CN106371450A - 无人机、无人机起飞控制方法及装置 - Google Patents

无人机、无人机起飞控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种无人机、无人机起飞控制方法及装置，用于控制无人机。所述无人机起飞控制方法包括：接收起飞预备信号，根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；控制所述无人机悬停。使无人机可以悬停在一个具有可控高度的位置。

Description

无人机、无人机起飞控制方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机、无人机起飞控制方法及装置。
背景技术
传统的旋翼式无人机的起飞一般放在地上，由专业飞手操控遥控器设备来遥控飞机的起飞，起飞过程中要控制飞机的姿态平衡以及油门大小等，才可实现飞机的安全、正常起飞。对用户的操作能力要求较高，用户体验较差，普及性不高。
而手抛起飞对用户操作能力要求低于遥控起飞。现有的手抛起飞方法，直接将无人机抛向空中起飞，由于手抛作用的随机性，现有的手抛起飞方式无人机的起飞完成位置不具有可控性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无人机、无人机起飞控制方法及装置，以改善上述无法准确地确定无人机的起飞完成位置的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无人机起飞控制方法，用于控制无人机，所述无人机起飞控制方法包括：接收起飞预备信号；根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；控制所述无人机悬停。
一种无人机起飞控制装置，所述无人机起飞控制装置包括：预备信号接收模块，用于接收起飞预备信号；旋翼控制模块，用于根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；飞行控制模块，用于控制所述无人机悬停。
一种无人机，所述无人机包括：存储器；处理器；及无人机起飞控制装置，所述装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述无人机起飞控制装置包括：预备信号接收模块，用于接收起飞预备信号；旋翼控制模块，用于根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；飞行控制模块，用于控制所述无人机悬停。
一种无人机，所述无人机包括：接收单元；及处理器，与接收单元电性连接； 所述接收单元用于接收起飞预备指令并将该起飞预备指令转换为起飞预备信号后发送至处理器；所述处理器用于接收起飞预备信号，并根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；所述处理器还用于控制所述无人机悬停。
本发明实施例提供的无人机、无人机起飞控制方法及装置，对无人机发送起飞预备指令，无人机的接收单元接收到起飞预备指令后将起飞预备指令转换为起飞预备信号发送给处理器，处理器在接收到起飞预备信号后先控制旋翼以预定转速旋转，将无人机置于一定高度位置，且在预定转速旋转过程中满足相应的起飞条件，处理器控制旋翼加速并悬停，实现该无人机在可控的高度位置悬停。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例提供的无人机的方框示意图；
图2示出了本发明第一实施例提供的无人机起飞控制方法的流程图；
图3示出了本发明实施例提供的托举无人机的一种场景示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种表示无人机的三维坐标方向的示意图；
图5示出了本发明第一实施例提供的无人机起飞控制方法的另一种的流程图；
图6示出了本发明第一实施例提供的无人机起飞控制方法的又一种的流程图；
图7示出了本发明第二实施例提供的无人机起飞控制装置的功能模块图；
图8示出了本发明第三实施例提供的无人机的功能模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，是本发明实施例提供的无人机100的方框示意图。所述无人机100的组成元件包括无人机起飞控制装置101、存储器102、处理器103、输入输出单元104、功能设备105、定位设备106、动力单元107以及其他。各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述无人机起飞控制装置101包括至少一个可以软件或固件（firmware）的形式存储于所述存储器102或处理器103中的软件功能模块。所述处理器103用于执行该存储于存储器102或处理器103中的可执行的软件功能模块，例如所述无人机起飞控制装置101包括的软件功能模块或计算机程序。所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述可执行的软件功能模块包括的程序，本发明实施例任一实施例揭示的无人机所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。
