CN105539843A - 一种电动无人机及其续航能力估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动无人机及其续航能力估计方法，属于无人机领域。该电动无人机包括：存储器，用于存储电池的总电量和当前剩余电量的测量值；贮存器，用于存储预先获取的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；重量获取模块，用于获取电动无人机的实际负载物重量；控制器用于根据对应关系、实际负载物重量以及电池的总电量和当前剩余电量，估计电动无人机的续航能力，其中，所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。本发明在现有估计电动无人机续航能力技术的基础上，综合考虑了无人机的负荷能力变化对电动无人机续航能力的影响，进一步提高了电动无人机续航能力预测的准确性。

Description

一种电动无人机及其续航能力估计方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种电动无人机及其续航能力估计方法。

背景技术

随着小微型电动无人机开始普及，并进入消费级市场，原来由专业人员使用而不会关注的一些需求开始凸显。电动无人机平台上装备有大量电子设备，如自动驾驶系统、舵机和云台等，为保证电动无人机平台安全稳定工作，这些电子设备需要稳定有效的电力供应。电动无人机平台的电能由各种高能电池提供，包括：太阳能、蓄电池和燃料电池。其中以锂电池为代表的蓄电池供电方式是目前应用最广泛的一种。

在专业人员使用的情况下，由于对产品非常了解和熟悉，因此，关于无人机的一些维护、使用的知识都不那么透明。例如，电动无人机的飞行时间，往往是由飞手根据经验来分析和判断的，这种依赖经验的方式提高了对操作人员的要求，而且经验并不十分准确，降低了电池的使用效率。即使有的电动无人机能够提供电池余量报警，这种报警行为也是不很准确的。

当电动无人机进入消费级市场，这个问题就不能忽视了。普通消费者由于对电动无人机的操控和使用经验不足，因此非常依赖电动无人机上给出的电池余量提示信息。但是，本身现有的消费级电动无人机续航总时间就不是很长，短的5-10分钟，长的一般也不超过30分钟，在这种情况下，如果电池余量提示再不准确，那么很可能难以起到提示用户的作用。一方面，如果用户一察觉电池余量报警，就赶紧回收电动无人机，那么会导致电动无人机的实际操作时间远小于总续航时间；而另一方面，如果用户察觉电池余量报警后，仍然坚持使用电动无人机，那么就可能面临电动无人机掉电坠落的风险。

例如：CN201410101206.3号专利申请公开了一种微小型电动无人机续航时间估算方法，包括如下步骤：在无人机飞行中，采集无人机中的电池进行放电时的实时电流值和电压值，并计算出无人机续航过程中的平均放电电流Im和平均放电电压Um；根据实时电流和电压数据，进行无人机飞行平均需用功率Preq的计算；检测电池的荷电状态(SOC)及剩余容量C(t)，并进行无人机飞行任务途中的电池能量Q(t)的计算；根据无人机飞行平均需用功率Preq和电池能量Q(t)的计算，得出实时的无人机飞行任务途中的剩余续航时间T(t)的结果。

这种方式的问题在于，续航时间是根据瞬时功率消耗，或者一段时间瞬时功率消耗的平均值而得出的，这种续航时间结果的准确性差，可参考性低。举个极端点的例子来说，电脑上进行文件操作的时候，同样利用类似的原理，通过文件信息处理的速度和文件信息处理的内容总量来估算剩余任务完成时间，在这种计算方式下，由于忽略了某些情况下的极值，给出的剩余任务完成时间，变化非常大，一会儿告诉用户只需要1分钟就能完成，没准2秒钟之后就告诉用户需要3天才能完成。如果电动无人机也是基于这种原理来给出最后的续航结果，很可能在前一秒钟还给用户发出电量不足的提示，下一秒钟又给用户发出了电量还充足的提示。这样的续航能力管理方式会给用户带来极大困扰。

再例如，CN201410339445.2号专利申请也公开一种电动无人机的智能电量保护方法，该方法包括如下步骤：实时获取电池的当前剩余电量；实时获取电动无人机的当前位置的坐标信息，并根据所述电动无人机的当前位置的坐标信息，计算所述电动无人机在所述当前位置执行安全保护命令所需要的安全电量；判断所述当前剩余电量是否大于所述安全电量；若所述当前剩余电量不大于所述安全电量，则立即执行相应的所述安全保护命令。

这种方式根据任务的实际情况来判断电动无人机是否能够完成任务，但是，这种方式仅仅是根据飞行距离来估算电量消耗，该方法认为无人机是一个相对稳定的主体，无人机自身的物理性状不会发生变化。但是实际上，一旦无人机投入实际应用之后，其实无人机本身的物理性状，尤其是重量，是会产生变化的。比如，在用无人机送快递过程中，如果运送多份快递，可能无人机的载重在送达每一处目的地之后都会减少；再如，在用无人机喷洒农药时，无人机的载重将显著的发生变化，如果还是采用这种方式来估算无人机是否能完成任务，将会产生极大误差。

综上所述，现有技术中无人机的续航时间估算仅依据于瞬时功率消耗或者飞行距离，不够精确。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种电动无人机及其续航能力估计方法，其能够实时、有效、智能地保护电动无人机，避免电动无人机出现因电量不足引起的事故，并且可以提高电池的利用率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电动无人机，包括：

