CN105253301A - 多轴飞行器的飞行控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴飞行器的飞行控制方法及装置，其方法包括：飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统是否发生异常；当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整其对轴动力系统，使所述多轴飞行器能够平稳降落。本发明解决了现有技术中多轴飞行器的任一动力系统发生异常后，多轴飞行器无法保持平衡的问题，使得多轴飞行器在任一动力系统发生异常后仍能平稳降落。

Description

多轴飞行器的飞行控制方法及装置

技术领域

本发明涉及飞行器飞行控制领域，尤其涉及多轴飞行器的飞行控制方法及装置。

背景技术

目前，多轴飞行器广泛应用于民用、商用及军事领域，在民用领域，越来越多的极限运动爱好者使用多轴飞行器进行摄录，在商用领域，除搭载摄像设备对各项体育赛事进行跟踪航拍以外，并已进入物流行业，可以将货物送往人力配送较难、较慢的偏远地区，因此，多轴飞行器有着广泛的应用范围及广阔的市场前景。

现有的多轴飞行器由于使用多轴动力系统提供动力并维持平衡，因此，在任一动力系统发生异常后，将导致多轴动力系统失去平衡而坠毁，造成飞行器及所载物品的损坏，并有可能对其他人员或物品造成伤害。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多轴飞行器的飞行控制的方法及装置，旨在解决当多轴飞行器任一动力系统发生异常后，多轴飞行器无法保持平衡并平稳降落的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种多轴飞行器的飞行控制方法，其特征在于，所述多轴飞行器包括多个对轴设计的动力系统，所述多轴飞行器的飞行控制方法包括以下步骤：

飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统中任一动力系统是否发生异常，所述异常包括：动力系统完全失效和动力系统未完全失效；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落。

优选地，判断所述动力系统完全失效的步骤包括：

判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

优选地，判断所述动力系统异常的步骤包括：

判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，则控制对应的动力系统的电机输出量增大一预设值或控制所述对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值；

预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低且未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

优选地，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统未完全失效后，调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量或调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落。

优选地，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

当检测到任一动力系统完全失效后，所述飞行控制系统激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

飞行控制系统根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和所述姿态的轴输出量调整所述对轴动力系统的电机输出量和输出方向。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种多轴飞行器的飞行控制装置，其特征在于，所述多轴飞行器包括多个对轴设计的动力系统，所述多轴飞行器的飞行控制装置包括：

异常检测判断模块，用于检测所述多个对轴设计的动力系统是否发生异常；

动力调整模块，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落。

优选地，所述异常检测判断模块包括：

完全失效判断单元，用于判断所述动力系统是否完全失效；

其中，完全失效判断单元包括：

倾斜度判断组件，用于判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

最大动力输出组件，用于当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

动力完全失效判断组件，用于在控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，当检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低的情况下，判断所述对应的动力系统已完全失效。

优选地，所述所述异常检测判断模块包括:

异常判断单元，用于判断所述动力系统是否异常；

其中，异常判断单元包括：

倾斜度判断组件，用于判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

动力输出控制组件，用于当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，则控制对应的动力系统的电机输出量增大一预设值或控制所述对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值；

异常状态判断单元，用于动力输出控制组件控制动力输出预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低且未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

优选地，所述动力调整模块包括：

完全失效调整单元，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

未完全失效调整单元，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统未完全失效后，调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量或调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落。

优选地，所述完全失效调整单元包括：

激活组件，用于当检测到任一动力系统完全失效后，激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

动力系统调整组件，用于根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和所述姿态的轴输出量调整所述对轴动力系统的电机输出量和输出方向。

本发明实施例提出的一种多轴飞行器的飞行控制方法及装置，通过飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统中任一动力系统是否发生异常；当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，则调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落，实现了当多轴飞行器任一动力系统发生异常后，多轴飞行器仍能平稳降落的飞行控制技术。

附图说明

图1为本发明多轴飞行器的飞行控制方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明多轴飞行器的飞行控制方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明多轴飞行器的飞行控制方法第三实施例的流程示意图；

