一种基于力传感的系留无人机定位系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110455293A(43)申请公布日2019.11.15(21)申请号201910789498.7(22)申请日2019.08.26(71)申请人西南科技大学地址621010四川省绵阳市涪城区青龙大道中段59号(72)发明人张华林海涛汪双李永龙陈财富翟旭强(74)专利代理机构成都正华专利代理事务所(普通合伙)51229代理人陈选中(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种基于力传感的系留无人机定位系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于力传感的系留无人机定位系统及方法，通过系留绳缆定位减少了辅助定位传感器的使用，降低了系留无人机的成本，并能有效的克服室外弱GPS环境。在室内无GPS环境下的定位，本发明提高了无人机室内飞行的稳定性。其应用领域范围更广，可应用于更多无或弱GPS场景如：隧洞的巡检以及水电大坝泄洪闸门的巡检，且为地面与空中协同工作的机器人系统引导了新的定位方向。CN110455293ACN110455293A权利要求书1/1页1.一种基于力传感的系留无人机定位系统，其特征在于，包括：地面绕线机、系留供电模块、系留绳缆和三维力传感模块；所述地面绕线机用于根据系留绳缆的张力大小收放系留绳缆，使系留绳缆能够始终保持悬链线模型状态；所述系留供电模块用于通过系留绳缆为三维力传感模块以及需定位的无人机供电；所述系留绳缆用于连接无人机、三维力传感模块、系留供电模块以及地面绕线机，并作为电能传输线路；所述三维力传感模块，固定安装在无人机的机体上，用于读取绳缆拉力的大小与方向。2.根据权利要求1所述的基于力传感的系留无人机定位系统，其特征在于，所述系留供电模块，包括：220V交流电源、220V交流转380V直流逆变器和380V转24V直流降压模块；所述220V交流电源与220V交流转380V直流逆变器的输入端电连接，所述220V交流转380V直流逆变器固定在地面绕线机上；所述220V交流转380V直流逆变器的输出端与系留绳缆的地面端电连接；所述380V转24V直流降压模块的输入端与系留绳缆的无人机端电连接，其输出端分别与三维力传感模块以及无人机的供电接口电连接。3.根据权利要求1所述的基于力传感的系留无人机定位系统，其特征在于，所述系留绳缆为高密度低阻抗屈张硅胶线缆。4.根据权利要求1所述的基于力传感的系留无人机定位系统，其特征在于，所述三维力传感模块为无人机内置型三维拉压力传感器。5.一种基于力传感的系留无人机定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过系留绳缆连接系留无人机和地面绕线机，并构成输电通道使系留供电模块给系留无人机以及置于系留无人机内的三维力传感模块供电；S2、将系留无人机悬停于空中，并测量此时系留绳缆的长度LS、无人机俯仰角θS、系留绳缆的单位质量m0和绕线机方位角φS；S3、通过三维力传感模块测量系留绳缆无人机端的拉力T；S4、以地面绕线机所处方位为坐标原点构建笛卡尔坐标系，根据系留绳缆的长度LS、无人机俯仰角θS、系留绳缆的单位质量m0和绕线机方位角φS和系留绳缆无人机端的拉力T，通过悬链线模型运算得到无人机的空间坐标位置(x,y,z)。6.根据权利要求5所述的基于力传感的系留无人机定位方法，其特征在于，所述步骤S4中悬链线模型包括以下等式：x＝0(4)其中，sinh()为双曲正弦函数，cosh()为双曲余弦函数。2CN110455293A说明书1/3页一种基于力传感的系留无人机定位系统及方法技术领域[0001]本发明涉及无人机定位领域，具体涉及一种基于力传感的系留无人机定位系统及方法。背景技术[0002]目前系留无人机已被广泛的应用于各领域执行复杂任务，为电力巡检、灾后搜救、隧洞勘探等带来了很多便利。系留无人机定位是在实际应用中的关键问题，户外无人机可以依靠GPS和惯性测量单元(IMU)定位。在弱GPS的户外或无GPS的室内，无人机的定位通常借助于激光雷达或视觉辅助定位。激光雷达与视觉定位易受距离、天气、雾霾、粉尘等因素影响，且实时构建二维或三维地图的数据量庞大、处理过程相对复杂。惯性测量、激光雷达与视觉定位会随时间的累积造成数据的漂移，导致系留无人机在弱或无GPS环境下的定位存在不可控环境因素干扰。发明内容[0003]针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于力传感的系留无人机定位系统与方法解决了系留无人机在在弱GPS的户外或无GPS的室内的定位无法脱离激光雷达、视觉、超声波等设备的问题，仅仅依靠系留绳缆便能实现系留无人机在室内的定位。[0004]为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：[0005]一种基于力传感的系留无人机定位系统，包括：地面绕线机