存储器，用于存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

贮存器，用于存储预先获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

重量获取模块，用于获取所述电动无人机的实际负载物重量；

控制器，与所述重量获取模块、所述贮存器及所述存储器通讯连接，所述控制器用于根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

进一步的，还包括信号处理器，所述信号处理器分别与所述贮存器、所述控制器连接，用于对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理。

进一步的，还包括电量检测电路，所述电量检测电路分别与所述无人机的电池、所述存储器和所述控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

进一步的，所述重力获取模块包括设置于无人机上的称重设备、扫码器或者无线信号接收器中的至少一种，其中，

所述称重设备包括弹簧测重计和/或电子测重计，用于测量放置其上的所述电动无人机的实际负载物重量；

所述扫码器包括二维码和/或条形码扫码器，用于扫描读取至少包括所述电动无人机的实际负载物重量信息的二维码和/或条形码；

所述无线信号接收器用于接收通过无线电信号形式发送的包括所述电动无人机的实际负载物重量信息。

进一步的，还包括和所述无人机双向通信的飞控台，所述飞控台进一步包括显示器，所述飞控台通过无线数据通信链路接收所述续航里程和/或续航时间，所述显示器用于显示所述续航里程和/或续航时间。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电动无人机的续航能力估计方法，包括以下步骤：

存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

获取所述电动无人机的实际负载物重量；

根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

进一步的，预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系步骤之后，还包括对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理的步骤。

进一步的，所述采存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值之前还包括检测所述电动无人机的电池的当前剩余电量的步骤。

进一步的，所述电池的当前剩余电量包括所述电池的实际当前剩余电量减去预留的安全电量。

进一步的，所述电动无人机的实际负载物重量在所述电动无人机起飞之前和/或上升和下降过程结束之后确定。

本发明提供的电动无人机及其续航能力估计方法，在电动无人机进行应用时，针对该电动无人机的负载物重量的变化而精准估计其续航能力，通过在现有的电动无人机续航能力估算方法中，增加与电动无人机负重相关的续航能力数据库，从而提前预估当前电动无人机能否完成该任务。

另一方面，本发明提供的电动无人机及其续航能力估计方法，在上述基础上，通过结合了负载物重量因素的分段计算方式来精准估算续航能力，或者通过对样本数据的数据拟合，实现对于需要实时连续估计续航能力的情况，也同样能够综合考虑负载物重量因素，精准估算该电动无人机的续航能力。

本发明尤其适用于电动无人机需要应用于频繁搭载和运送某些附加设备(快递、送货等场景)或者电动无人机需要搭载重量会发生变化的附加设备(农药喷洒等情形)的情形，此时采用常规的续航能力估算方式或者效率很低或者干脆就失灵。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一的电动无人机结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例二的电动无人机结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例三的电动无人机的续航能力估计方法流程图；

图4示出了根据本发明实施例四的电动无人机的续航能力估计方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV(unmannedaerialvehicle)”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。近年来，随着传感器工艺的提高、微处理器技术的进步、动力装置的改善以及电池续航能力的增加，使其在军事、民用方面的用途不断高速拓展，无人机市场具有广阔前景。

本发明实施例中优选的电动无人机为多旋翼无人飞行器(或称为多旋翼飞行器)，可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。优选的，机身由碳纤维材料制成，在满足较高使用强度和刚度的前提下，可大幅减轻机身的重量，从而降低多旋翼无人飞行器的动力需求以及提高多旋翼无人飞行器的机动性。当然，在本发明的其他实施例中，机身还可以由塑料或者其他任意使用的材料制成。机身上设有多个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的浆臂，每一个浆臂远离所述机身的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述浆臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶，每一片桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上。

本发明技术方案采用的电动无人机主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。

实施例一、一种电动无人机。

如上述背景技术中所述，电动无人机在空中飞行过程中，一旦发生动力不足的情况，就会非常危险，可能直接导致坠机。因此，准确的续航能力判断非常重要，但是现有的续航能力判断方式过于简单，仅是基于电池余量、飞行距离或者瞬时功率的分析来给出警示信息。但实际飞行过程中，电动无人机的能耗并非一成不变，仅依靠飞行距离或者瞬时功率来做判断，是不客观也不直观的。

图1为本发明实施例一的电动无人机结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电动无人机101，包括：

存储器102，用于存储所述电动无人机101的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

贮存器103，用于存储预先获取的所述电动无人机101的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

重量获取模块104，用于获取所述电动无人机101的实际负载物重量；

控制器105，与所述重量获取模块104、所述贮存器103及所述存储器102通讯连接，所述控制器105用于根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机101的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述电动无人机101的运载范围之内。具体的，所述续航里程和续航时间可以相互转化，续航时间与所述电动无人机101的飞行速度的乘积可以得到相应续航里程。

对于本发明实施例来说，其特点是，所述电动无人机101本身(即无负载情况下)的续航能力数据相对稳定，仅受到无人机本身的飞行姿态、飞行速度、环境等因素的影响，但是，电动无人机101需要运载不同的货物(即所述电动无人机的负载物)，虽然这些货物的重量都在无人机的运载范围之内，但是相对于电动无人机而言，这些货物的重量极大的影响了无人机的续航能力。

