[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

说明书

本发明公开了一种在无线充电条件下稳定悬停的小型无人机及其控制方法，包括旋翼无人机、光流模块、接收线圈以及AC‑DC整流模块，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；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；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与旋翼无人机的微处理器相连。本无人机使用了光流模块与激光测距技术、九轴传感器来保证无人机在无线供电、充电条件下稳定悬停。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体而言涉及一种在无线充电条件下稳定悬停的小型无人机及其控制方法。

背景技术

无线输电技术是近年来急速普及开来的一种新兴技术。由于无线输电技术的迅速发展，将无线输电与无人机相结合的研究也在逐渐开展。帝国理工的课题组已可以使小型无人机在仅用充电线圈供电下，距地飞行12厘米。但由于未对无人机进行控制，帝国理工的课题组使用细线限制了无人机的飞行位置；其可以在无线充电线圈上方12cm范围内飞行，但此无人机无法实现较为稳定的悬停。另外，由于无线充电、供电条件下，无人机附近存在快速交替变化的磁场，该磁场可对无人机内部的位置传感器造成影响，从而影响无人机的稳定飞行。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种在无线充电 条件下稳定悬停的小型无人机及其控制方法，解决了即使无线充电条件下，仍能稳定的定点悬停的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：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。

本发明的另一目的是提供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，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；

（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；