本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙向角度校正的無人機(jī)及校正控制方法。

背景技術(shù)：

今年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在軍事和民用領(lǐng)域，航空技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。未來航空技術(shù)也是重要的發(fā)展趨勢。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，越來的越多的科技設(shè)備都可以裝載于無人機(jī)中，例如監(jiān)測傳感設(shè)備、通訊設(shè)備、定位設(shè)備、拍攝設(shè)備等，都廣泛的應(yīng)用于航空技術(shù)領(lǐng)域中。

其中，通過在無人機(jī)中裝載的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的圖像的監(jiān)控、空中高度的測量等，而且不同的高空高度具有不同的監(jiān)測環(huán)境，而且非預(yù)期的測量角度(例如傾斜)會(huì)使得測量數(shù)據(jù)失真，例如拍攝照片的錯(cuò)位等，那么精確的在某一高度進(jìn)行測量變的尤為重要。然而，目前無人機(jī)在對(duì)地面進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，由于受到外界環(huán)境的影響(例如風(fēng)、氣壓、高度等)，往往無法在期望的角度，利用例如照相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的拍攝。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在陀螺儀等測量設(shè)備來進(jìn)行角度測量，從而實(shí)現(xiàn)角度校正的設(shè)備，但是依然無法滿足高精度的測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠提高測量精度，精確測量傾斜角度變化趨勢后進(jìn)行無人機(jī)的角度校正，從而提高監(jiān)測效率，提高監(jiān)測精度的基于雙向角度校正的無人機(jī)及校正控制方法。

本發(fā)明提供了一種基于雙向角度校正的無人機(jī)，包括機(jī)體，以及兩個(gè)與機(jī)體連接的機(jī)臂及與其對(duì)應(yīng)旋翼及其動(dòng)力裝置，以及角度校正裝置；

其中角度校正裝置包括第一、第二測量裝置和標(biāo)定器，第一、二測量裝置分別通過連桿設(shè)置于兩個(gè)機(jī)臂上，并且第一、第二測量裝置分別能夠收縮后容納于兩個(gè)機(jī)臂內(nèi)部；

標(biāo)定器通過柔性連接線設(shè)置于機(jī)體上，并且標(biāo)定器能夠收納于機(jī)體內(nèi)部；

其中第一、第二測量裝置都包括外殼、底座、第一距離測量單元和第二距離測量單元，底座的上端與外殼的下端固定連接，第一距離測量單元和第二距離測量單元分別設(shè)置于底座的下端；第二距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且與第一距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向的夾角為5°，第一、二距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向在同一平面，并且第一、第二測量裝置的第一距離測量單元分別位于各自的第二距離測量單元的不同側(cè)；

第一、第二測量裝置的外殼的外壁上分別設(shè)置有測距傳感器，測距傳感器的設(shè)置位置在水平方向與標(biāo)定器的下沿齊平；

標(biāo)定器具有刻度，并且其在刻度范圍內(nèi)設(shè)置具有對(duì)測距傳感器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，并且實(shí)時(shí)的記錄感應(yīng)位置的感應(yīng)器；標(biāo)定器的下端設(shè)置有用于測量標(biāo)定器到地面的垂直距離的標(biāo)定傳感器。

其中，外殼的內(nèi)腔容納電子器件。

其中，標(biāo)定傳感器為高度測量傳感器。

本發(fā)明還提供了一種對(duì)基于雙向角度校正的無人機(jī)進(jìn)行校正控制的方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測量裝置和標(biāo)定器分別從飛行器的機(jī)臂和機(jī)體中伸出位于預(yù)期的位置；

(2)進(jìn)行初始化校準(zhǔn)：利用第一、第二測量裝置的測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)至標(biāo)定器，標(biāo)定器實(shí)時(shí)感應(yīng)測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的感應(yīng)位置，調(diào)整測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的發(fā)射角度使得發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器的0點(diǎn)；

(3)通過標(biāo)定器測量標(biāo)定器到地面的垂直距離，用測量得到的標(biāo)定器到地面的垂直距離減去測距傳感器的信號(hào)水平發(fā)射方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點(diǎn)之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第一距離和第一距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向關(guān)系，分別計(jì)算得到第一、第二測量裝置的第一測量單元發(fā)射方向上到地面的第二距離；

(5)利用第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元分別測量對(duì)應(yīng)方向上的第一、二測量距離，將第一、二測量距離分別和第一、二距離分別對(duì)比，如果兩者相同則進(jìn)入步驟(6)，否則則調(diào)整飛行器的傾斜角后，重復(fù)步驟(2)-(4)；