在该发明实施例中，货物的重量虽然每个都不同，但是在一段完整的飞行过程中间，货物不会连续的发生重量变化(例如使用电动无人机进行快递运输)，所以此时的电动无人机101的续航能力预估，主要是在分配运输任务之前或者刚完成载重后，就要迅速得出结论的，判断当前选择的电动无人机能否完成该项运输任务。

本发明实施例中，可以采用预设数据库模型的方式来解决上述问题，在传统的电动无人机续航能力与飞行距离的数据基础上，增加基于负载物重量(简称“负重”)的数据，即，将无人机的负重范围与续航里程或续航时间之间的关系，通过采样的方式，获得可靠的数据，形成续航能力数据库。

例如，电动无人机生产商，根据其某款成型的电动无人机产品，针对其负重情况不同的情形进行续航时间数据的采集，可以得到不同负重情况下的飞行数据，形成与负重因素有关的续航能力数据库。

该数据典型的可以是将电动无人机的负载物重量分成不同的等级，从最轻到最重等，分别去统计此情况下，电动无人机能够正常飞行多长距离。例如，载重为500g时，能连续飞行35分钟；载重为750g时，能连续飞行31分钟；载重为1000g时，能连续飞行27分钟……；载重为2500g时，能连续飞行8分钟。

本发明实施例中优选的，所述续航能力数据库是通过针对特定的电动无人机进行负载物重量数据样本测定的方式得到的，在具体测定过程中，样本数量的大小可以根据实际需求精度来选择。

本发明实施例中优选的，采用的是将所述电动无人机的负载物重量样本数据分级，然后形成相应的分级的续航能力数据库，将实际货运物品的重量归入对应的级别来处理，并且出于安全考虑，按照向上原则对应，例如350g的负载物，则视为500g的负载物来对待。

本发明实施例中优选的，可以通过查找表法(LookUpTable)来对无人机的理论续航时间进行统计。

具体的，这里的理论续航时间是指在确定的外部环境条件(例如可见度好、无自然风或自然风较小)、一定的无人机自身条件(例如无人机的电池满格、无人机仪器运行良好)下，实现通过负载物重量分级采样的思路，给予在不同负载物重量下测试得到的负载物重量与无人机的理论续航时间之间关系的查找表，能够在一定程度上，解决电动无人机续航能力估计不准确的问题。

查找表示例如下表1所示：

表1负载物重量与无人机的理论续航时间之间的查找表

根据上述数据，电动无人机在实际应用于快递场景时，不需要单独设计一个实时测定其功耗的模块，只要一接受到快递任务信息(包括任务运送距离、货运物品重量等)，就能迅速判断出该任务所需要消耗的电力情况，将该情况与所述存储器中存储的所述电动无人机的当前剩余电量的测量值进行比较，就能简单的判断出该任务是否能被当前电动无人机所完成。

另外，所述续航能力数据库虽然可以根据实际样本测定的情况来采样，但是实际上，出于飞行安全考虑，还应该在该数据中预留出确保电动无人机能够安全飞行的安全能量储备，换句话说，如果测定载重为1000g的情况下，能连续飞行27分钟，那么在载重1000g的情况下，实际给分配的任务的飞行时长，应该在22分钟左右为宜，留出5分钟的飞行续航时间，以备意外情况下应急。

本发明实施例中优选的，还可以通过参数法来对无人机的理论续航时间进行统计。

具体的，将所述电动无人机的实际负载物重量作为一个变量，在考虑该变量影响的情况下，去针对该电动无人机的实际续航时间数据进行补偿，也能够一定程度上解决电动无人机续航能力估计不准确的问题。其原理为：由于负载物重量的变化与电动无人机的续航能力在一定范围内是负相关的，即负载物重量越重续航能力越低，所以该变量对电动无人机的续航能力分析结果的影响也是负相关的。

本发明实施例中优选的，还包括信号处理器，所述信号处理器分别与所述贮存器、所述控制器连接，用于对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理。

本发明实施例中优选的，还包括电量检测电路，所述电量检测电路分别与所述无人机的电池、所述存储器和所述控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

本发明实施例中优选的，所述电量检测电路可以为AD采集电路或/及电流计，所述电池的当前剩余电量通过所述AD采集电路采集电压的方法或/及所述电流计测量电流的方法获得。

在其中一个实施例中，所述电量检测电路采用电压测量法。电池的电量是指电池所能输出的总电荷之和，通常以AH单位来表示，可以通过所述AD采集电路采集采样器件两端的电压，采样器件点连接在电池的负极线路，并按照电压与电流的关系I＝U/R来计算当前电流的大小。电量与电流的关系为Q＝IT。所述飞行控制板会定期的采集该信号，例如，每隔t时间采集一次，则放电或者充电过程中电量的变化量为Q1＝，假设电池原有电量为Q0，则该电池的当前剩余电量为Q＝Q1+Q0。若电池的总容量为Qall，则，当前电量的百分比为P＝Qall/Q。

在其他实施例中，可以采用电流测量法。电流测量法可以通过所述电流计直接采集采样器件上的电流，然后按照电量与电流的关系计算电池的当前剩余电量。

在其他实施例中，可以采用电流、电压综合测量法。通过所述AD采集电路采集电池输出端上的电压，并通过所述电流计采集采样器件上的电流，然后按照Q＝Pt＝UIt的关系计算电池的当前剩余电量。