其中，所述存储器102用于存储所述无人机100的各类数据。所述存储器102可以是所述无人机100的内部存储器，也可为可移除的存储器，存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM）等。其中，存储器102可用于存储程序。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器103(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器103可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
输入输出单元104用于接收无人机100的控制终端通过有线或者无线发送的数据，或者，输入输出单元104通过有线或者无线发送无人机100的数据到所述无人机100的控制终端，实现控制终端与该无人机100的交互。
功能设备105包括摄像设备、LED灯、蜂鸣器以及红外发生装置等，用于无人机执行特定飞行任务（例如，拍照，灯的闪烁，红外线遥测等）。
定位设备106包括定位装置（例如，惯性测量单元IMU）、导航装置（例如，GPS）、激光雷达及气压计等，用于对无人机的当前位置进行定位。
动力单元107包括电子调速器，电机，旋翼等，其中，所述电子调速器与电机电性连接，旋翼安装在电机上，该电子调速器接收处理器103发送的控制信号，控制电机旋转，从而带动旋翼的旋转，电子调速器获取电机的转速，并将该电机的转速反馈给无人机起飞控制装置101。
当然，无人机可以有比上述更多或者更少的组件，在本实施例中并不作为限定。
第一实施例
图2示出了本发明第一实施例提供的无人机起飞控制方法，该方法用于控制无人机100的起飞。具体的，该方法包括：
步骤S110：接收起飞预备信号。
无人机的处理器103接收起飞预备信号，其中，所述起飞预备信号可以在无人机被定位至预设起飞高度后触发产生。
具体的，在本实施例中，可以先将该无人机100置于预设位置，该预设位置可以是包括具有一定的预设起飞高度以及一定的空间区域性的位置。当然，在本实施例中，该预设位置的具体位置并不作为限制。
并且，如图3所示，将该无人机100置于预设位置的方式可以是直接通过手部托举，另外，也可以是通过其他辅助装置，如可移动的具有一定的高度的平台等。当然，具体的将无人机100置于预设位置的方式并不作为限定。
再由用户对该无人机100发送起飞预备指令，该起飞预备指令为使无人机100进入起飞预备状态的指令。该起飞预备指令可以通过用户触发遥控设备、触发设置于无人机100的按键、声控、在图像采集设备的采集区域内做指定动作或者拍打无人机100等方式输入，无人机100的遥控设备、无人机100的相应传感器、设置于无人机100的图像采集设备或按键等接收到起飞预备指令后，将该起飞预备指令转换为起飞预备信号发送给无人机100的处理器103。则对于处理器103，起飞预备信号通过与遥控设备通信的无线通信单元、按键、声控传感器、图像采集设备或者加速度传感器输入。
具体的，遥控设备可以是手机、电脑、遥控器等终端设备，对于通过触发遥控设备产生的起飞预备指令，用户可以在遥控设备直接输入起飞预备指令，遥控设备将该起飞预备指令转换为起飞预备信号后发送给无人机100的无线通信单元，无线通信单元可以将该起飞预备信号发送给处理器103。对于以按键触发输入的起飞预备指令，用户触发按键，该指令以信号形式发送到处理器103。对于以声控方式输入的起飞预备指令，用户可以输入指定的声控指令，如“起飞预备”等，该无人机100通过声控传感器接收声控指令作为起飞预备指令，并将该起飞预备指令转换为起飞预备信号发送至处理器103。对于以预定手势等指定动作输入的起飞预备指令，用户可以在图像采集设备的采集区域范围内做出指定动作，图像采集设备将采集到的指定动作作为起飞预备指令转换为起飞预备信号发送至处理器103。
对于以拍打无人机100的方式输入起飞预备指令的，无人机100可以通过加速度传感器检测拍打产生的振幅信号，并且，可以是在预设的时间段内，连续检测到预定次数的大于预定强度的振幅信号，则识别为起飞预备指令。当然，该预设的时间段并不作为限制，可以是1秒至5秒间的任意值，也可以是其他。进一步的，当传感器检测到振幅信号时，可以对振幅信号做低通滤波处理，将部分高频噪声滤除，再判断滤除噪声后的振幅信号是否大于预定强度。在本实施例中，低通滤波的截止频率并不作为限制，优选地，可以是40Hz，当然，也可以是其他。并且，对振幅信号的预定强度也不做限制，可以根据具体情况进行设置，优选的，可以是加速度大于2.5g对应的振幅，其中，g为重力加速度。
进一步的，在本实施例中，无人机的处理器在接收到起飞预备信号后，还可以包括等待预定预备时间，即在接收到起飞预备信号后等待预定预备时间再进入下一操作，使用户可以先对无人机100发送起飞预备指令，在发送预备指令后的该预定预备时间段内再将无人机100置于具有预设起飞高度的预定位置。例如，当使用拍打无人机100的方式输入起飞预备指令时，用户在某一较低的预设起飞高度（如地面）且方便拍打的位置对无人机100进行拍打，再在该预定预备时间内将无人机100置于较高的预设起飞高度。当然，在该预定预备时间段内，对无人机100的动作并不作为本发明实施例的限制，也可以并不对无人机100做任何动作。并且，在本实施例中，可以通过计时器或计时程序对预定预备时间进行计时。优选的，该预定预备时间可以是2秒。