图4为本发明多轴飞行器的飞行控制方法第四实施例的流程示意图；

图5为本发明多轴飞行器的飞行控制方法第五实施例的流程示意图；

图6为本发明多轴飞行器的飞行控制装置第一实施例的功能模块示意图；

图7为本发明多轴飞行器的飞行控制装置第二实施例的功能模块示意图；

图8为本发明多轴飞行器的飞行控制装置第三实施例的功能模块示意图；

图9为本发明多轴飞行器的飞行控制装置第四实施例的功能模块示意图；

图10为本发明四轴飞行器对轴设计的结构示意图；

图11为本发明四旋翼飞行器的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主要解决方案是：飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统中任一动力系统是否发生异常；当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，则调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落。

由于现有技术在多轴飞行器任一动力系统异常后，不能保持平衡，容易导致所述多轴飞行器坠毁。

本发明提供一种解决方案，使所述多轴飞行器在任一动力系统发生异常后，通过调整发生异常的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和/或输出方向，使得所述多轴飞行器平稳降落。

参照图1，为本发明多轴飞行器的飞行控制方法的第一实施例，所述方法包括：

步骤S100，飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统中任一动力系统是否发生异常，所述异常包括：动力系统完全失效和动力系统未完全失效；

其中，以四轴飞行器为例进行说明，如图10所示的四轴飞行器，动力系统A与动力系统C为对轴设计，动力系统B与动力系统D为对轴设计，动力系统A与动力系统C互为对轴，动力系统B与动力系统D互为对轴，飞行控制系统通过所述多轴飞行器所包括的多个传感器获取当前状态，并根据当前状态判断所述多轴飞行器是否存在任一动力系统发生异常的情况。

具体实施时，以具有重力传感器和陀螺仪的多轴飞行器为例，具体步骤如下：

首先，所述多轴飞行器的飞行控制系统通过所述重力传感器获取当前飞行器的倾斜角度，通过所述陀螺仪获取当前飞行器的倾斜速度；

最后，所述飞行控制系统通过获得的倾斜角度和倾斜速度判断当前飞行器状态，若所述飞行器发生倾斜并且所述飞行控制系统控制对应动力系统的电机输出量达到最大输出一定时间后依然不能降低倾斜速度则判断为该动力系统完全失效。若所述飞行器发生倾斜，并且所述飞行控制系统控制对应动力系统的电机输出量增大一预设值或所述飞行控制系统控制对应动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值后，所述飞行器的倾斜速度降低但未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效。

步骤S200，当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，通过对所述异常进行分析判断，根据所述异常类型对其对轴动力系统进行调整，使得所述飞行器能够在姿态轴(roll(横滚)轴和pitch(俯仰)轴)上保持稳定，并且所述飞行器仍可以平稳降落。

其中，对动力系统的调整包括增加或减小动力系统的电机输出量和改变动力系统的电机旋转方向，一般的，当所述多轴飞行器任一动力系统完全失效时，需要调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机旋转方向和电机输出量。当所述多轴飞行器任一动力系统未完全失效时，需调整未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量，一般为减小电机输出量。当然也可以调整未完全失效的动力系统的电机输出量，使其增大电机输出量，容易理解地，这样做可以平衡飞行器，但会造成能量的损耗。

飞行器的上升和下降是由飞行器的油门输出量来控制的，若一动力系统异常时，可能导致飞行器的俯仰角不为0，或可能导致飞行器的横滚角不为0。将飞行器的姿态角对应到姿态的轴输出量上，其中，姿态的轴输出量在本实施例中分为俯仰轴输出量和横滚轴输出量(因为电机的旋转方向的改变不能提供航向yaw轴的修正)。可通过飞行器的油门输出量和姿态的轴输出量计算动力系统的电机输出量和方向。

例如，当飞行器在横滚角(即横滚轴上的倾斜度)为50度时，横滚轴输出量为500，当飞行器在俯仰角(即俯仰轴上的倾斜度)为30度时，俯仰轴输出量为300，若飞行器在俯仰轴或横滚轴上的倾斜度为0，则对应的俯仰轴输出量或横滚轴输出量为0，飞行器的姿态角与姿态的轴输出量一一对应。