本发明实施例中优选的，由于电池电压会随着RFPA(radiofrequencypoweramplifier，射频功率放大器)的功率发射发生突变，通常会变小0.2V-0.3V。如果一味的使用电压模拟电量方法，就会误差更大。为了解决电池电压突然变小的测量问题，可以利用软件算法进行均值滤波，对一段时间内的电池电压进行均值化，如果该时间段的平均电池电压确实下降了，则预估电量确实变少了，否则即认为电量并未变化。

本发明实施例中优选的，所述电池为自动检测自身剩余电量的智能电池，所述控制器与所述智能电池通讯连接而获取所述智能电池的当前剩余电量。

本发明实施例中优选的，所述重力获取模块包括设置于无人机上的称重设备、扫码器或者无线信号接收器中的至少一种，其中，

所述称重设备包括弹簧测重计和/或电子测重计，用于测量放置其上的所述电动无人机的实际负载物重量；

所述扫码器包括二维码和/或条形码扫码器，用于扫描读取至少包括所述电动无人机的实际负载物重量信息的二维码和/或条形码；

所述无线信号接收器用于接收通过无线电信号形式发送的包括所述电动无人机的实际负载物重量信息。

本发明实施例中还涉及到如何能够迅速判断出所述电动无人机的负载物重量的问题。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机上还可设置有称重设备，通过所述称重设备来完成所述电动无人机的负载物重量数据测定。典型的，所述称重设备可以采用弹簧测重或者电子测重计等。

例如，对于快递运输服务中使用的电动无人机，还可以配备有专门用于放置负载物的置物盒，可于所述置物盒底部设置所述称重设备，例如电子测重计，只要被运输的所述负载物放入置物盒，即可得到其重量，并通过适当方式(有线电连接或者无线通讯的方式)将该负载物的重量数据告知所述电动无人机或者告知一个单独设置的中枢控制系统(例如所述电动无人机的飞控板或者用户操作的地面控制台或者无线遥控设备)，由所述中枢控制系统将该负载物的重量数据直接告知所述电动无人机，或者经过处理后，将数据处理得到的结论告诉所述电动无人机，这里的结论可以包括直观的续航时间和/或续航里程，还可以进一步包括该快递任务由当前电动无人机能否完成的提示信息甚至警示信息。

本发明实施例中优选的，获取所述负载物的重量数据的方式很多，还可以事先在地面获知该负载物的重量，然后直接通过无线电信号的方式发送给所述电动无人机，也可以在所述置物盒上将该负载物的重量数据转换成可被读取的信息标识(比如二维码、条形码、可辨识数字标记等)展现出来，供其他读取设备来读取。

本发明实施例中优选的，还包括和所述无人机双向通信的飞控台，所述飞控台进一步包括显示器，所述飞控台通过无线数据通信链路接收所述续航里程和/或续航时间，所述显示器用于显示所述续航里程和/或续航时间。

本发明实施例中优选的，还包括所述电动无人机和所述飞控台实现双向通信的数据通信模块，所述数据通信模块包括位于所述电动无人机内的第一双工通信接口和位于所述飞控台的第二双工通信接口，所述第一双工通信接口和所述第二双工通信接口无线连接，可以通过3G、4G无线网络或者卫星通信网络以及任意网络类型实现双向无线通讯功能。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机还包括惯性传感器，所述惯性传感器适用于检测所述电动无人机的飞行运动参数并发送给所述控制器。

本发明实施例中优选的，所述惯性传感器包括3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器中的至少一种或者任意组合。其中，所述3轴加速度传感器感应电动无人机在立体空间三个维度的加速度信号；所述3轴陀螺仪感应电动无人机在立体空间三个维度的角速度信号；所述3轴地磁传感器感应电动无人机在立体空间三个维度的地磁信号。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机还包括导航定位单元。进一步的，所述导航定位单元为GPS卫星定位装置，其用于感应所述电动无人机在立体空间的经纬度信息，并发送给所述控制器。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机还可以包括高度传感器，用于采集电动无人机的高度信息。所述高度传感器包括气压高度计、激光高度计、无线电高度计、超声波高度计、图像测距传感器中的至少一种。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机还可以包括测距传感器，例如超声波测距传感器，可以采用HC-SR04来测量所述电动无人机与地面之间的距离或者与障碍物之间的距离。

本发明实施例中优选的，所述控制器获得3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器、及GPS等传感设备发来的感应数据，采用捷联惯导算法可解算出所述电动无人机在三维空间的姿态信息，同时以3轴地磁传感器和GPS等接受的绝对地理信息对惯导解算的姿态进行修正，得到一个具有高可信度的姿态信息。解算得到的所述电动无人机的飞行姿态信息也可以和所述电动无人机的负载物重量综合考虑对其续航能力的影响。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机还包括温度传感器，其适用于采集所述电池的环境温度，并输入至所述控制器，对所述电池的当前剩余电量进行补偿。

本发明实施例中优选的，所述控制器能够通过单片机、中央处理器(CPU)和/或协处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、特定用途基础电路(ASIC)以及嵌入式微处理器(ARM)实现。