进一步的，在本实施例中，还可以包括倒计时提醒。该倒计时提醒可以是在接收到起飞预备指令后，经过指定时间长度，发出提示信号，以提醒用户即将进入下一步动作。具体的，该提示信号可以是声音提示信号，也可以是光提示信号，在本实施例中并不作为限定。
对于光提示信号，可以是通过处理器103控制指示灯的闪烁实现，并且，进一步的，可以是在越接近预定预备时间结束，闪烁速度越快。也可以是指示灯的颜色变换，如，在接收到起飞预备指令的指定时间长度后，指示灯由原来的绿色变成红色。
对于声音提示信号，可以是通过处理器103控制蜂鸣器发声实现，并且，进一步的，可以是在越接近预定预备时间结束，蜂鸣器的声音频率越高。可以理解的，具体提示方式在本发明实施例中并不作为限制，可以根据实际需要进行设定。
当然，倒计时提醒也可以是在距离预定预备时间结束的指定时间长度时开始，或者一开始接收到起飞预备指令就开始，在本实施例中并不作为限制。
进一步的，在本实施例中，无人机100的处理器103在接收到起飞预备信号后，还可以对无人机100的运行状态进行自检，当自检结果为不合格，则无人机100不再执行后续的起飞动作，当无人机100运行状态的自检结果为合格，无人机100才继续后续起飞动作，以确保无人机100在正常工作状态下起飞。
在本实施例中，运行状态的自检可以通过检测无人机100的各种运行参数是否满足正常飞行的要求实现。具体的，可以是无人机100的任意一种运行参数的检测结果为不合格则认为无人机100运行状态的自检结果为不合格，也可以是当不合格的运行参数的种类达到设定数量或者某些指定运行参数检测结果为不合格时才认为无人机100运行状态的自检结果为不合格，具体无人机100的自检结果为不合格的判定方式在本实施例中并不作为限定。
具体的，该对无人机100的运行参数进行自检可以包括检测无人机100的上电时间、旋翼运动状态、是否处于禁飞区、惯性传感器是否处于有效状态、无人机100是否静止等其中的一种或多种。当然，具体进行检测的运行参数在本实施例中并不作为限定，也可以是其他，如超声传感器、GPS、气压计等其他传感器的有效性检测，速度、加速度、位移等各种具有预设值的参数是否在合理区间内、相关指示灯以及图像采集设备等附加设备是否能正常工作等。
其中，由于无人机100上电后需要一定的预热和初始化时间，在未完成初始化的状态下起飞容易造成失控，则在接收到起飞预备信号后，可以包括对无人机100的上电时间进行自检。检测无人机100的上电时间可以是检测无人机100从完成上电到当前时间点的时间长度是否大于预定的上电时间长度，若是，才认为上电时间的检测结果为合格，否则认为上电时间检测的检测结果为不合格。优选的，本实施例中预定的上电时间长度可以为12秒。
另外，对旋翼运动状态的检测可以是检测控制旋翼的电机转速是否为零，若电机转速为零，则认为旋翼未旋转，检测结果合格。若检测到电机的转速不为零，旋翼旋转，对旋翼运动状态的检测结果为不合格。由于无人机100在未进行飞行的状态下才进行起飞，而无人机100的飞行需要旋翼旋转，则通过检测旋翼运动状态可以确定飞行器是否在飞行状态中。
检测无人机100是否处于禁飞区为检测无人机100当前所处的空间范围是否是禁止飞行区域。具体检测方式可以是获取无人机100当前的经纬度，检测该获取到的无人机100的当前经纬度是否是在无人机100存储的禁飞区的经纬度范围内，若是，则无人机100处于禁飞区，认为对无人机100是否处于禁飞区的检测结果为不合格，否则认为检测结果合格。
检测无人机100的惯性传感器是否处于有效状态可以是先获取惯性传感器获得的传感参数，检测惯性传感器的传感参数是否在预设参数范围内，若是，则认为惯性传感器处于有效状态，惯性传感器的检测结果为合格，若否，则认为惯性传感器无效，惯性传感器的检测结果为不合格。例如，对于加速度计是否处于有效状态的检测，可以读取加速度计的三个敏感轴方向的加速度数据，在本实施例中，三个敏感轴方向对应机体的前方、右方和下方，当然对三个敏感轴的方向并不做限定，可以是三个成正交关系分布的轴向、机体坐标系。若在三个敏感轴方向的加速度数据中存在大于预设加速度的加速度数据，则认为该加速度计处于无效状态，加速度计的检测结果为不合格。优选的，预设加速度可以是5g，其中g为重力加速度。可以理解的，预设加速度的大小并不作为限定，可以根据实际需要设定。
对无人机是否处于静止状态机的检测可以通过检测无人机100自身的运动速度实现。若无人机100的运动速度大于自检速度阈值，则认为无人机100处于非静止状态，认为对无人机100的静止状态检测不合格，若无人机100的运动速度小于或等于自检速度阈值，认为对无人机100的静止状态检测合格。
当然，对无人机100的运动速度的检测可以分解为对三维坐标方向的速度分量的检测。具体的，可以获取无人机100在预设检测时间段内三维坐标方向的速度分量，当在该预设检测时间段内其中一个方向的速度分量大于该坐标方向的自检速度阈值，则认为对无人机100的静止状态检测不合格。
