[发明专利]在无线充电条件下稳定悬停的小型无人机及其控制方法

权利要求书

1.一种在无线充电条件下稳定悬停的小型无人机的控制方法，其特征在于，所述一种在无线充电条件下稳定悬停的小型无人机，包括旋翼无人机、固定安装在旋翼无人机上的光流模块、接收线圈以及AC-DC整流模块，所述旋翼无人机带有九轴传感器和电池，接收线圈与AC-DC整流模块的输入端相连，AC-DC整流模块的输出端为电池充电；

所述光流模块包括微处理器、摄像头、激光测距芯片以及六轴传感器，

摄像头用于采集图像信息；

激光测距芯片用于测量光流模块与地面间的距离；

六轴传感器用于测量光流模块的姿态；

所述摄像头、激光测距芯片以及六轴传感器均与光流模块的微处理器电连接，光流模块的微处理器通过串口与旋翼无人机的微处理器相连；

该方法包括如下步骤：

（1）微处理器接收摄像头采集的图像信息，对相邻两帧的图像进行光流法处理，得到图像的光流数据，再将光流数据与光流模块的姿态进行滤波融合，融合后使用距离进行补偿，得到光流模块实际输出的光流数据，将光流数据进行积分，得到旋翼无人机的位移数据；

所述将光流数据与光流模块的姿态进行滤波融合，具体如下：

为x轴滤波融合后的数据， 为原始的x轴光流数据，gyro为六轴传感器的陀螺仪测得的x轴的角速度数据，K为大于gyro的常数；同理，可得为y轴滤波融合后的数据；

当旋翼无人机的微处理器接收光流数据前，需对光流数据进行补偿，补偿方法如下：

（1）在旋翼无人机上放置标记点；

（2）采用OptiTrack动作捕捉系统，对标记点进行坐标定位，将旋翼无人机从第一位置移到第二位置，得到两个位置的坐标，从而得到从第一位置移到第二位置间的x轴和y轴方向的位移；

（3）将光流数据进行积分，分别得到x轴和y轴方向的位移；

（4）使步骤（3）得到的x轴和y轴方向的位移的数值趋近于步骤（2）得到的x轴和y轴方向的位移的数值，从而完成光流数据的补偿；

（2）当旋翼无人机的微处理器检测到九轴传感器中的磁力计的X轴输出超出设定的范围时，旋翼无人机的微处理器接收旋翼无人机的位移数据，位移数据输入到位置PID控制器，位置PID控制器输出旋翼无人机的姿态设定值给旋翼无人机，实现旋翼无人机的姿态控制；

（3）位置PID控制器的输入是步骤（2）中所述的位移数据，输出是角度设定值，即旋翼无人机的姿态设定值；角度设定值与角度测量值一同输入至角度PID控制器，角度PID控制器输出角速度设定值；角速度设定值与角速度测量值作为角速度PID控制器的输入，角速度PID控制器的输出直接控制旋翼无人机各电机的转速，进而控制旋翼无人机的姿态；

（4）旋翼无人机的角速度测量值由旋翼无人机中的九轴传感器中的三轴陀螺仪进行测量，旋翼无人机的瞬时角度测量值由旋翼无人机中的九轴传感器中的三轴加速度计与上述三轴陀螺仪测得的瞬时角速度经互补滤波融合后得到；

（5）由位置PID控制器、角度PID控制器、角速度PID控制器构成旋翼无人机位置控制回路来实现无人机稳定悬停。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述光流法为L-K光流法、块匹配光流法、或稀疏光流法。