动力系统的电机输出量计算公式如下：

在正常情况下，四旋翼飞行器的各动力系统的电机变量分别为：

油门输出量-横滚轴输出量；

油门输出量+横滚轴输出量；

油门输出量-俯仰轴输出量；

油门输出量+俯仰轴输出量。

在任一动力系统异常后，发生异常的动力系统的对轴动力系统开启反向补偿机制，四旋翼飞行器的各动力系统的电机输出量分别为：

0(发生异常的动力系统)；

(油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量)(发生异常的动力系统的对轴动力系统)。

其中，由于发生异常的动力系统与其对轴动力系统处于同一轴上，本实施例通过对油门输出量和横滚/俯仰轴输出量进行再分配，即可对对轴动力系统的电机输出量和旋转方向进行调整，从而使得飞行器在其中一个动力系统损坏的情况下保持平衡，并平稳降落。

具体实施时，以图11所示的四旋翼飞行器为例，所示旋翼A、B、C、D由电机带动旋转提供动力，所述电机驱动由电子调速器控制，旋翼A与旋翼C互为对轴，旋翼B与旋翼D互为对轴，本发明具体实施步骤如下：

1、所述四旋翼飞行器正常飞行时，电机的输出量由两个姿态轴输出量(俯仰轴和横滚轴)和油门输出量组成，所述电机的输出量与飞行控制系统输出的PWM(Pulse-WidthModulation，脉冲宽度调制)信号从空到满相对应，四旋翼电机的电机的输出量分别为：油门输出量-横滚轴输出量、油门输出量+横滚轴输出量、油门输出量-俯仰轴输出量和油门输出量+俯仰轴输出量；

其中，电机的输出范围为0到1000，0为不输出，1000为最大输出；姿态轴输出量的范围为-500到+500，姿态轴输出量由所述飞行器当前状态决定，一般的，主要由所述飞行器的姿态角(倾斜角度)决定；油门输出量的范围为0到1000，油门输出量控制所述四旋翼飞行器的上升和下降。

例如，旋翼A和旋翼C在俯仰轴上，旋翼B和旋翼D在横滚轴上，在正常情况下，当油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200时，在横滚轴上的旋翼B和旋翼D的电机输出量为300(500-200)和700(500+200)；

2、飞行控制系统根据重力感应器和陀螺仪发现所述四旋翼飞行器发生倾斜，并且在一定时间内某一电机达到最大输出后依然无法降低倾斜速度，可以判断该电机完全失效，则激活对轴动力系统反向补偿机制，即对对轴动力系统进行调整，使所述飞行器能够平稳降落；

其中，当对轴动力系统切换至反向补偿机制时，电机的输出范围变为-1000到1000，负数表示电机反向转动，正数表示电机正向转动，所述电机正向转动与反向转动由一个GPIO(GeneralPurposeInputOutput，通用输入/输出)接口控制电子调速器驱动电机实现，对轴动力系统旋翼电机的输出量为：

(油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量)；

其中，正负表示方向，为正时电机正转，为负时电机反转。

例如，旋翼B发生异常完全失效，则旋翼D切换反向补偿机制，旋翼D电机的输出量为：

(油门输出量-横滚轴输出量)-(油门输出量+横滚轴输出量)；其中，正负表示方向，为正时电机正转，为负时电机反转。

具体情况如下：

如某一时刻飞行器倾斜某一角度，即当所述四旋翼飞行器向一个方向倾斜时，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机变量为-400((500-200)-(500+200))；如另一时刻飞行器倾斜另一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为300，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的输出量为-600((500-300)-(500+300))；

再如某一时刻飞行器倾斜某一角度，即当所述四旋翼飞行器向另一个方向倾斜时，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为-200，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机变量为400((500-(-200))-(500+(-200)))；如另一时刻飞行器倾斜另一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为-300，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机输出量为600((500-(-300))-(500+(-300)))。

在本实施例中通过飞行控制系统调整发生异常的动力系统的对轴动力系统的电机旋转方向和输出量，使得所述多轴飞行器在roll轴和pitch轴上保持平衡并能够平稳降落，避免了所述多轴飞行器任一动力系统发生异常后不能保持平衡而坠毁的情况。

进一步的，参照图2，为本发明多轴飞行器的飞行控制方法的第二实施例，基于上述图1所示的实施例中判断所述动力系统完全失效的步骤包括：

步骤S111判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

飞行控制系统通过重力传感器获得所述飞行器的倾斜度，并判断获得的倾斜度是否达到预设阀值。

步骤S112当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

当飞行控制系统判断到所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，通过控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值去尝试减小所述飞行器的倾斜度。