在本实施例中，无人机100的三维坐标方向可以是无人机100向东的方向、向南的方向以及向上的方向，如图4所示。优选的，在本实施例中，该预设检测时间段可以是50ms，各个坐标方向的速度分量的自检速度阈值可以分别为：东西向0.3m/s，南北向0.3m/s，上下向0.2m/s。可以理解的，东西向0.3m/s即无人机100向东的自检速度阈值为0.3m/s，向西的自检速度阈值也为0.3m/s，同样的，南北向的自检速度阈值分别指向南和向北的自检速度阈值，上下向的自检速度阈值分别指向上和向下的自检速度阈值。例如，当前时间的50ms时间段内，无人机100具有向东的0.4m/s的运动速度，该0.4m/s大于向东方向的自检速度阈值0.3m/s，则检测结果为无人机100不处于静止状态，检测结果不合格。
由于无人机100的动力学参数对于实现稳定飞行至关重要，在起飞前应该尽量保证无人机100在相对静止的状态，以免产生过大的速度偏差，导致起飞后的速度失控，于是在无人机100起飞前可以进行静止状态检测。
进一步的，在本实施例中，当无人机100具有检测结果为不合格的运行参数，可以对用户做出相应的检测结果反馈，使用户获知哪种状态参数不合格以及不合格原因，以便用户可以做出相应的反应。当然，是任何一种运行参数的检测结果为不合格都进行反馈还是其中某些运行参数的检测结果为不合格才进行反馈在本实施例中不作限定。并且，无人机100向用户做出反馈的方式在本实施例中并不作为限定，可以是向与无人机100具有无线连接关系的相关控制设备发送反馈信息，也可以是通过设置于无人机100的相应指示设备，如指示灯，进行检测结果反馈。
步骤S120：根据所述起飞预备信号，控制所述无人机以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速。
处理器103接收到传感器发送的起飞预备信号，根据该起飞预备信号控制旋翼以预定转速旋转。
首先输出一个恒定的较小油门，控制无人机100的旋翼以预定转速旋转，该预定转速为旋翼在一个较低的速度下进行旋转的转速，该较低的速度为一个安全的转速，通常，该预定转速下旋转的旋翼，用户即使不小心碰到也不会对用户产生伤害。
旋翼以预定转速旋转，一方面，可以给用户一个心理缓冲期，使其可以适应无人机100后续的更快速度的旋转，另一方面，也可以安全地检测旋翼是否可以正常旋转以及相应的控制系统是否可以正常工作。
在本实施例中，该预定转速的具体大小并不作为限定，可以为怠速旋转，也可以是大于无人机100怠速旋转时的转速，小于无人机100的额定转速。
无人机的怠速旋转为一个极低的旋转速度，其转速范围可以是1000至2000转/分钟，当然，怠速旋转的具体转速并不限定。
无人机100的额定转速为使无人机100能基本悬停的一个转速估计值，可以通过无人机100的多次预先飞行获得。具体的，预先多次使无人机100在飞行过程中悬停，记录其悬停时的旋翼的转速，获得多个无人机100悬停时旋翼的转速。可以以该多个转速的平均值作为额定转速，或者以其中某个转速作为额定转速，或者通过对该多个转速的其他计算方式获得的转速作为额定转速。
另外，也可以是，无人机100在每次飞行过程中记录本次飞行中平稳悬停时旋翼的转速，将其存储在存储器102中，该存储器102包括非易失性存储设备。具体存储时间并不做限制，可以是间隔固定时间存储一次，也可以是在降落时进行存储。每次起飞时，将非易失性存储设备中存储的前一次飞行中平稳悬停时旋翼的转速作为额定转速。
步骤S130：控制所述无人机悬停。
在一种具体的实施方式中，可以是在旋翼以预定转速旋转一段时间后，控制无人机悬停。在该实施方式中，用户可以在无人机悬停后放开无人机，当以手部托举无人机起飞时，在无人机悬停后将手拿开。并且在该以预定转速旋转的旋转时间中，可以再次调整无人机的位置。
在本实施方式中，旋翼以预定转速的旋转即将结束时，可以发出旋翼加速提示信号，该加速提示信号可以为声音提示信号或者灯光提示信号，以使用户获知无人机100无人机即将进入下一操作。
在另一种具体的实施方式中，也可以是通过无人机的运动速度判断是否要开始控制无人机悬停。
具体的，在该实施方式中，步骤S130之前，如图5所示，可以包括：
步骤S121：监测所述无人机的运动速度，当所述运动速度达到预设条件时，执行所述步骤S130。
当开始控制无人机100的旋翼进行预定转速的旋转时，同时监测无人机100的运动速度。当无人机的运动速度达到预设条件时，控制无人机悬停。
用户需要该无人机100进入起飞状态时，使无人机100发生相对位置变化的运动，无论是通过使无人机发生一定位移后放开无人机还是直接放开无人机使无人机发生相对位置变化的运动，无人机均会产生一定的运动速度。当然，该运动速度可能在放开无人机前或者放开无人机后产生，根据用户的具体操作决定。
对无人机的运动速度进行监测，具体的，可以通过多种传感器的共同作用获得无人机100的运动速度。例如，通过加速度计的积分得到无人机100的初步运动速度，由于加速度计存在漂移的问题，在长时间的积分过程中会导致得到的运动速度存在较大偏差，可以再通过GPS、超声波传感器或者气压计等测得的无人机100的瞬时速度修正加速度计积分的偏差，得到更为准确的无人机100的运动速度。
具体修正方式可以是通过卡尔曼滤波算法实现。卡尔曼滤波算法通过融合加速度计、GPS以及超声波传感器等传感器输出的速度，对无人机100的运动速度做出最优估计。