(6)通過測距傳感器測量到標(biāo)定器的0點(diǎn)的標(biāo)定距離；

(7)分別利用第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器實(shí)時(shí)測量，根據(jù)測量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一測量裝置的第一、二距離測量單元和第二測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第一測量裝置的測距傳感器和第二測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第二測量裝置的第一距離測量單元的一側(cè)調(diào)整；

b.如果第一測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第二測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第一測量裝置的第一距離測量單元和第二測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第一測量裝置的第一距離測量單元的一側(cè)調(diào)整；

c.如果第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器的測量路徑不變，則飛行器的傾斜角度不調(diào)整。

其中，飛行器的傾斜角度的調(diào)整方式為增大或減小對(duì)應(yīng)旋翼及其動(dòng)力裝置的功率。

其中，還包括步驟(8)：利用步驟(3)得到的第一距離和步驟(7)中第一距離測量單元實(shí)時(shí)測量的距離，通過三角函數(shù)得到傾斜角度。

其中，還包括步驟(9)：利用預(yù)存的校準(zhǔn)的測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的路徑長度對(duì)應(yīng)的刻度與傾斜角度的關(guān)系，通過感應(yīng)器實(shí)時(shí)感應(yīng)的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明的基于雙向角度校正的無人機(jī)及校正控制方法，可以實(shí)現(xiàn)：

1)實(shí)時(shí)獲取傾斜角度，動(dòng)態(tài)調(diào)整傾斜角度；

2)在現(xiàn)有角度測量后校正的基礎(chǔ)上，對(duì)傾斜角度進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)測量，能夠提高測量精度，監(jiān)測效率。

附圖說明

圖1為基于雙向角度校正的無人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為角度校正裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為標(biāo)定器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為角度校正原理示意圖

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施，有必要在此指出的是，以下實(shí)施只是用于本發(fā)明的進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種基于雙向角度校正的無人機(jī)及校正控制方法，如圖1、2所示，基于雙向角度校正的無人機(jī)包括機(jī)體10，兩個(gè)與機(jī)體10連接的機(jī)臂11，旋翼及其動(dòng)力裝置9，以及角度校正裝置1，校正裝置1的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，角度校正裝置包括第一、第二測量裝置和標(biāo)定器7，第一、二測量裝置分別通過連桿設(shè)置于兩個(gè)機(jī)臂11上，并且第一、第二測量裝置分別可以收縮后容納于兩個(gè)機(jī)臂11內(nèi)部，從而可以節(jié)約空間，提高效率的同時(shí)在測量裝置不工作時(shí)進(jìn)行保護(hù)，標(biāo)定器7通過柔性連接線設(shè)置于機(jī)體10上，并且標(biāo)定器7可收納于機(jī)體10內(nèi)部；

其中第一、第二測量裝置都包括外殼2、底座3、第一距離測量單元4、第二距離測量單元5，底座3的上端與外殼2的下端固定連接，外殼2的內(nèi)腔可容納電子器件，例如處理電路等；第一距離測量單元4、第二距離測量單元5分別設(shè)置于底座3的下端；第二距離測量單元5的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且與第一距離測量單元4的信號(hào)發(fā)射方向的夾角為5°，第一、二距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向在同一平面，并且第一、第二測量裝置的第二距離測量單元分別位于各自的第一距離測量單元5的不同側(cè)。

第一、第二測量裝置的外殼2的外壁上分別設(shè)置有測距傳感器6，測距傳感器6的設(shè)置位置在水平方向上與標(biāo)定器7的下沿齊平，即定標(biāo)器7的下沿與測距傳感器位于同一高度，這樣可以通過標(biāo)定器7來測量垂直距離，根據(jù)測量裝置的設(shè)計(jì)尺寸，通過標(biāo)定器7測量的垂直距離減去測距傳感器6的水平方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點(diǎn)之間的距離，得到在沒有發(fā)生傾斜時(shí)第二距離測量單元測量的垂直距離，通過計(jì)算同時(shí)得到第一距離測量單元到底面的距離。

在進(jìn)行校正工作時(shí)，因?yàn)闃?biāo)定器7受到重力的作用，而柔性連接線并不會(huì)限制標(biāo)定器7的移動(dòng)，因此，當(dāng)飛行器傾斜的時(shí)候，標(biāo)定器7依然會(huì)受到重力的作用，自身不會(huì)發(fā)生相對(duì)的傾斜，那么可以利用標(biāo)定器7進(jìn)行標(biāo)定。如圖3所示，標(biāo)定器7具有刻度，中間為0，向上為正，向下為負(fù)，并且其在刻度范圍內(nèi)具有感應(yīng)器，從而可以對(duì)測距傳感器6發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，實(shí)時(shí)的記錄感應(yīng)位置。