步骤S113控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效；

当所述对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，所述飞行控制系统通过陀螺仪获取当前所述飞行器的倾斜速度，若获取的倾斜速度没有降低，则所述飞行控制系统判断所述对应的动力系统已完全失效，动力系统完全失效的原因可能是动力系统的桨叶损坏或丢失、和/或电机停转、和/或电机转无效。

在本实施例中，飞行控制系统通过获取传感器检测到的数据，对所述飞行器状态进行分析判断，使得所述飞行器任一动力系统发生异常后，飞行控制系统都能够及时检测到异常并根据当前状态判断异常情况。

进一步的，参照图3，为本发明多轴飞行器的飞行控制方法的第三实施例，基于上述图2所示的实施例，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

步骤S210当所述飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，所述飞行控制系统控制所述完全失效的动力系统的对轴动力系统，通过调整所述对轴动力系统的电机输出量和旋转方向使得所述飞行器在俯仰轴和横滚轴上保持平衡，进一步使得所述飞行器平稳降落。

在本实施例中，基于上一实施例所获得的所述飞行器异常状态，对多轴飞行器任一动力系统完全失效后进行上述操作处理，使得所述飞行器能够及保持平衡并平稳降落，解决了所述任一动力系统完全失效后使得飞行器坠毁的为问题。

进一步的，参照图4，为本发明多轴飞行器的飞行控制方法的第四实施例，基于上述图3所示的实施例，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

步骤S211当检测到任一动力系统完全失效后，所述飞行控制系统激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

飞行控制系统在检测到任一动力系统完全失效后，根据检测数据判断完全失效的动力系统位置，并控制所述完全失效的动力系统的对轴动力系统开启反向补偿机制；

步骤S212飞行控制系统根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和姿态的轴输出量获得所述对轴动力系统的电机输出量和方向；

若一动力系统异常时，可能导致飞行器的俯仰角不为0，或可能导致飞行器的横滚角不为0。将飞行器的姿态角对应到姿态的轴输出量上，其中，姿态的轴输出量在本实施例中分为俯仰轴输出量和横滚轴输出量(因为电机的旋转方向的改变不能提供航向yaw轴的修正)。

由于损坏动力系统与其对轴动力系统处于同一轴上，本实施例通过对油门输出量和横滚/俯仰轴输出量进行再分配，即可对对轴动力系统的电机输出量和旋转方向进行调整，从而使得飞行器在其中一个动力系统损坏的情况下保持平衡，并平稳降落。

在一动力系统异常后，所述异常动力系统的对轴动力系统中的电机的输出量计算方法为：

(油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量)，其中大小表示电机的输出值，正负表示电机的旋转方向，正则调整所述电机正转，负则调整所述电机反转。

在本实施例中，飞行控制系统通过调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机旋转方向和输出量，使得所述飞行器在任一动力系统完全失效后保持在俯仰轴和横滚轴上的平衡并平稳降落。

参照图5，为本发明多轴飞行器的飞行控制方法的第五实施例，基于上述图1所示的实施例，判断所述动力系统异常的步骤包括：

步骤S121，判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

飞行控制系统通过重力传感器获得所述飞行器的倾斜度，并判断获得的倾斜度是否达到预设阀值。

步骤S122，当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，则控制对应的动力系统的电机输出量增大一预设值或控制所述对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值；

当飞行控制系统判断到所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，通过控制对应的动力系统的电机输出量增大到一预设值去尝试减小所述飞行器的倾斜度，或者通过控制对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小到一预设值去尝试减小所述飞行器的倾斜度。通过增大电机输出量的方式相比减小电机输出量的方式需要耗费电量，不够节能。

步骤S123，预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低且未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度降低但没有降低到预设倾斜速度，可以认为上述的尝试是有作用的，且动力系统可能存在损坏导致倾斜速度无法降低到预设倾斜速度，但这种损坏可能比较小，能够通过增大该受损的动力系统的电机输出量或通过减小该受损的动力系统对轴的动力系统的电机输出量来调节，使飞行器的姿态保持稳定；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，可以认为上述的尝试是没有作用的，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

