一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法与流程

本发明涉及无人直升机，具体而言，涉及一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法。

背景技术：

1、当今，无人直升机以自身独特的优势获得了极大的发展，在军用、警用、国土安全、灾害预警、电网巡检、航拍等诸多领域有着广泛应用。特别是在大载重应急救援、空投物质、物流运输等领域，无人直升机发挥着重要的作用。

2、采用吊挂装置对吊挂载荷进行运输和空投的方式既不用太多考虑吊挂载荷的装卸货方式，也不需考虑无人直升机容积的限制，若采用触地投放模式还不用增加额外的空投伞装置。

3、现有的吊挂装置简单，均需要上位机对吊挂载荷的投放进行控制，而且几乎没有吊挂载荷监测功能，不能完全实现全自主的吊挂载荷运输和投放控制。因此，无人直升机在吊挂载荷运输过程中，需要建立一套吊挂载荷监控系统，来监控吊挂载荷在运输或投放状态下对无人直升机飞行姿态造成的影响，必要时，可应急投放吊挂载荷，保障无人直升机的飞行安全。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在无人直升机缺少吊挂载荷监测功能，无法实时获取吊挂载荷的状态信息，难以避免飞行过程中存在的安全隐患，影响无人直升机的飞行安全；以及难以完全实现根据吊挂载荷的状态信息进行自主精准投放的技术问题之一。

2、为此，本发明提供了一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法。

3、本发明提供的一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法，采用无人直升机吊挂载荷监测装置对吊挂载荷投放过程进行监测控制，所述无人直升机吊挂载荷监测装置包括：

4、测力传感单元，用于检测吊绳对吊挂载荷的拉力；

5、倾角传感单元，用于检测吊挂载荷的倾角、俯仰角度和角加速度；

6、接近信号单元，用于检测挂钩的开关状态；

7、第一开钩作动器，与所述挂钩相连，用于控制挂钩的开关；

8、第二开钩作动器，与所述挂钩相连，用于控制挂钩的开关；

9、控制单元，分别与测力传感单元、倾角传感单元、接近信号单元、第一开钩作动器、第二开钩作动器信号连接，用于监控吊挂载荷状态，并融合上位机下发的无人直升机状态信息，通过人为控制或自动控制完成吊挂载荷的投放；所述控制单元控制吊挂载荷投放时，优先操控第一开钩作动器打开或关闭挂钩，当第一开钩作动器控制能力失效时，所述控制单元操控第二开钩作动器打开或关闭挂钩。

10、所述方法包括以下步骤：

11、将吊挂载荷通过挂钩装载在无人直升机上，完成装载后关闭挂钩；

12、控制单元根据测力传感单元、倾角传感单元和接近信号单元的检测信号进行计算分析，获取吊挂载荷重量、吊挂载荷姿态、挂钩状态信息；

13、设定投放模式为空投模式或触地投放模式；

14、控制单元实时监测吊挂载荷的重量信息、倾角信息以及挂钩状态，并在吊挂载荷的重量和/或倾角超出设定阈值或挂钩异常打开时，发出告警信号；

15、当系统工作正常、未收到告警信号时，控制单元判定无人直升机到达设定的投放点后，人工执行或自动控制执行投放指令操作，即控制第一开钩作动器打开挂钩；当系统工作异常、收到告警信号时，人工或自动判断是否继续进行投放操作，若继续，则人工执行或自动控制执行投放指令，即控制第一开钩作动器打开挂钩；若不继续，则人工执行或自动控制执行操作终止指令；

16、当发出投放指令后，挂钩处于关闭状态持续时间超过设定阈值，控制单元控制第二开钩作动器打开挂钩，完成吊挂载荷投放。

17、根据本发明上述技术方案的一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法，还可以具有以下附加技术特征：

18、在上述技术方案中，所述测力传感单元通过电阻应变计和惠斯通电桥将吊绳承载时的拉应变转换为第一电压信号，所述控制单元根据第一电压信号计算吊绳的拉力。

19、在上述技术方案中，所述倾角传感单元包括陀螺仪和加速度计，并将测量的吊挂载荷静态重力加速度转换为倾角变化，从而得到吊挂载荷的倾角、俯仰角度以及角加速度信息。

20、在上述技术方案中，所述控制单元还用于根据吊绳的拉力、吊挂载荷的倾角和角加速度对吊挂载荷的重量进行监测；其中，吊挂载荷重量m的计算方法如下：

21、

22、其中， t为吊绳拉力， g为重力加速度，为吊挂载荷的倾角，l为吊挂载荷摆长，为吊挂载荷的摆动角速度。

23、在上述技术方案中，所述接近信号单元包括感应电路，当挂钩关闭或打开时，感应电路将感应到的电流信号通过内置的开关管将电流信号转化为高低电平信号，所述控制单元根据高低电平信号判定挂钩的打开/关闭状态。

