本發(fā)明屬于多旋翼無人機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種無人機(jī)載荷自識(shí)別與參數(shù)自匹配方法及地面自適應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：無人機(jī)的姿態(tài)控制多采用pid控制原理，通過無人機(jī)三軸方向各自的p(比例)、i(積分)、d(微分)三個(gè)控制參數(shù)(簡稱pid參數(shù))來調(diào)節(jié)無人機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定性；三軸即無人機(jī)的俯仰軸、橫滾軸、自轉(zhuǎn)軸，每個(gè)軸向上的pid參數(shù)均與無人機(jī)整體的重量、重心位置、結(jié)構(gòu)特征、動(dòng)力性能有關(guān)，若某個(gè)軸向上的pid參數(shù)不匹配，則可能會(huì)影響到無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性，導(dǎo)致無人機(jī)飛行時(shí)出現(xiàn)姿態(tài)抖動(dòng)，來回晃動(dòng)，抗風(fēng)性能變差等現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化功能的無人機(jī)，其功能、結(jié)構(gòu)、所搭載的任務(wù)載荷是確定的，通常是在出廠前將調(diào)校好的三軸方向的參數(shù)存入無人機(jī)飛行控制器；其優(yōu)點(diǎn)在于用戶可以免調(diào)試直接使用，但是這套參數(shù)只適應(yīng)單一的場(chǎng)景，功能上不具備可擴(kuò)展性；對(duì)于定制化的無人機(jī)，用戶可以自行組裝，根據(jù)需求搭配任務(wù)載荷以實(shí)現(xiàn)不同的功能；但由于不同的載荷其重量、重心不同，不同的載荷掛載到無人機(jī)上后，對(duì)整機(jī)的重心、重量所產(chǎn)生的影響不同；若更換載荷后不做參數(shù)調(diào)整直接起飛執(zhí)行任務(wù)，將會(huì)影響整機(jī)的飛行穩(wěn)定性；現(xiàn)有技術(shù)在更換載荷后的調(diào)整是通過對(duì)無人機(jī)的飛行控制器重新寫入pid參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，而未實(shí)現(xiàn)在更換載荷后自動(dòng)地進(jìn)行控制參數(shù)匹配。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種無人機(jī)載荷自識(shí)別與參數(shù)自匹配方法及地面自適應(yīng)系統(tǒng)；其目的在于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對(duì)所搭載載荷的自動(dòng)識(shí)別以及控制參數(shù)自動(dòng)匹配，以解決標(biāo)準(zhǔn)化的無人機(jī)不具備功能擴(kuò)展性、定制化的無人機(jī)在更換載荷后不具備控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)整功能的問題，以使得一套無人機(jī)可適配多種載荷，并且不需要進(jìn)行任何現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置就能發(fā)揮出最佳飛行穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無人機(jī)載荷自識(shí)別方法，當(dāng)載荷搭載到無人機(jī)上，由無人機(jī)的飛行控制器向載荷發(fā)送查詢指令，載荷根據(jù)接收到的查詢指令向飛行控制器發(fā)送包含載荷編號(hào)的應(yīng)答信息，飛行控制器從接收到的應(yīng)答信息中解析出載荷編號(hào)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)載荷的自動(dòng)識(shí)別。優(yōu)選地，上述無人機(jī)載荷自識(shí)別方法，其查詢指令的幀格式為：幀頭、有效字節(jié)數(shù)、幀序號(hào)、系統(tǒng)號(hào)、組件號(hào)、指令碼、有效數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼。優(yōu)選地，上述無人機(jī)載荷自識(shí)別方法，其應(yīng)答消息的幀格式為：幀頭、有效字節(jié)數(shù)、幀序號(hào)、系統(tǒng)號(hào)、組件號(hào)、指令碼、有效數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼；其中，有效數(shù)據(jù)包括載荷編號(hào)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種無人機(jī)地面自適應(yīng)系統(tǒng)，包括主控模塊、無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊；無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊均與主控模塊相連；其中，無人機(jī)控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送無人機(jī)飛行控制指令、獲取無人機(jī)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據(jù)當(dāng)前無人機(jī)當(dāng)前搭載的載荷打開當(dāng)前載荷所對(duì)應(yīng)的控制界面，并隱藏其他界面；主控模塊則用于根據(jù)外部輸入指令將系統(tǒng)任務(wù)分配到無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數(shù)和資源，存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種無人機(jī)參數(shù)自匹配方法，在飛行控制器內(nèi)預(yù)存(n+1)組控制參數(shù)p0、p1、p2、…、px、…、pn；若飛行控制器未識(shí)別出載荷編號(hào)，則以第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整；若飛行控制器識(shí)別出載荷編號(hào)x，則調(diào)取第x組控制參數(shù)px來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，由此實(shí)現(xiàn)在預(yù)設(shè)的載荷類型范圍內(nèi)不論更換什么類型的載荷均可以達(dá)到最佳控制效果的目的，不會(huì)因?yàn)楦鼡Q載荷而影響無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性；其中，1≤x≤n；其中，p0是無人機(jī)空載狀態(tài)的飛行姿態(tài)控制參數(shù)，p1、p2、…、px、…、pn是與預(yù)設(shè)的n種載荷一一對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)。優(yōu)選地，上述無人機(jī)參數(shù)自匹配方法，每組控制參數(shù)包括載荷類型、開關(guān)編碼、關(guān)鍵字節(jié)、以及飛行姿態(tài)控制參數(shù)；其中，飛行姿態(tài)控制參數(shù)包括俯仰軸、橫滾軸和轉(zhuǎn)向軸方向的pid控制參數(shù)。優(yōu)選地，上述無人機(jī)參數(shù)自匹配方法，具體包括如下步驟：(1)系統(tǒng)初始化，包括無人機(jī)各模塊自檢，與載荷進(jìn)行握手通信，確定載荷的狀態(tài)與載荷編號(hào)，與地面控制系統(tǒng)握手通信確認(rèn)載荷型號(hào)和載荷功能；(2)由無人機(jī)的飛行控制器向載荷發(fā)送載荷類型查詢命令；(3)判斷是否接收到載荷反饋的載荷類型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀，若是，則從接收到的載荷類型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀中解析出載荷編號(hào)x，并進(jìn)入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整；(4)判斷載荷編號(hào)x是否滿足1≤x≤n，若是，則進(jìn)入步驟(5)；若否，則表明系統(tǒng)異常，則鎖死無人機(jī)的飛行控制器和動(dòng)力系統(tǒng)并發(fā)送報(bào)警提示；(5)則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第x組控制參數(shù)px作為當(dāng)前控制參數(shù)來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果。(1)本發(fā)明提供的無人機(jī)載荷自識(shí)別方法，根據(jù)飛行控制器與載荷端之間預(yù)設(shè)的協(xié)議，通過載荷編號(hào)來進(jìn)行載荷識(shí)別，可在載荷搭載到無人機(jī)上后實(shí)現(xiàn)載荷的自動(dòng)識(shí)別；(2)本發(fā)明提供的無人機(jī)參數(shù)自匹配方法，基于載荷自動(dòng)識(shí)別機(jī)制，在識(shí)別出載荷類型、并根據(jù)載荷類型數(shù)據(jù)幀獲取到載荷的重量、體積、重心等影響飛行的關(guān)鍵參數(shù)之后，以載荷類型為依據(jù)自動(dòng)從飛行控制器內(nèi)預(yù)存的多組控制參數(shù)中調(diào)取與載荷匹配的控制參數(shù)來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力調(diào)整，以提供與載荷匹配的動(dòng)力輸出，并自動(dòng)依據(jù)載荷類型通過控制參數(shù)進(jìn)行飛行姿態(tài)調(diào)整，以自適應(yīng)各類載荷對(duì)無人機(jī)本身的重心所產(chǎn)生的影響；可擴(kuò)展性更強(qiáng)，可以適配多種不同的任務(wù)載荷，并且不需要進(jìn)行任何現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置就能發(fā)揮出最穩(wěn)定的飛行性能，可在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)在整機(jī)額定載重范圍內(nèi)各種重量、形狀、類型的任務(wù)載荷進(jìn)行自動(dòng)匹配，且均能實(shí)現(xiàn)很好的抗風(fēng)和自穩(wěn)定性能；(3)本發(fā)明提供的無人機(jī)地面自適應(yīng)系統(tǒng)，基于載荷自動(dòng)識(shí)別功能，可自動(dòng)激活載荷所對(duì)應(yīng)的控制界面，自動(dòng)屏蔽與當(dāng)前載荷功能無關(guān)的界面，實(shí)現(xiàn)了地面控制系統(tǒng)智能化，并為多機(jī)協(xié)同的集群控制方式提供了更好的基礎(chǔ)功能解決方案。