根据动力系统的不同异常情况，采取的措施也不一样，在具体实施例中，若判断某一动力系统已完全失效，则采取调整该完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和方向的方式，具体的可参照上述实施例的描述。若判断某一动力系统未完全失效，则可能仅需要调整电机的输出量，如通过增大该受损的动力系统的电机输出量或通过减小该受损的动力系统对轴的动力系统的电机输出量来调节。也可能需要调整电机的输出量和方向，如通过减小该受损的动力系统对轴的动力系统的电机输出量及方向来调节，具体的，可以是：

首先将该受损的动力系统的电机输出量调节到最大；再逐步增大或减小该受损的动力系统对轴的动力系统的电机输出量使飞行器在该受损的动力系统所在的姿态轴不偏转，即所对应的姿态角为0；然后检测此时该受损的动力系统对轴的动力系统的电机限制输出量；当飞行器在飞行时需要该受损的动力系统的电机输出量小于或等于对轴动力系统的电机限制输出量时，按正常情况飞行，当飞行器在飞行时需要该受损的动力系统的电机输出量大于对轴动力系统的电机限制输出量时，

例如，旋翼B发生异常但未完全失效，则旋翼D切换反向补偿机制，旋翼D电机的输出量为：

(油门输出量-横滚轴输出量)-(油门输出量+横滚轴输出量)；其中，正负表示方向，为正时电机正转，为负时电机反转。

具体情况如下：

如某一时刻飞行器倾斜某一角度，即当所述四旋翼飞行器向一个方向倾斜时，则控制该受损的动力系统的电机输出量等于对轴动力系统的电机限制输出量，并降低对轴动力系统的电机输出量，来保持飞行器的姿态稳定。例如：

若旋翼A和旋翼C在俯仰轴上，旋翼B和旋翼D在横滚轴上，旋翼B受损，但旋翼B所在的动力系统被判断为未完全失效，且旋翼D的电机限制输出量为350。具体情况如下：

如某一时刻飞行器向对轴动力系统方向倾斜某一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200，在横滚轴上的旋翼B和旋翼D的电机输出量为300(500-200)和700(500+200)，由于旋翼B未完全失效，且其旋翼B的电机输出量300未大于旋翼D的电机限制输出量350，则旋翼B的电机输出量按300输出，旋翼D的电机输出量按700输出。

如某一时刻飞行器向该受损的动力系统方向倾斜某一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200，在横滚轴上的旋翼B和旋翼D的电机输出量为700(500+200)和300(500-200)，由于旋翼B未完全失效，但其旋翼B的电机输出量700大于旋翼D的电机限制输出量350，则旋翼B的电机输出量按旋翼D的电机限制输出量350输出，旋翼D的电机输出量按-50((油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量-电机限制输出量)，300-(700-350))输出，对轴动力系统不仅需要调整输出量，还需要调整方向。

如某一时刻飞行器向该受损的动力系统方向倾斜某一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为100，在横滚轴上的旋翼B和旋翼D的电机输出量为600(500+100)和400(500-100)，由于旋翼B未完全失效，但其旋翼B的电机输出量600大于旋翼D的电机限制输出量350，则旋翼B的电机输出量按旋翼D的电机限制输出量350输出，旋翼D的电机输出量按150((油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量-电机限制输出量)，400-(600-350))输出，对轴动力系统仅需要调整输出量。

在本实施例中根据动力系统的不同异常情况，通过飞行控制系统调整发生异常的动力系统的对轴动力系统的电机旋转方向和输出量，使得所述多轴飞行器在roll轴和pitch轴上保持平衡并能够平稳降落，避免了所述多轴飞行器任一动力系统发生异常后不能保持平衡而坠毁的情况。

参照图6，为本发明多轴飞行器的飞行控制装置的第一实施例，所述系统包括：异常检测判断模块100和动力调整模块200，其中：

异常检测判断模块100，用于检测所述多个对轴设计的动力系统是否发生异常；

其中，以四轴飞行器为例进行说明，如图10所示的四轴飞行器，动力系统A与动力系统C为对轴设计，动力系统B与动力系统D为对轴设计，动力系统A与动力系统C互为对轴，动力系统B与动力系统D互为对轴，飞行控制系统通过所述多轴飞行器所包括的多个传感器获取当前状态，并根据当前状态判断所述多轴飞行器是否存在任一动力系统发生异常的情况。