本发明实施例公开了一种电动无人机，在现有的电动无人机续航能力估算的基础上(例如，考虑飞行距离、飞行速度、飞行姿态、外界环境、电池性质等)，增加了该电动无人机的负载物重量的考虑，通过建立续航能力数据库，之后在将任务分配给选定的电动无人机时，首先获取该实际负载物重量，然后查找对应重量的续航能力，再与该电动无人机当前的余电比较，就能判断出该电动无人机是否能够完成该任务。

本发明公开的电动无人机能够实现在类似于快递运输场景下，迅速准确的估计其续航能力，并根据该续航能力预先判断该电动无人机能否完成该运输任务。所采用的续航能力估计根据所述电动无人机的负载物重量变化而实时变化，无需所述电动无人机提前返回或提前降落，从而提高电池的利用率。

实施例二、一种电动无人机。

图2为本发明实施例二的电动无人机结构示意图，本发明实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，本发明实施例提供了一种电动无人机101，包括：

存储器102，用于存储所述电动无人机101的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

贮存器103，用于存储预先获取的所述电动无人机101的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

信号处理器201，所述信号处理器201与所述控制器105连接，用于对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理；

重量获取模块104，用于获取所述电动无人机101的实际负载物重量；

控制器105，与所述重量获取模块104、所述贮存器103及所述存储器102通讯连接，所述控制器用于根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机101的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述电动无人机101的运载范围之内。

本发明实施例所述电动无人机101采用通用机体，应用锂电池作为动力电源，例如4S/15C锂电池，电池容量为10000mAh，有效保障了续航时间，旋翼可以采用双数成对设置，例如四旋翼无人机，起降方式可选，最大有效载荷为3kg，飞行高度的包容性为0-1000m，能够适应温度范围为-10摄氏度至45摄氏度，旋翼长度和轴距均可根据工作环境调整。

本发明实施例在上述发明实施例一的基础上，通过对所述续航能力数据库中的负载物重量与无人机的理论续航时间之间的对应关系进行进一步的数据处理，还可以解决在所述电动无人机的负载物重量发生改变的情况下，分段估算续航能力的问题。

还是以上述电动无人机的快递运输场景为例，在快递运输过程中，单次快递的物品重量确定。在实际无人机应用中，还很可能遇到顺路同时运送多份物品的情形。比如，同时运输两件重量分别为500g的物品a和b，从A点送到C点，在途径B点时，将其中一件物品a放下。

那么实际上，该任务被分解成了从A点到B点运送总重量1000g的物品，然后从B点到C点运送总重量500g的物品的两个子任务；或者将该任务分解成从A点到C点运送总重量500g的物品和从A点到B点运送总重量500g的物品两个子任务。

然后，依据上面类似的任务拆解方式，对于这样，甚至更为复杂的快递任务，也能有效的形成电动无人机的续航能力估算数据，并且帮助判断，该任务是否适于当前的电动无人机完成。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机的负载物重量的确定在开始飞行之前进行，并且在打开所述电动无人机的门时重新开始另外一次续航能力的估计。由此能够通过重量波动，例如通过撤出一件快递货物，重新计算下一个子任务的续航里程和/或续航时间。

本发明实施例在上述发明实施例一的基础上，通过对所述续航能力数据库中的负载物重量与无人机的理论续航时间之间的对应关系的离散与连续式数据的处理，还可以解决类似电动无人机应用于农药喷洒场景的负载物重量在飞行过程中连续变化的情况下的续航能力估计问题。

本发明实施例一中提出的所述续航能力数据库是通过针对特定的电动无人机进行负载物重量样本数据测定的方式得到的，在具体测定过程中，样本数量的大小可以根据实际需求精度来选择。

实际上，也可以根据所述负载物重量数据样本数据，将这些样本数据的点例如通过数据拟合的方式近似成一条反应负载物重量与续航时间之间关系的曲线函数，然后对于任意一个具体的实际负载物重量数据，都可以依据该曲线函数，来得到更为精确的续航能力估计数据。

另外，对于喷洒农药这种类似情况，明确在飞行过程中，载重会不断发生变化的情形，也可以参考上述运送多份物品的原理来处理，将具体飞行过程近似成多段飞行行程，每段飞行行程所负载的载重在不断减轻，然后依据数据库中得到的针对本飞行器的数据，同样能够准确得出续航能力数据。

本发明实施例中优选的，所述信号处理器可以内置于所述电动无人机中，也可以设置在与所述电动无人机双向通信的飞控台上，还可以是一个单独的物理模块，也可以利用所述电动无人机的飞行控制板(用于控制所述电动无人机的飞行)实现信号处理功能。在另一实施例中，考虑到电动无人机的负重问题，将所述信号处理器设置在飞控台中，所述电动无人机采集的信息通过上述数据通信模块传输至所述飞控台中进行处理。

本发明实施例中优选的，所述无人机的负载物重量样本数据通过多个测量值测定，然后通过例如求平均值的方式获取所述电动无人机的理论续航时间。由此能够使测量误差和环境影响达到最小。

本发明实施例中优选的，还包括电量检测电路，所述电量检测电路分别与所述无人机的电池、所述存储器和所述控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