附圖說明圖1是實(shí)施例提供的無人機(jī)載荷自識(shí)別方法中無人機(jī)與載荷之間的信號(hào)交互示意圖；圖2是實(shí)施例提供的無人機(jī)參數(shù)自匹配方法的流程示意圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實(shí)施例提供的無人機(jī)載荷自識(shí)別方法，其無人機(jī)與載荷之間具有一個(gè)互相匹配的接口，具體如圖1所示，對(duì)于無人機(jī)端而言，該接口包括電源端、接地端、信號(hào)發(fā)端、信號(hào)收端；對(duì)于載荷端而言，該接口包括電源端、接地端、信號(hào)收端、信號(hào)發(fā)端；無人機(jī)端與載荷端的電源端、接地端一一對(duì)應(yīng)地連接，無人機(jī)端的信號(hào)發(fā)端與載荷端的信號(hào)收端相連，無人機(jī)端的信號(hào)收端與載荷端的信號(hào)發(fā)端相連。當(dāng)載荷搭載到無人機(jī)上，飛行控制器上電后，首先通過無人機(jī)端接口的信號(hào)發(fā)端向載荷發(fā)送查詢指令，載荷在接收到查詢指令后通過載荷端接口的信號(hào)發(fā)端向無人機(jī)發(fā)送應(yīng)答消息，無人機(jī)的飛行控制器在接收到應(yīng)答消息后對(duì)應(yīng)答消息進(jìn)行解析，識(shí)別出載荷類型；實(shí)施例中，查詢指令的幀格式如表1所列，應(yīng)答消息的幀格式如表2所列。表1查詢指令的幀格式幀頭有效字節(jié)數(shù)幀序號(hào)系統(tǒng)號(hào)組件號(hào)指令碼有效數(shù)據(jù)效驗(yàn)碼0xaa0x01i0x000x000x350x01crc表2應(yīng)答消息的幀格式本實(shí)施例中，查詢指令中的指令碼0x35表示查詢載荷編號(hào)的指令，載荷收到查詢指令解析出0x35指令后向消息發(fā)出者反饋0x36指令，0x36指令表示載荷類型應(yīng)答消息；應(yīng)答消息接收者根據(jù)有效數(shù)據(jù)字段中第二個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)來確定載荷編號(hào)。在根據(jù)載荷編號(hào)識(shí)別出載荷類型之后，根據(jù)圖2所示的流程進(jìn)行無人機(jī)參數(shù)自匹配，具體包括如下步驟：(1)系統(tǒng)初始化，包括無人機(jī)各模塊自檢，與載荷進(jìn)行握手通信，確定載荷的狀態(tài)與載荷編號(hào)，與地面控制系統(tǒng)握手通信確認(rèn)載荷型號(hào)和載荷功能；(2)由無人機(jī)的飛行控制器向載荷發(fā)送載荷類型查詢命令；(3)判斷是否接收到載荷反饋的載荷類型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀，若是，則從接收到的載荷類型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀中解析出載荷編號(hào)x，并進(jìn)入步驟(4)；若否，則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第0組控制參數(shù)p0作為當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)值來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，并進(jìn)入步驟(6)；本實(shí)施例中，第0組控制參數(shù)p0是無人機(jī)空載狀態(tài)的飛行姿態(tài)控制參數(shù)；(4)判斷是否滿足1≤x≤n，若是，則進(jìn)入步驟(5)；若否，則表明系統(tǒng)異常，則鎖死無人機(jī)的飛行控制器和動(dòng)力系統(tǒng)并發(fā)送報(bào)警提示；(5)則以飛行控制器內(nèi)預(yù)存的第x組控制參數(shù)px作為當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)值來控制無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配以及飛行姿態(tài)調(diào)整，并進(jìn)入步驟(6)；本實(shí)施例中，控制參數(shù)px包括載荷類型、開關(guān)編碼、關(guān)鍵字節(jié)、載荷供電電壓，載荷供電電流，功率，通信頻率、以及飛行姿態(tài)控制參數(shù)中的一種或幾種；其中，飛行姿態(tài)控制參數(shù)包括俯仰軸、橫滾軸、轉(zhuǎn)向軸三軸方向的三組pid控制參數(shù)；(6)等待其他控制指令；其中，控制指令包括獲取地面控制系統(tǒng)發(fā)送的無人機(jī)狀態(tài)指令，讀取無人機(jī)內(nèi)部參數(shù)指令、飛行任務(wù)規(guī)劃指令等，這些指令與控制參數(shù)自匹配無關(guān)。本實(shí)施例所提供的無人機(jī)參數(shù)自匹配方法，所采用的載荷類型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀內(nèi)僅包含載荷編號(hào)；與載荷類型所對(duì)應(yīng)的重量、體積、重心等載荷參數(shù)與無人機(jī)匹配的各種控制參數(shù)已經(jīng)預(yù)先調(diào)試好并存儲(chǔ)在飛行控制器中。