圖4為角度校正原理示意圖，首先，通過標(biāo)定器7進(jìn)行初始化校準(zhǔn)，，第一、第二測量裝置的測距傳感器6分別發(fā)射測距信號(hào)，并且發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器7的0點(diǎn)，在進(jìn)行校正的過程中，如果沒有發(fā)生傾斜，則第二距離測量單元5的信號(hào)發(fā)射方向垂直向下，并且第一距離測量單元4的信號(hào)發(fā)射方向與其夾角為5°。當(dāng)發(fā)生在某一方向的傾斜時(shí)，標(biāo)定器7受到重力的作用依然垂直向下，測距傳感器6的發(fā)射信號(hào)路徑e、f、第一、二距離測量單元的發(fā)射信號(hào)路徑a，b都會(huì)發(fā)生偏移，圖3為第一測量裝置的變化情況(第二裝置原理類似)，當(dāng)飛行器朝右側(cè)傾斜的時(shí)候，測距傳感器6的發(fā)射信號(hào)路徑e變短，發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器7的負(fù)刻度，第一、二距離測量單元的發(fā)射信號(hào)路徑a，b同時(shí)變大為a’，b’,那么通過判斷各個(gè)路徑就可以得到傾斜角度的情況，從而對(duì)飛行器進(jìn)行角度的調(diào)整。

本發(fā)明還提供了一種對(duì)基于雙向角度校正的無人機(jī)進(jìn)行校正控制的方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測量裝置和標(biāo)定器分別從飛行器的機(jī)臂和機(jī)體中伸出位于預(yù)期的位置；

(2)進(jìn)行初始化校準(zhǔn)：利用第一、第二測量裝置的測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)至標(biāo)定器，標(biāo)定器實(shí)時(shí)感應(yīng)測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的感應(yīng)位置，調(diào)整測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的發(fā)射角度使得發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定器的0點(diǎn)；

(3)通過標(biāo)定器測量標(biāo)定器到地面的垂直距離，用測量得到的標(biāo)定器到地面的垂直距離減去測距傳感器的信號(hào)水平發(fā)射方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點(diǎn)之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第一距離和第一距離測量單元的信號(hào)發(fā)射方向關(guān)系(5°的夾角)，分別計(jì)算得到第一、第二測量的第一測量單元發(fā)射方向上到地面的第二距離；

(5)利用第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元分別測量對(duì)應(yīng)方向上的第一、二測量距離，將第一、二測量距離分別和第一、二距離分別對(duì)比，如果兩者相同則進(jìn)入步驟(5)，否則則調(diào)整搭載平臺(tái)的傾斜角后，重復(fù)步驟(2)-(4)；

(6)通過測距傳感器測量到標(biāo)定器的0點(diǎn)的標(biāo)定距離；

(7)分別利用第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器實(shí)時(shí)測量，根據(jù)測量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一測量裝置的第一、二距離測量單元和第二測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第一測量裝置的測距傳感器和第二測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第二測量裝置的第一距離測量單元的一側(cè)調(diào)整；

b.如果第一測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第二測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第一測量裝置的第一距離測量單元和第二測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則飛行器的傾斜角度向第一測量裝置的第一距離測量單元的一側(cè)調(diào)整；

c.如果第一、第二測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器的測量路徑不變，則飛行器的傾斜角度不調(diào)整。

其中，飛行器的傾斜角度的調(diào)整方式為增大或減小對(duì)應(yīng)旋翼及其動(dòng)力裝置的功率。

其中，利用預(yù)存的校準(zhǔn)的測距傳感器發(fā)射測距信號(hào)的路徑長度對(duì)應(yīng)的刻度與傾斜角度的關(guān)系，通過感應(yīng)器實(shí)時(shí)感應(yīng)的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明中的參數(shù)部分可以通過直接設(shè)置、測量的方式獲取，其他參數(shù)可以通過計(jì)算或其他本領(lǐng)域公知的方式獲得，另外本發(fā)明是在在不明顯傾斜的情況下進(jìn)行的精確微調(diào)整，對(duì)于一些傾斜較大，或者極端的情況下不適用的技術(shù)方案都應(yīng)當(dāng)排除，本發(fā)明是在合理的預(yù)期下完成，任何不適用的參數(shù)、公式、方案也都應(yīng)排除。

盡管為了說明的目的，已描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不脫離所附權(quán)利要求中公開的發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍，并且本發(fā)明要求保護(hù)的產(chǎn)品各個(gè)部門和方法中的各個(gè)步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對(duì)本發(fā)明中所公開的實(shí)施方式的描述并非為了限制本發(fā)明的范圍，而是用于描述本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不受以上實(shí)施方式的限制，而是由權(quán)利要求或其等同物進(jìn)行限定。