本发明实施例中优选的，所述重力获取模块包括设置于无人机上的称重设备、扫码器或者无线信号接收器中的至少一种，其中，

所述称重设备包括弹簧测重计和/或电子测重计，用于测量放置其上的所述电动无人机的实际负载物重量；

所述扫码器包括二维码和/或条形码扫码器，用于扫描读取至少包括所述电动无人机的实际负载物重量信息的二维码和/或条形码；

所述无线信号接收器用于接收通过无线电信号形式发送的包括所述电动无人机的实际负载物重量信息。

本发明实施例中优选的，还包括和所述无人机双向通信的飞控台，所述飞控台进一步包括显示器，所述飞控台通过无线数据通信链路接收所述续航里程和/或续航时间，所述显示器用于显示所述续航里程和/或续航时间。当然，本发明实施例并不限于所述显示器，还可以通过其他方式向用户提示所述电动无人机当前的续航时间与里程，例如通过语音设备实时或者在预定间隔周期内播报。

具体到如何获知负载物重量的方法有多种，可以分成两大类：一类是不在所述电动无人机上称重，而是事先已经得知该负载物的重量，然后通过无线传输、扫码的方式传送给无人机；二是在所述电动无人机上设置称重设备。在类似农药喷洒这中运用场景，只能采用第二种方式，即必须在所述电动无人机上设置所述称重设备来完成负载物重量的测定，因为其负载物的重量在飞行过程中是随着农药的喷洒而实时变化的。

需要说明的是，由于测定重量的原理不同，如果是静止方式测定其上承载物品重量的电子秤原理，那么所述电动无人机的负载物只要放上去就能得到重量数据；如果是通过无人机上的提拉式称重设备来对所述电动无人机的负载物测定重量，需要注意，在无人机上升或者下降的阶段，由于存在额外的加速度，此时采集的重量是不准确的，应该在无人机与被运输的物品一同形成静止状态时，才测定所述电动无人机的负载物重量。在上述发明实施例一中例如快递任务这种类似情况下可以不用考虑这个，因为判断一个电动无人机是否能够完成任务，实际上应该在将任务分配给电动无人机之前就完成了，飞行过程中不用再考虑，而类似本发明实施例中列举的农药喷洒任务需要考虑所述电动无人机的上升和下降时产生的加速度对称重的影响，因为此时所述电动无人机的负载物重量是在飞行过程中实时测定的，并且会随着农药的喷洒时刻变化。

因为无人机负载物重量直接影响无人机的续航能力，由此，实际无人机负载物重量通过测量得知，并且对无人机续航里程具有大的影响，利用实际重量数据能够更精确地测定续航里程。

在计算时，可考虑更多重要的影响因素，例如飞行速度、加速度和飞行姿态等等，由此结合负载物重量确定续航里程更精确。而对于自由操纵的电动无人机，需要考虑更多影响其续航能力的因素。例如，可以根据电动无人机的不同飞行动作，对电动无人机电池的能量消耗情况进行统计。利用电动无人机上的所述惯性传感器即可实现对电动无人机能量消耗情况的预测。再例如，所述电动无人机的续航能力估计还考虑空气运动(自然风的方向、速度)的对续航能力估计的影响，由此能够排除掉外界自然环境对所述电动无人机的续航能力的估计。

但是对于用于货运的电动无人机，其飞行模式是基本一致的，包括加速度、飞行速度、飞行线路等等，可以不用过多考虑环境和电动无人机因素的影响，除非遇到极端天气，比如大风，这个时候，一般也不会用本发明实施例中的电动无人机进行货物运输或者农药喷洒。

本发明实施例中优选的，所述惯性传感器将检测到的飞行状态信息传输给所述信号处理器，由所述信号处理器对其进行姿态解算、判定所述电动无人机当前所对应的能耗情况，续航能力根据当前电池的剩余电量情况以及当前能耗情况来预测所述电动无人机的电量消耗情况下，计算所述电动无人机还能飞行的续航时间与续航里程。

为了进一步提高上述预测的准确性，还需要提升电池的当前剩余电量的分析准确程度。

现在大多数电子设备采用的电量测量方法还比较简单，缺乏精确度。目前主流的检测方法是简单测量电池电压，估算相对应的电池剩余电量。总电量除以4或5，也就是通常能在手机屏幕上看见的4格或者5格的电量Bar，这种情况下，每格的精确度即是25％或者20％，这样的精度显然无法满足高精度要求的应用。

这种电压估测电量的方法通常如下：一块电池在放电的时候，电池的电压会随着电池电量的流失逐渐地下降。这样就可以得到一个比较简单而有效的对应关系，就是电压对应电量。通过电池正常使用(比如100mA放电)的放电曲线，对时间进行4等分，以充电限制电压为4.2V的锂电池为例，可以列出这样一个对应关系，4.20V—100％，3.85V—75％，3.75V—50％，3.60V—25％，3.40V—5％(因为基本不可能完全用光电池的电量，假设该设备的工作电压范围最低是3.4V，那么一般低于3.40V时就可能自动关机了)。

很显然，这种精度最高只有25％。另外，电池电压会随着RFPA(radiofrequencypoweramplifier，射频功率放大器)的功率发射发生突变，通常会变小0.2V-0.3V。如果一味的使用电压模拟电量方法，就会误差更大。

本发明实施例中优选的，为了解决电池电压突然变小的测量问题，可以利用软件算法进行均值滤波，对一段时间内的电池电压进行均值化，如果该时间段的平均电池电压确实下降了，则预估电量确实变少了，否则即认为电量并未变化。