本發(fā)明提供的無人機(jī)載荷自動(dòng)識(shí)別與控制參數(shù)自匹配方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)化的無人機(jī)功能不具備擴(kuò)展性、定制化的無分機(jī)在更換載荷后不具備控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)整功能的問題；本實(shí)施例中所采用的無人機(jī)可以搭載n種不同的載荷，因此具有n種無人機(jī)與載荷的組合，對(duì)每種組合而言，有一套最佳匹配的三軸pid控制參數(shù)；通過對(duì)這n種組合預(yù)先進(jìn)行調(diào)試以獲取每種組合的最佳三軸pid控制參數(shù)；將n組最佳三軸pid控制參數(shù)預(yù)存到飛行控制器中，并在飛行控制器的控制協(xié)議集中增加一條新的指令，該指令用于實(shí)現(xiàn)飛行控制器與地面控制系統(tǒng)查詢載荷的種類；由此，可實(shí)現(xiàn)在一架無人駕駛搭載n種任務(wù)載荷，在載荷更換后進(jìn)行載荷自動(dòng)識(shí)別和控制參數(shù)匹配，并且在載荷更換之后不需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)試。現(xiàn)有的無人機(jī)地面控制系統(tǒng)主要包含兩個(gè)功能模塊，一是針對(duì)于無人機(jī)本身的功能模塊，用于發(fā)送飛行控制指令、獲取無人機(jī)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；二是針對(duì)載荷的功能模塊，用于發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)等；由于不同的載荷所對(duì)應(yīng)的功能不同，控制方式也不同；現(xiàn)有技術(shù)中的這種無人機(jī)地面控制系統(tǒng)并不能自動(dòng)根據(jù)所搭載的載荷自動(dòng)呈現(xiàn)與該載荷相匹配的控制界面和顯示界面，需要人工干預(yù)，當(dāng)操作者確認(rèn)無人機(jī)搭載的載荷類型后，再人工選擇控制界面。基于本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的無人機(jī)載荷自動(dòng)識(shí)別功能，實(shí)施例提供了一種無人機(jī)地面自適應(yīng)系統(tǒng)，包括主控模塊、無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊；所述無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊和界面控制模塊均與主控模塊相連；其中，無人機(jī)控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送無人機(jī)飛行控制指令、獲取無人機(jī)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；載荷控制模塊用于在主控模塊的控制下發(fā)送載荷控制指令、獲取載荷的傳感器數(shù)據(jù)；界面控制模塊用于在主控模塊的控制下根據(jù)當(dāng)前無人機(jī)當(dāng)前搭載的載荷打開當(dāng)前載荷所對(duì)應(yīng)的控制界面，并隱藏?zé)o關(guān)界面；主控模塊則用于根據(jù)外部輸入指令將系統(tǒng)任務(wù)分配到無人機(jī)控制模塊、載荷控制模塊或界面控制模塊，并管理全局參數(shù)和資源，存儲(chǔ)系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)，包括載荷的傳感器數(shù)據(jù)，飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)等。本實(shí)施例提供的這種無人機(jī)地面自適應(yīng)系統(tǒng)可根據(jù)無人機(jī)當(dāng)前搭載的載荷自動(dòng)打開當(dāng)前載荷所對(duì)應(yīng)的控制界面，而將其他界面隱藏，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度；這一功能在實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群控制時(shí)尤為重要。無人機(jī)集群控制即在同一時(shí)刻，一個(gè)無人機(jī)地面控制系統(tǒng)連接到多臺(tái)無人機(jī)并進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，多臺(tái)無人機(jī)可能會(huì)搭載多種的載荷，相互配合以完成一項(xiàng)復(fù)雜任務(wù)。傳統(tǒng)的集群控制方式是先設(shè)定好不同無人機(jī)所搭載的載荷，并根據(jù)各載荷的功能編制對(duì)應(yīng)的作業(yè)程序；由于地面控制系統(tǒng)與空中系統(tǒng)(無人機(jī)與載荷)之間沒有確認(rèn)實(shí)際載荷類型的反饋機(jī)制，若在此環(huán)節(jié)載荷匹配出錯(cuò)，則可能出現(xiàn)載荷功能誤動(dòng)作或載荷失控等情況；本發(fā)明所提供的無人機(jī)自動(dòng)載荷自動(dòng)識(shí)別方法，則可以解決載荷匹配出現(xiàn)錯(cuò)的問題，而本發(fā)明提供的無人機(jī)地面自適應(yīng)系統(tǒng)，則可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)無人機(jī)和載荷的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)整體智能化程度大大提高。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12