具体实施时，以具有重力传感器和陀螺仪的多轴飞行器为例，具体步骤如下：

首先，所述多轴飞行器的飞行控制系统通过所述重力传感器获取当前飞行器的倾斜角度，通过所述陀螺仪获取当前飞行器的倾斜速度；

最后，所述飞行控制系统通过获得的倾斜角度和倾斜速度判断当前飞行器状态，若所述飞行器发生倾斜并且所述飞行控制系统控制对应动力系统的电机输出量达到最大输出一定时间后依然不能降低倾斜速度则判断为该动力系统完全失效。若所述飞行器发生倾斜，并且所述飞行控制系统控制对应动力系统的电机输出量增大一预设值或所述飞行控制系统控制对应动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值后，所述飞行器的倾斜速度降低但未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效。

动力调整模块200，用于当异常检测判断模块100检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，通过对所述异常进行分析判断，根据所述异常类型对其对轴动力系统进行调整，使得所述飞行器能够在姿态轴(roll(横滚)轴和pitch(俯仰)轴)上保持稳定，并且所述飞行器仍可以平稳降落。

其中，对动力系统的调整包括增加或减小动力系统的电机输出量和改变动力系统的电机旋转方向，一般的，当所述多轴飞行器任一动力系统完全失效时，需要调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机旋转方向和电机输出量。当所述多轴飞行器任一动力系统未完全失效时，需调整未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量，一般为减小电机输出量。当然也可以调整未完全失效的动力系统的电机输出量，使其增大电机输出量，容易理解地，这样做可以平衡飞行器，但会造成能量的损耗。

飞行器的上升和下降是由飞行器的油门输出量来控制的，若一动力系统异常时，可能导致飞行器的俯仰角不为0，或可能导致飞行器的横滚角不为0。将飞行器的姿态角对应到姿态的轴输出量上，其中，姿态的轴输出量在本实施例中分为俯仰轴输出量和横滚轴输出量(因为电机的旋转方向的改变不能提供航向yaw轴的修正)。可通过飞行器的油门输出量和姿态的轴输出量计算动力系统的电机输出量和方向。

例如，当飞行器在横滚角(即横滚轴上的倾斜度)为50度时，横滚轴输出量为500，当飞行器在俯仰角(即俯仰轴上的倾斜度)为30度时，俯仰轴输出量为300，若飞行器在俯仰轴或横滚轴上的倾斜度为0，则对应的俯仰轴输出量或横滚轴输出量为0，飞行器的姿态角与姿态的轴输出量一一对应。

动力系统的电机输出量计算公式如下：

在正常情况下，四旋翼飞行器的各动力系统的电机变量分别为：

油门输出量-横滚轴输出量；

油门输出量+横滚轴输出量；

油门输出量-俯仰轴输出量；

油门输出量+俯仰轴输出量。

在任一动力系统异常后，发生异常的动力系统的对轴动力系统开启反向补偿机制，四旋翼飞行器的各动力系统的电机输出量分别为：

0(发生异常的动力系统)；

(油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量)(发生异常的动力系统的对轴动力系统)。

其中，由于发生异常的动力系统与其对轴动力系统处于同一轴上，本实施例通过对油门输出量和横滚/俯仰轴输出量进行再分配，即可对对轴动力系统的电机输出量和旋转方向进行调整，从而使得飞行器在其中一个动力系统损坏的情况下保持平衡，并平稳降落。

具体实施时，以图11所示的四旋翼飞行器为例，所示旋翼A、B、C、D由电机带动旋转提供动力，所述电机驱动由电子调速器控制，旋翼A与旋翼C互为对轴，旋翼B与旋翼D互为对轴，本发明具体实施步骤如下：

1、所述四旋翼飞行器正常飞行时，电机的输出量由两个姿态轴输出量(俯仰轴和横滚轴)和油门输出量组成，所述电机的输出量与飞行控制系统输出的PWM(Pulse-WidthModulation，脉冲宽度调制)信号从空到满相对应，四旋翼电机的电机的输出量分别为：油门输出量-横滚轴输出量、油门输出量+横滚轴输出量、油门输出量-俯仰轴输出量和油门输出量+俯仰轴输出量；