同时再考虑到温度对电池的能力可能产生较大的影响。本发明实施例能够在不同环境温度下，准确的对电池的当前剩余电量统计进行有效补偿，从而得到更为精准的余电分析数据，并进一步为电动无人机的飞行提供数据支持。

通常，在低温环境下，物质的活动倾向于更为不活跃，对于电池而言，其相应的充放电能力、充放电速度都会受到影响。由于电动无人机上使用电池作为动力，电动无人机在不同环境温度下，需要的动力情况差别不大，也就是意味着电池的输出功率差别不大，那么低温环境下，由于电池的蓄电能力降低，必然导致电动无人机的续航能力降低，但是这种降低在传统技术中，并不考虑其影响。因此，导致在不同环境温度下，对电动无人机的续航能力估计不够准确。

本发明实施例中优选的，所述存储器和所述贮存器可以是但不局限于随机存取存储器(RAM)和/或闪存。所述存储存储器和所述贮存器的大小可以根据需求的功能定制。

本发明实施例公开了一种电动无人机，在前述发明实施例的基础上，通过结合了负载物重量因素的分段计算方式来精准估算续航能力，或者通过对样本数据的数据拟合，实现对于需要实时连续估计续航能力的情况，通过对负载物重量和续航能力之间连成曲线的数据处理过程，这样对于飞行过程中，载重会连续变化的情况，也能够准确判断其续航能力。并且，数据结果分析简便、针对性强、续航能力判断准确可靠。

本发明实施例尤其适用于电动无人机需要应用于频繁搭载和运送某些附加设备(快递、送货等场景)或者电动无人机需要搭载重量会发生变化的附加设备(农药喷洒等情形)的情形，此时采用常规的续航能力估算方式或者效率很低或者干脆就失灵。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例三、一种电动无人机的续航能力估计方法。

图3为本发明实施例三的电动无人机的续航能力估计方法流程图，本发明实施例将结合图3进行具体说明。

如图3所示，本发明实施例提供了一种电动无人机的续航能力估计方法，包括以下步骤：

步骤S301：存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

步骤S302：预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

步骤S303：获取所述电动无人机的实际负载物重量；

步骤S304：根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

本发明实施例中优选的，预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系步骤之后，还包括对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理的步骤。

本发明实施例中优选的，所述采存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值之前还包括检测所述电动无人机的电池的当前剩余电量的步骤。

本发明实施例中优选的，所述电池的当前剩余电量包括所述电池的实际当前剩余电量减去预留的安全电量。

本发明实施例中优选的，所述方法进一步包括所述预留的安全电量分析步骤，用于计算所述电动无人机从当前位置安全返航到预设位置或者从所述电动无人机的当前位置直接降落所需要的电池电量。

本发明实施例中优选的，根据所述电量检测电路实时获取电池的当前剩余电量，利用所述电动无人机上的所述导航定位单元实时获取所述电动无人机当前位置的坐标信息或者利用所述电动无人机上的高度传感器实时获取所述电动无人机当前位置的离地高度，并根据所述坐标信息或者离地高度和所述电动无人机当前飞行状态下计算所述电动无人机从所述当前位置安全返航或者安全降落所需要的电池电量。判断所述当前剩余电量是否大于所述安全电量；若所述电池的当前剩余电量不大于所述安全电量，则立即执行返航或者降落命令，或者所述飞控台向用户发出警示信号。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机从所述当前位置安全返航到所述预设位置的路径为如下一种：原飞行路径，所述当前位置与所述预设位置在水平方向的直线路径及在竖直方向的直线路径，所述当前位置与所述预设位置之间的直线路径。

本发明实施例中优选的，计算所述电动无人机从所述当前位置安全返航到所述预设位置所需要的电量时，所述电动无人机根据预设标准自动选取返航路径，并根据所选取的返航路径计算所述电动无人机从所述当前位置安全返航到所述预设位置所需要的电池电量。

本发明实施例中优选的，所述预设标准包括如下至少一种：消耗电量最少，返航行程最短，变速次数最少。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机从所述当前位置安全返航到所述预设位置的路径可自动设定或者由用户设定。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机从所述当前位置直接降落或者安全返航所需要的电池电量包括预留的安全电量。

本发明实施例中优选的，所述预设位置为所述电动无人机的起飞点或用户指定的目标点。当然，在本发明中，所述电动无人机返航的预设位置不限于上述地点，也可以为其它地点，例如，当所述电动无人机装载有探测地面的地理相貌的传感器时，所述电动无人机返航的预设位置可以为自动选取的最佳降落点。预设位置的坐标信息可以事先存储在所述电动无人机内，或者由用户直接输入。

本发明实施例中优选的，计算所述电动无人机当前的续航能力时，所述电池的当前剩余电量为所述电池的实际剩余电量减去所述预留的安全电量之后的电量，由此计算出的续航时间与续航里程。这样，进一步方便了非专业人员对所述电动无人机的安全飞行的需求，其可以直观的根据飞控台上显示的续航时间与续航里程控制所述电动无人机继续飞行，而不用担心所述电动无人机无法安全返航或者安全降落的问题。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机的实际负载物重量在所述电动无人机起飞之前和/或上升和下降过程结束之后确定。