优选的，该运动速度为无人机100在竖直方向向上或者向下运动的速度，即为无人机100的垂直速度。用户可以通过直接放开无人机、手托无人机100上举或者下举产生无人机100的运动速度。
当运动速度为无人机100的垂直速度时，利用GPS、超声波传感器或者气压计等传感器测得的瞬时垂向速度对加速度计积分获得的初步运动速度进行修正。
当无人机100设置的传感器获得当前的运动速度满足预设条件时，执行步骤S130。
在本实施例中，该预设条件可以是无人机的运动速度大于或等于第二速度阈值。该第二速度阈值可以是在竖直方向上的0.2m/s至1m/s，优选的，可以是0.3m/s。当然，该第二速度阈值可以由用户根据实际情况设定，在本实施例中并不作为限制。
该预设条件也可以是第二预定延时时间范围内所述运动速度均小于第二速度阈值且到达第二预定延时时间结束时。旋翼开始旋转后，可能在第二预定延时时间范围内一直未监测到大于或等于第二速度阈值的运动速度，在第二预定延时时间结束时，仍然开始执行步骤S130的控制所述无人机悬停。
该第二预定延时时间可以根据具体情况设定，优选的，该预定延时时间可以为3秒。
当然，在本实施例中，也可以是通过其他方式来判断是否需要开始控制无人机悬停。例如，通过判断无人机100的加速度是否达到某一阈值或者在某一加速度范围内来判断。或者如通过超声传感器获得的无人机100的位移变化、高度变化，通过图像采集设备获得无人机100周围环境变化、速度变化、位移变化、高度变化，通过GPS、气压计等其他传感器获得的数据来判断。
具体的，请参见图6，本实施例中步骤S130中的控制无人机悬停的方法可以是：
步骤S131：控制旋翼加速至所述额定转速。
首先，处理器103获取存储的额定转速，并控制旋翼加速到额定转速。由于额定转速为使无人机100能基本悬停的一个转速估计值，则加速到额定转速的旋翼产生的托举力使无人机100能悬停或者基本悬停。可以理解的，无人机悬停时，其竖直方向上的垂向速度为零，或者几乎为零。
旋翼的加速可以以特定形式进行，例如，若是方波电调驱动的旋翼，则可以指数形式将旋翼加速到指定的转速，若是FOC电调驱动的旋翼，则可以其他形式加速。其具体加速方式在本实施例中并不作为限制。
由于使无人机100平稳悬停的旋翼转速受到海拔高度、无人机100重量、螺旋桨参数以及移动平台对无人机100产生的初始速度等各种因素的影响，在本次起飞时无人机100稳定悬停所需要的旋翼的转速与存储的额定转速可能存在偏差，则在无人机100的旋翼加速到额定转速后，进一步的，如图6所示，还可以包括：步骤S132：调整旋翼转速以调整无人机100运动速度。
旋翼加速至额定转速后，再对无人机100的旋翼的转速进行调整，以调整无人机100的运动速度，尽可能消除存储的额定转速与无人机当前稳定悬停所需要的转速存在的偏差，使无人机100能进入悬停状态。
步骤S133：当所述无人机的运动速度在采样时间段内被调整到小于第一速度阈值时，判定起飞结束，控制所述无人机悬停在所述起飞结束时所述无人机100所在的高度。
当无人机100在采样时间段内的运动速度小于第一速度阈值，认为无人机100进入悬停状态。
具体的，可以在与当前时间最近的采样时间段内获取无人机100的多个运动速度，可以是该多个运动速度均小于第一速度阈值时，才认为无人机100达到悬停，也可以是在采样时间段内运动速度的平均值小于第一速度阈值，认为无人机100达到悬停，或者是采样时间段内小于第一速度阈值的运动速度达到一定个数，认为无人机100达到悬停。当然，该采样时间段也可以很短，并且只采样一个运动速度。
在本实施例中，采样时间段以及第一速度阈值的具体大小并不作为限定，可以根据实际需要设置。优选的，采样时间段可以是50ms，第一速度阈值的垂直速度可以是0.05m/s。
在一种具体的实施方式中，当无人机100达到悬停时，判定无人机100的起飞结束，并且控制无人机100悬停在无人机100起飞结束时所在的高度。无人机100的高度可以通过设置于无人机100的超声传感器获得，当然，也可以通过其他方式获取无人机100所处的高度。
通常的，在该实施方式中，无人机所悬停的高度与预设起飞高度相接近。
进一步的，在本实施例中，若无人机100具有初始速度并且初始速度过大，如用户放开无人机100时，使无人机100具有一个向上的较大的初始速度，而当将旋翼的转速加速到额定转速后，通常使用较小的控制参数调整旋翼转速，此时若持续以该较小的控制参数调整旋翼转速将无人机100调整为达到悬停状态需要较长的时间。于是，如图6所示，进一步的，本实施例还可以包括另一种实施方式：
步骤S134：在第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机100的运动速度均等于或大于第一速度阈值，判定在到达所述第一预定延时时间结束时起飞结束，控制所述无人机100悬停于所述起飞结束时所述无人机100所在的高度。
若在第一预定延时时间范围内，将旋翼的转速加速到额定转速后的转速调整仍未使无人机100达到悬停状态，则在该第一预定延时时间结束时判定无人机100的起飞结束，记录该起飞结束时无人机100所处的高度。最后控制无人机100悬停在该记录的起飞结束时无人机100所在高度。例如，起飞结束时无人机100所在高度为4m，当无人机100的当前高度大于4m，则控制电机转速减小以减小旋翼转速，使无人机100高度下降至4m。