其中，电机的输出范围为0到1000，0为不输出，1000为最大输出；姿态轴输出量的范围为-500到+500，姿态轴输出量由所述飞行器当前状态决定，一般的，主要由所述飞行器的姿态角(倾斜角度)决定；油门输出量的范围为0到1000，油门输出量控制所述四旋翼飞行器的上升和下降。

例如，旋翼A和旋翼C在俯仰轴上，旋翼B和旋翼D在横滚轴上，在正常情况下，当油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200时，在横滚轴上的旋翼B和旋翼D的电机输出量为300(500-200)和700(500+200)；

2、飞行控制系统根据重力感应器和陀螺仪发现所述四旋翼飞行器发生倾斜，并且在一定时间内某一电机达到最大输出后依然无法降低倾斜速度，可以判断该电机完全失效，则激活对轴动力系统反向补偿机制，即对对轴动力系统进行调整，使所述飞行器能够平稳降落；

其中，当对轴动力系统切换至反向补偿机制时，电机的输出范围变为-1000到1000，负数表示电机反向转动，正数表示电机正向转动，所述电机正向转动与反向转动由一个GPIO(GeneralPurposeInputOutput，通用输入/输出)接口控制电子调速器驱动电机实现，对轴动力系统旋翼电机的输出量为：

(油门输出量-横滚/俯仰轴输出量)-(油门输出量+横滚/俯仰轴输出量)；

其中，正负表示方向，为正时电机正转，为负时电机反转。

例如，旋翼B发生异常完全失效，则旋翼D切换反向补偿机制，旋翼D电机的输出量为：

(油门输出量-横滚轴输出量)-(油门输出量+横滚轴输出量)；其中，正负表示方向，为正时电机正转，为负时电机反转。

具体情况如下：

如某一时刻飞行器倾斜某一角度，即当所述四旋翼飞行器向一个方向倾斜时，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为200，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机变量为-400((500-200)-(500+200))；如另一时刻飞行器倾斜另一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为300，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的输出量为-600((500-300)-(500+300))；

再如某一时刻飞行器倾斜某一角度，即当所述四旋翼飞行器向另一个方向倾斜时，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为-200，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机变量为400((500-(-200))-(500+(-200)))；如另一时刻飞行器倾斜另一角度，若油门输出量为500，俯仰轴输出量为0，横滚轴输出量为-300，由于旋翼B已完全失效，因此反向补偿电机旋翼D电机的电机输出量为600((500-(-300))-(500+(-300)))。

在本实施例中，异常检测判断模块100检测到的所述多轴飞行器任一动力系统发生异常后，通过动力调整模块200调整其对轴动力系统的动力输出方向和输出量，使得所述多轴飞行器在roll轴和pitch轴上保持平衡并能够平稳降落，避免了所述多轴飞行器任一动力系统发生异常后不能保持平衡而坠毁的情况。

进一步的，参照图7，为本发明多轴飞行器的飞行控制装置的第二实施例，基于上图6所示的实施例，所述异常检测判断模块100包括：完全失效判断单元110和未完全失效判断单元120，其中：

完全失效判断单元110，用于判断所述动力系统是否完全失效；

未完全失效判断单元120，用于当所述飞行器在预设时间内一直处于偏航状态的情况下，判断对应的动力系统未完全失效；

其中，完全失效判断单元110包括：

倾斜度判断组件111，用于判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

最大动力输出组件112，用于当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

动力完全失效判断组件113，用于在控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，当检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低的情况下，判断所述对应的动力系统已完全失效。

在本实施例中，异常检测判断模块100通过获取传感器检测到的数据，对所述飞行器状态进行分析判断，使得所述飞行器任一动力系统发生异常后，异常检测判断模块100都能够及时检测到异常并根据当前状态判断异常情况。

进一步的，参照图8，为本发明多轴飞行器的飞行控制装置的第三实施例，基于上图7所示的实施例，所述动力调整模块200包括完全失效调整单元210和未完全失效调整单元220，其中：