24、在上述技术方案中，所述第一开钩作动器和第二开钩作动器构成双余度电作动器，所述双余度电作动器的电作动设备包括伸缩电磁铁、旋转舵机或直线舵机。

25、在上述技术方案中，所述控制单元包括：

26、电源模块，分别与测力传感单元、倾角传感单元、接近信号单元、第一开钩作动器和第二开钩作动器电连接，所述电源模块用于控制单元内部供电以及将外部输入的电压信号转换为测力传感单元、倾角传感单元、接近信号单元、第一开钩作动器和第二开钩作动器所需的供电电源；

27、信号采集电路，分别与测力传感单元和接近信号单元信号连接；

28、通信模块，包括rs485隔离电路和rs422隔离电路，所述rs485隔离电路与倾角传感单元信号连接，所述rs422隔离电路与无人直升机信号连接；

29、数据处理模块，分别与信号采集电路、通信模块和作动器相连，用于对测力传感单元、倾角传感单元、接近信号单元提供的输入信号进行分析计算，从而得到吊钩和吊挂载荷的状态信息，以及将作动器控制信号输入至第一开钩作动器和/或第二开钩作动器从而控制作动器动作。

30、在上述技术方案中，所述信号采集电路包括运算放大电路、整流滤波电路和信号衰减电路；

31、所述测力传感单元的输出信号经过运算放大电路和整流滤波电路进行信号处理后输入至数据处理模块；

32、所述接近信号单元的输出信号经过信号衰减电路进行信号处理后输入至数据处理模块。

33、在上述技术方案中，所述数据处理模块设有传感器标定程序，用于对测力传感单元和倾角传感单元进行校准。

34、本发明还提供了一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法，采用如上述技术方案中任一项所述的一种无人直升机吊挂载荷投放监控方法对吊挂载荷投放过程进行监测控制，包括以下步骤：

35、将吊挂载荷通过挂钩装载在无人直升机上，完成装载后关闭挂钩；

36、控制单元根据测力传感单元、倾角传感单元和接近信号单元的检测信号进行计算分析，获取吊挂载荷重量、吊挂载荷姿态、挂钩状态信息；

37、设定投放模式为空投模式或触地投放模式；

38、控制单元实时监测吊挂载荷的重量信息、倾角信息以及挂钩状态，并在吊挂载荷的重量和/或倾角超出设定阈值或挂钩异常打开时，发出告警信号；

39、当系统工作正常、未收到告警信号时，控制单元判定无人直升机到达设定的投放点后，人工执行或自动控制执行投放指令操作，即控制第一开钩作动器打开挂钩；当系统工作异常、收到告警信号时，人工或自动判断是否继续进行投放操作，若继续，则人工执行或自动控制执行投放指令，即控制第一开钩作动器打开挂钩；若不继续，则人工执行或自动控制执行操作终止指令；

40、当发出投放指令后，挂钩处于关闭状态持续时间超过设定阈值，控制单元控制第二开钩作动器打开挂钩，完成吊挂载荷投放。

41、综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：

42、本发明提出的一种对无人直升机吊挂载荷监测装置和投放监控方法，既实现吊挂载荷投放装置挂钩状态的检测、也实现了吊挂载荷的正常投放/应急投放的控制，同时，利用倾角传感单元和测力传感单元建立了吊挂载荷的摆动角度和重量监测系统。本发明通过上位机下发的无人直升机状态信息和监测系统的数据，实现对吊挂载荷全程监控和全自动投放。

43、监测装置对吊挂载荷进行状态监控，同时接受上位机下发的无人直升机状态信息，按照内部的投放控制策略，可在吊挂载荷进行空中投放和触地投放两种模式下实现人工/自动投放、断链自主投放。在无人直升机或吊挂载荷出现异常的状态下实现告警提示，在严重影响无人直升机安全的状态下能够对吊挂载荷进行的应急投放，以保障无人直升机飞行安全。

44、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。