在控制无人机100悬停在起飞结束时所在高度时，可以以比调整额定转速的较小的控制参数更大的控制参数控制无人机100的旋翼旋转，使无人机100能快速悬停在起飞结束时所在高度，缩短达到悬停所需时间。
在该实施方式中，通过对第一预定延时时间的设定以及在放开无人机时对无人机初始速度的人为控制，可以使无人机最后悬停的高度与预设起飞高度的高度差以及与预设位置之间的位移量可控，从而使起飞完成位置可控。
在本实施例中，在第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机100的运动速度大于或等于第一速度阈值，即为在第一延时时间范围内不满足步骤S133中所述的无人机的运动速度在采样时间段内被调整到小于第一速度阈值。
可以理解的，当在采样时间段内的多个运动速度均小于第一速度阈值认为无人机100悬停，则该第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机100的运动速度大于或等于第一速度阈值为，每个采样时间段均存在大于第一速度阈值的运动速度；当在采样时间段内运动速度的平均值小于第一速度阈值，认为无人机100达到悬停，则该第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机100的运动速度大于或等于第一速度阈值为，每个采样时间段内的平均速度均大于或等于第一速度阈值；当采样时间段内小于第一速度阈值的运动速度达到一定个数，认为无人机100达到悬停，则该第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机100的运动速度大于第一速度阈值为，每个采样时间段的小于第一速度阈值的运动速度的个数均未达到要求的一定个数。
在本实施例中，该第一预定延时时间可以根据具体情况设定，优选的，可以是当从接收起飞预备信号开始达到6秒的时间长度时认为第一预定延时时间结束。
进一步的，本实施例提供的无人机100设置的图像采集设备可以用于拍照或摄像。该无人机可以稳定悬停在起飞结束时所在高度，本实施例中，该起飞结束时所在高度为一个可控的高度，例如可以为预设起飞高度，并且无人机稳定悬停的位置可以是预设位置，并且无人机可以从该预设位置起持续稳定飞行。由于在拍摄过程中，拍摄位置和拍摄角度是获得理想拍摄画面的关键因素，于是本实施例提供的无人机可以获得用户需要的拍摄位置和拍摄角度，用户根据该拍摄角度摆姿势或其他各种活动，以获得理想中的拍摄画面。
进一步的，在本实施例中，旋翼开始旋转以后，实时监测旋翼的旋转速度的变化情况，当旋翼的旋转速度发生突变时，控制所述旋翼停止旋转。
因为旋翼在旋转过程中，若碰撞到其他物体，其速度会发生非控制性的突变，此时，无人机100的飞控控制旋翼停止旋转，以避免旋转的旋翼对人员以及其他物体造成伤害，或者旋翼损坏，从而保证环境的安全性以及无人机100的安全性。
另外，旋翼的旋转速度突变也可以通过监测旋翼的驱动电机电流变化实现。旋翼的转速在飞控的控制下正常下降时，驱动电机的电流下降，若旋翼碰撞到其他物体，转速被迫下降，则驱动电机的转速被迫下降，其电流会上升。若飞控在没有控制电机转速突然增大的情况下监测到驱动电机的电流突然上升，则控制旋翼停止旋转。
进一步的，在本实施例中，旋翼开始旋转以后，实时监测无人机100的姿态以获得无人机100的倾斜角度，在无人机100的倾斜角度大于预定角度阈值时控制所述旋翼停止旋转。该预定角度阈值可以根据实际情况设置，如，可以是90度。当无人机100发生预定角度阈值及以上角度的倾斜或者翻转时，控制旋翼停止旋转，使无人机100的起飞进程停止。
具体的，对无人机100的姿态监测可以通过陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元（IMU）实现。
由于具有高速旋转的旋翼具有危险性，用户可能因为受到旋转的旋翼的惊吓或者其他原因而将无人机100甩飞，若无人机100在被甩出后发生大于预定角度阈值的倾斜或翻转，则可以通过控制旋翼停止旋转使无人机100停止起飞。
第二实施例
图7示出了本发明第二实施例提供的无人机起飞控制装置101的结构示意图。请参见图7，该无人机起飞控制装置101包括：
预备信号接收模块210，用于接收起飞预备信号，其中，所述起飞预备信号在无人机被定位至预设起飞高度后触发产生。旋翼控制模块220，用于根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速。飞行控制模块230，用于控制所述无人机悬停。
进一步的，在本实施例的一种实施方式中，在旋翼控制模块220控制旋翼以预定转速旋转后，对无人机100的运动速度进行监测，以获得无人机进入悬停的启动条件，于是，该无人机起飞控制装置101还可以包括：
运动速度监测模块240，用于监测所述无人机100的运动速度。优选的，运动速度监测模块240监测的运动速度为无人机在竖直方向上的运动速度。
于是，所述飞行控制模块230可以用于当所述运动速度达到预设条件时，控制所述无人机悬停。
优选的，在本实施例中，飞行控制模块230可以以所述运动速度大于或等于第二速度阈值作为预设条件，或者以在第二预定延时时间范围内所述运动速度均小于第二速度阈值且到达第二预定延时时间结束时作为预设条件。
