111、姿态辅助调节单元112、控制单元113和通信单元114，连接单元110包括用于连接无人机本体10的上部连接装置1101和用于连接载荷的下部连接装置1102，控制单元113包括控制器1131和与控制器1131连接的北斗定位芯片1132，载荷感知单元111与控制器1131连接，用于感知载荷的变化，姿态辅助调节单元112与控制器1131连接，用于调节连接单元110姿态，控制器1131通过通信单元114与无人机本体10连接，通信单元114为蓝牙通信模块。
43.上部连接装置1101包括上壳11011、上连接杆11012、内部盒体11013、上部连接环11014和若干距离传感器11015，上壳11011表面开设有用于通风和减重的通孔15，上连接杆11012滑动安装在上壳11011上部；上部连接装置1101包括，距离传感器11015安装在上壳11011的上部且围绕上壳11011中轴19线均匀分布，距离传感器11015与控制器1131连接。
44.下部连接装置1102包括下壳11021、安装在下壳11021内部的齿轮组件11022、2个连接轮11023和2个挡板11024，下壳11021内部开设有与齿轮组件11022配合的传动槽11025，齿轮组件11022包括中部限制齿轮110221、2个传动齿轮110222和2个分别与传动齿轮110222连接的连接轴110223，中部限制齿轮110221转动安装在传动槽11025中部，2个传动齿轮110222安装在中部限制齿轮110221的两侧，且分别与其啮合，2个连接轴110223横向安装在传动槽11025内，连接轴110223远离传动齿轮110222的一端穿出传动槽11025与对应的挡板11024转动连接，连接轮11023套设在连接轴110223上，连接轮11023上开设有穿绳孔。
45.下壳11021的上部连接有中轴19，中轴19向上贯穿入上壳11011体，且与上壳11011体底部转动连接。上壳11011内中轴19的一侧安装有蓄电池18，蓄电池18上部连接有充放电模块，充放电模块与控制器1131连接，蓄电池18和控制器1131均位于内盒体的内部。
46.载荷感知单元111包括安装在底壳底部的摄像头1110、安装在中轴19上部的用于监测上壳11011体姿态的陀螺仪1112，摄像头1110和陀螺仪1112分别与控制器1131连接。
47.将绳索穿过上部连接环11014后直接固定在无人机本体10的下部，通过安装在上壳11011上部的距离传感器11015从多点检测上壳11011距离无人机的距离，距离信息传给控制器1131，控制器1131通过通信单元114传递给无人机本体10；同时，在飞行过程中，气流从通孔15中通过，可以起到降低风阻稳定上壳11011的作用。
48.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。