本发明实施例公开了一种电动无人机的续航能力估计方法，在电动无人机进行应用时，针对该电动无人机的负载物重量的变化而精准估计其续航能力，通过在现有的电动无人机续航能力估算方法中，增加与电动无人机负重相关的续航能力数据库，进一步提高了电动无人机续航能力预测的准确性，从而提前预估当前电动无人机能否完成该任务。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例四、一种电动无人机的续航能力估计方法。

图4为本发明实施例四的电动无人机的续航能力估计方法流程图，本发明实施例将结合图4进行具体说明。

如图4所示，本发明实施例提供了一种电动无人机的续航能力估计方法，包括以下步骤：

步骤S401：存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

步骤S402：预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

步骤S403：对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理；

步骤S404：获取所述电动无人机的实际负载物重量；

步骤S405：根据所述分段或曲线的对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力；

具体的，所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

本发明实施例中优选的，所述采存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值之前还包括检测所述电动无人机的电池的当前剩余电量的步骤。

本发明实施例中优选的，所述电池的当前剩余电量包括所述电池的实际当前剩余电量减去预留的安全电量。

本发明实施例中优选的，所述电动无人机的实际负载物重量在所述电动无人机起飞之前和/或上升和下降过程结束之后确定。

本发明实施例公开了一种电动无人机的续航能力估计方法，在上述基础上，通过结合了负载物重量因素的分段计算方式来精准估算续航能力，或者通过对样本数据的数据拟合，实现对于需要实时连续估计续航能力的情况，也同样能够综合考虑负载物重量因素，精准估算该电动无人机的续航能力。

本发明尤其适用于电动无人机需要应用于频繁搭载和运送某些附加设备(快递、送货等场景)或者电动无人机需要搭载重量会发生变化的附加设备(农药喷洒等情形)的情形，此时采用常规的续航能力估算方式或者效率很低或者干脆就失灵。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

本发明可以带来这些有益的技术效果：本发明实施例公开的电动无人机及其续航能力估计方法，在电动无人机进行应用时，针对该电动无人机的负载物重量的变化而精准估计其续航能力，通过在现有的电动无人机续航能力估算方法中，增加与电动无人机负重相关的续航能力数据库，从而提前预估当前电动无人机能否完成该任务。同时，在上述基础上，通过结合了负载物重量因素的分段计算方式来精准估算续航能力，或者通过对样本数据的数据拟合，实现对于需要实时连续估计续航能力的情况，也同样能够综合考虑负载物重量因素，精准估算该电动无人机的续航能力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电动无人机，其特征在于，包括：

存储器，用于存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

贮存器，用于存储预先获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

重量获取模块，用于获取所述电动无人机的实际负载物重量；

控制器，与所述重量获取模块、所述贮存器及所述存储器通讯连接，所述控制器用于根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

2.根据权利要求1所述的电动无人机，其特征在于：还包括信号处理器，所述信号处理器分别与所述贮存器、所述控制器连接，用于对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理。

3.根据权利要求1或2所述的电动无人机，其特征在于：还包括电量检测电路，所述电量检测电路分别与所述无人机的电池、所述存储器和所述控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

4.根据权利要求1所述的电动无人机，其特征在于：所述重力获取模块包括设置于无人机上的称重设备、扫码器或者无线信号接收器中的至少一种，其中，

所述称重设备包括弹簧测重计和/或电子测重计，用于测量放置其上的所述电动无人机的实际负载物重量；

所述扫码器包括二维码和/或条形码扫码器，用于扫描读取至少包括所述电动无人机的实际负载物重量信息的二维码和/或条形码；

所述无线信号接收器用于接收通过无线电信号形式发送的包括所述电动无人机的实际负载物重量信息。

5.根据权利要求1所述的电动无人机，其特征在于：还包括和所述无人机双向通信的飞控台，所述飞控台进一步包括显示器，所述飞控台通过无线数据通信链路接收所述续航里程和/或续航时间，所述显示器用于显示所述续航里程和/或续航时间。

6.一种电动无人机的续航能力估计方法，包括以下步骤：

存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值；

预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系；

获取所述电动无人机的实际负载物重量；

根据所述对应关系、所述实际负载物重量以及所述电池的总电量和当前剩余电量，估计所述电动无人机的续航能力，其中，

所述续航能力包括续航里程和/或续航时间，所述负载物重量在所述无人机的运载范围之内。

7.根据权利要求6所述的电动无人机的续航能力估计方法，其特征在于：预先存储获取的所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系步骤之后，还包括对所述电动无人机的预设分级负载物重量与续航能力之间的对应关系进行处理的步骤。

8.根据权利要求6或7所述的电动无人机的续航能力估计方法，其特征在于：所述采存储所述电动无人机的电池的总电量和当前剩余电量的测量值之前还包括检测所述电动无人机的电池的当前剩余电量的步骤。

9.根据权利要求8所述的电动无人机的续航能力估计方法，其特征在于：所述电池的当前剩余电量包括所述电池的实际当前剩余电量减去预留的安全电量。

10.根据权利要求7所述的电动无人机的续航能力估计方法，其特征在于：所述电动无人机的实际负载物重量在所述电动无人机起飞之前和/或上升和下降过程结束之后确定。