进一步的，飞行控制模块230可以包括旋翼控制单元，用于控制旋翼加速至额定转速；旋翼调整单元，用于调整旋翼的转速以调整无人机的运动速度；作为另外的举例，所述旋翼控制单元和所述旋翼调整单元可以融合为一个单元。高度控制单元，用于当所述无人机的运动速度在采样时间段内被调整到小于第一速度阈值时，判定起飞结束，控制所述无人机悬停在所述起飞结束时所述无人机所在的高度。
再进一步的，飞行控制模块230的高度控制单元还可以用于在第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机的运动速度大于或等于第一速度阈值，判定在到达所述第一预定延时时间结束时起飞结束，控制所述无人机悬停于所述起飞结束时所述无人机所在的高度。
另外，在本实施例中，无人机起飞控制装置101还可以包括计时模块，用于等待预定预备时间，以使旋翼控制模块220在预定预备时间后控制所述无人机100的旋翼以预定转速旋转。当然，该计时模块还可以用于计时其他时间。
进一步的，该无人机起飞控制装置101的预备信号接收模块210接收通过遥控设备、按键、图像采集设备、声控传感器或者加速度传感器输入的起飞预备信号。
进一步的，为保证无人机正常起飞并且起飞后能正常飞行，本实施例提供的装置101还可以包括自检模块，用于对无人机进行运行状态的自检。当所述自检的结果为合格，旋翼控制模块执行所述根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转。
进一步的，由于无人机100的旋翼在旋转过程中可能会碰撞到异物，为对用户、他人、环境中其他物体以及旋翼进行保护，该无人机起飞控制装置101还包括旋翼转速监测模块，用于监测所述旋翼的旋转速度。同时，所述旋翼控制模块220还用于在旋翼转速监测模块检测到所述旋翼的旋转速度发生突变时，控制所述旋翼停止旋转。
另外，在起飞过程中，可能会由于用户的失误导致无人机100被甩飞，在甩飞后其倾斜角度可能会较大以至于发生翻转，使飞行姿态难以控制，于是，该无人机起飞控制装置101还可以包括：姿态监测模块，用于监测所述无人机100的姿态以获得无人机100的倾斜角度。此时，所述旋翼控制模块220还用于在无人机100的倾斜角度大于预定角度阈值时控制所述旋翼停止旋转。
第三实施例
如图8所示，本发明提供了一种无人机300，该无人机包括接收单元302及处理器301，处理器301与接收单元302电性连接；所述接收单元302用于接收起飞预备指令并将该起飞预备指令转换为起飞预备信号后发送至处理器301，其中，所述起飞预备指令由用户在无人机被定位至预设起飞高度后触发产生；所述处理器301用于接收起飞预备信号，并根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；所述处理器301还用于控制所述无人机悬停。
可以理解的，本发明实施例提供的无人机起飞控制方法也可以通过本实施例提供的无人机100的整体硬件设备实现。
具体的，在本实施例中，该接收单元302包括传感器、按键、图像采集设备或者其他，用户通过声控、做指定动作或拍打无人机100输入起飞预备指令，其中传感器接收到起飞预备指令后将起飞预备指令转换成起飞预备信号，传送给处理器301；按键响应用户触发按键输入的起飞预备指令，将该起飞预备指令以起飞预备信号的形式发送给处理器301，图像采集设备也可以拍摄指定动作并将拍摄的图像发送给处理器301，处理器301
对图像进行分析后确定是否获得起飞预备信号。处理器301根据接收单元302发送的起飞预备信号控制旋翼以预定转速旋转。
在一种具体实施方式中，通过加速度计与GPS、超声波传感器或者气压计的共同作用获取无人机的运动速度，并将运动速度以速度信号的方式发送给处理器301。处理器301通过速度信号对无人机的运动速度进行监测，在监测到无人机的运动速度大于或等于第二速度阈值时，处理器301控制旋翼加速，最后使无人机悬停。
在另一种实施方式中，该无人机包括计时器（图未示），计时器与处理器301电性连接。旋翼开始以预定转速旋转时计时器开始计时，处理器301通过速度信号对无人机的运动速度的监测，在所述运动速度小于第二速度阈值且计时器计时第二预定延时时间后，运动速度仍小于第二速度阈值，处理器301控制旋翼加速，并最后使无人机悬停。
综上所述，本发明实施例提供的无人机、无人机起飞控制方法及装置，使无人机处于具有无人机预设起飞高度的预设位置，在无人机接收到起飞预备指令后以预定转速旋转，在旋转过程中，通过对无人机的运动速度的控制，使无人机控制旋翼加速至额定转速并进一步调整旋翼转速以悬停在预设位置或者靠近预设位置处，或者在到达一定的预定延时时间使旋翼加速至额定转速并进一步调整旋翼转速以悬停在具有一定高度的位置，该悬停的位置为一个可控的起飞完成位置，以使无人机可以从一个可控的起飞完成位置开始其他飞行动作。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种无人机起飞控制方法，用于控制无人机，其特征在于，所述无人机起飞控制方法包括：
接收起飞预备信号；
根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；