完全失效调整单元210，用于当异常检测判断模块100检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

未完全失效调整单元220，用于当异常检测判断模块100检测到任一动力系统未完全失效后，调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量，使所述多轴飞行器平稳降落。

在本实施例中，基于上一实施例所获得的所述飞行器异常状态，对不同异常状态进行不同处理，增加了本发明的适用范围，并且降低了在任一动力系统发生异常但未完全失效的情况下的能量损耗，增加了续航时间。

进一步的，参照图9，为本发明多轴飞行器的飞行控制装置的第四实施例，基于上图8所示的实施，所述完全失效调整单元210包括：激活组件211和动力系统调整组件212，其中：

激活组件211，用于当检测到任一动力系统完全失效后，激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

动力系统调整组件212，用于根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和姿态的轴输出量获得所述对轴动力系统的电机输出量和方向。

在本实施例中，完全失效调整单元210通过动力系统调整组件212调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的输出方向和电机输出量，使得所述飞行器在任一动力系统完全失效后保持在俯仰轴和横滚轴上的平衡并平稳降落。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多轴飞行器的飞行控制方法，其特征在于，所述多轴飞行器包括多个对轴设计的动力系统，所述多轴飞行器的飞行控制方法包括以下步骤：

飞行控制系统检测所述多个对轴设计的动力系统中任一动力系统是否发生异常，所述异常包括：动力系统完全失效和动力系统未完全失效；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

判断所述动力系统完全失效的步骤包括：

判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

判断所述动力系统异常的步骤包括：

判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，则控制对应的动力系统的电机输出量增大一预设值或控制所述对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值；

预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低且未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

当所述飞行控制系统检测到任一动力系统未完全失效后，调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量或调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当飞行控制系统检测到任一动力系统完全失效后，调整完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落的步骤包括：

当检测到任一动力系统完全失效后，所述飞行控制系统激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

飞行控制系统根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和所述姿态的轴输出量调整所述对轴动力系统的电机输出量和输出方向。

6.一种多轴飞行器的飞行控制装置，其特征在于，所述多轴飞行器包括多个对轴设计的动力系统，所述多轴飞行器的飞行控制装置包括：

异常检测判断模块，用于检测所述多个对轴设计的动力系统是否发生异常；

动力调整模块，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统发生异常后，调整发生异常的动力系统的对轴动力系统，使所述多轴飞行器平稳降落。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述异常检测判断模块包括：

完全失效判断单元，用于判断所述动力系统是否完全失效；

其中，完全失效判断单元包括：

倾斜度判断组件，用于判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

最大动力输出组件，用于当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值；

动力完全失效判断组件，用于在控制对应的动力系统的电机输出量达到最大值预置时间后，当检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低的情况下，判断所述对应的动力系统已完全失效。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述所述异常检测判断模块包括:

异常判断单元，用于判断所述动力系统是否异常；

其中，异常判断单元包括：

倾斜度判断组件，用于判断所述飞行器的倾斜度是否达到预设阀值；

动力输出控制组件，用于当所述飞行器的倾斜度达到预设阀值时，则控制对应的动力系统的电机输出量增大一预设值或控制所述对应的动力系统的对轴动力系统的电机输出量减小一预设值；

异常状态判断单元，用于动力输出控制组件控制动力输出预设时间后，若检测到所述飞行器的倾斜速度降低且未降低到预设倾斜速度，则判断所述对应的动力系统未完全失效；若检测到所述飞行器的倾斜速度依然没有降低，则判断所述对应的动力系统已完全失效。

9.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述动力调整模块包括：

完全失效调整单元，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统完全失效后，调整所述完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落；

未完全失效调整单元，用于当异常检测判断模块检测到任一动力系统未完全失效后，调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量或调整所述未完全失效的动力系统的对轴动力系统的电机输出量和输出方向，使所述多轴飞行器平稳降落。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述完全失效调整单元包括：

激活组件，用于当检测到任一动力系统完全失效后，激活完全失效的动力系统的对轴动力系统的反向补偿机制；

动力系统调整组件，用于根据所述飞行器的当前姿态角获得对应姿态的轴输出量，并根据油门输出量和所述姿态的轴输出量调整所述对轴动力系统的电机输出量和输出方向。