控制所述无人机悬停。
2.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述控制所述无人机悬停的步骤包括：
控制旋翼加速至额定转速。
3.根据权利要求2所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，在所述控制旋翼加速至额定转速的步骤之后，还包括：
调整旋翼的转速以调整无人机的运动速度；
当所述无人机的运动速度在采样时间段内被调整到小于第一速度阈值时，判定起飞结束，控制所述无人机悬停在所述起飞结束时所述无人机所在的高度。
4.根据权利要求2所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，在所述控制旋翼加速至额定转速的步骤之后，还包括：
调整旋翼转速以调整无人机运动速度；
在第一预定延时时间范围内的每个采样时间段的所述无人机的运动速度大于或等于第一速度阈值，判定在到达所述第一预定延时时间结束时起飞结束，控制所述无人机悬停于所述起飞结束时所述无人机所在的高度。
5.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
监测所述无人机的运动速度；
当所述运动速度达到预设条件时，执行所述控制所述无人机悬停的步骤。
6.根据权利要求5所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述预设条件为所述运动速度大于或等于第二速度阈值。
7.根据权利要求5所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述预设条件为在第二预定延时时间范围内所述运动速度均小于第二速度阈值且到达第二预定延时时间结束时。
8.根据权利要求5所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述运动速度为所述无人机在竖直方向上的运动速度。
9.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述起飞预备信号在无人机被定位至预设起飞高度后触发产生。
10.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转的步骤之前，包括：
等待预定预备时间。
11.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述起飞预备信号通过遥控设备、按键、图像采集设备、声控传感器或者加速度传感器输入。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述无人机进行运行状态的自检，当所述自检的结果为合格，执行所述根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转的步骤。
13.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述无人机起飞控制方法还包括：
监测所述旋翼的旋转速度；
在所述旋翼的旋转速度发生突变时，控制所述旋翼停止旋转。
14.根据权利要求1所述的无人机起飞控制方法，其特征在于，所述无人机起飞控制方法还包括：
监测所述无人机的姿态以获得无人机的倾斜角度；
在无人机的倾斜角度大于预定角度阈值时控制所述旋翼停止旋转。
15.一种无人机起飞控制装置，其特征在于，所述无人机起飞控制装置包括：
预备信号接收模块，用于接收起飞预备信号；
旋翼控制模块，用于根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；
飞行控制模块，用于控制所述无人机悬停。
16.根据权利要求15所述的无人机起飞控制装置，其特征在于，所述无人机起飞控制装置还包括：
运动速度监测模块，用于监测所述无人机的运动速度；
所述飞行控制模块用于当所述运动速度达到预设条件时，控制所述无人机悬停。
17.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：
存储器；
处理器；及
无人机起飞控制装置，所述装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述无人机起飞控制装置包括：
预备信号接收模块，用于接收起飞预备信号；
旋翼控制模块，用于根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；
飞行控制模块，用于控制所述无人机悬停。
18.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：
接收单元；及
处理器，与接收单元电性连接；
所述接收单元用于接收起飞预备指令并将该起飞预备指令转换为起飞预备信号后发送至处理器；
所述处理器用于接收起飞预备信号，并根据所述起飞预备信号，控制所述无人机的旋翼以预定转速旋转，所述预定转速小于旋翼的额定转速；所述处理器还用于控制所述无人机悬停。
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