CN110244755A - 无人机应急控制系统、方法及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机应急控制系统、方法及无人机，涉及无人机技术领域。该系统包括：舵机控制器和与舵机控制器通信连接的处理器及执行机构；处理器用于以预设时间间隔向舵机控制器发送命令信号；舵机控制器用于接收命令信号，如果超过预设时间间隔未接收到命令信号，确定处理器处于异常状态，向执行机构发送控制信号，以通过执行机构控制无人机平稳飞行或降落。本发明避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

Description

无人机应急控制系统、方法及无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机应急控制系统、方法及无人机。

背景技术

目前，无人机飞行控制系统的核心部件是处理器(也可以称为飞行控制计算机，简称飞控)，处理器通过采集机载传感器数据，接收动力信号，解算出舵机控制指令，控制发动机油门及舵机旋转角度，进而控制整个飞行器的位置和姿态。飞行控制系统是整个无人机的大脑，构成了整个无人机系统安全可靠的屏障，当飞行控制系统的处理器工作异常时，无人机会处于失去控制的状态，容易造成无人机坠毁，进而给无人机运营商、地面建筑物和人群造成无法估量的损失。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无人机应急控制系统、方法及无人机，该系统避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种无人机应急控制系统，包括：舵机控制器和与所述舵机控制器通信连接的处理器及执行机构；

所述处理器用于以预设时间间隔向所述舵机控制器发送命令信号；

所述舵机控制器用于接收所述命令信号，如果超过所述预设时间间隔未接收到所述命令信号，确定所述处理器处于异常状态，向所述执行机构发送控制信号，以通过所述执行机构控制无人机平稳飞行或降落。

在可选的实施方式中，还包括与所述舵机控制器通信连接的组合惯导和动力设备；

所述舵机控制器还用于获取所述组合惯导的惯导数据和所述动力设备的动力参数，判断所述惯导数据和所述动力参数是否均正常，如果是，向所述执行机构发送正常运行信号；如果否，向所述执行机构发送紧急降落信号。

在可选的实施方式中，所述执行机构包括发动机和舵机；

所述发动机和所述舵机用于在接收到所述正常运行信号时运行，以使所述无人机平稳飞行；

所述发动机还用于在接收到所述紧急降落信号时调整所述发动机的转速，以及所述舵机还用于在接收到所述紧急降落信号时调整所述舵机的旋转角度，以控制所述无人机降落。

在可选的实施方式中，所述组合惯导包括全球卫星导航系统、陀螺仪、气压高度计、加速度计、磁力计中的一种或多种。

在可选的实施方式中，所述动力设备包括发动机、螺旋桨、气缸、油箱中的一种或多种。

在可选的实施方式中，所述无人机应急控制系统还包括地面监测端；

所述地面监测端用于向所述处理器发送遥控指令，如果在预设时间内未接收所述处理器针对所述遥控指令发送的响应信号，确定与所述处理器之间的通信链路异常，并向所述舵机控制器发送所述遥控指令；

所述舵机控制器还用于在接收到所述地面监测端发送的所述遥控指令时，控制所述执行机构执行与所述遥控指令对应的操作。

在可选的实施方式中，所述地面监测端为手持遥控器或者计算机。

第二方面，本发明实施例提供一种无人机，包括无人机主体，还包括设置在所述无人机主体上的如前述实施方式任一项所述的无人机应急控制系统。

第三方面，本发明实施例提供一种无人机应急控制方法，所述方法由舵机控制器执行，所述舵机控制器与处理器和执行机构通信连接，所述方法包括：

接收所述处理器以预设时间间隔发送的命令信号；

如果超过所述预设时间间隔未接收到所述命令信号，确定所述处理器处于异常状态；

向所述执行机构发送控制信号，以通过所述执行机构控制无人机平稳飞行或降落。

在可选的实施方式中，所述舵机控制器还与地面监测端通信连接，所述方法还包括：

接收所述地面监测端发送的遥控指令，并控制所述执行机构执行与所述遥控指令对应的操作。

本发明实施例提供的上述无人机应急控制系统、方法及无人机，包括舵机控制器和与该舵机控制器通信连接的处理器及执行机构，通过使处理器以预设时间间隔向舵机控制器发送命令信号，在舵机控制器超过预设时间间隔未接收到命令信号时即可确定处理器处于异常状态，从而由舵机控制器控制执行机构，以使无人机实现平稳飞行或降落，避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的一种无人机应急控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无人机通信链路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无人机机构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无人机应急控制方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种无人机应急控制方法流程图。

具体实施方式

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。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。

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。

当无人机的飞行控制系统的处理器工作异常时，无人机会处于失去控制的状态，容易造成无人机坠毁，进而为给无人机运营商、地面建筑物和人群造成无法估量的损失。基于此，本发明实施例提供了一种无人机应急控制系统、方法及无人机，该系统避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机应急控制系统进行详细介绍。

本发明实施例提供的一种无人机应急控制系统，参见如图1所示的无人机应急控制系统结构示意图，包括：舵机控制器11和与舵机控制器11通信连接的处理器12及执行机构13。该舵机控制器11为上述应急控制系统中能够实现应急控制的控制器名称，不仅局限于舵机控制器，还包括类似功能的飞控等一系列的应急控制装置，在这里仅以舵机控制器为例进行讲述，下文都以舵机控制器为例进行讲解。

处理器12用于以预设时间间隔向舵机控制器11发送命令信号。处理器12和舵机控制器11之间可以采用诸如握手协议等通信协议通信，处理器12以预设时间间隔向舵机控制器11发送命令信号，以使舵机控制器11根据接收到的命令信号控制舵机的旋转角度，从而控制无人机的飞行，舵机控制器还会针对处理器12发送的命令信号发送反馈信息。该预设时间间隔可以根据实际需求来设置，例如可以设置1～5s中的任意时间。处理器12是无人机飞行控制系统的核心部件，该处理器12在实际使用中可以是飞行控制计算机，简称飞控计算机或飞控。

舵机控制器11用于接收命令信号，如果超过预设时间间隔未接收到命令信号，确定处理器12处于异常状态，向执行机构13发送控制信号，以通过执行机构13控制无人机平稳飞行或降落。当舵机控制器11超过预设时间间隔时还未接收到处理器12发送的命令信号时，舵机控制器11确定处理器12处于异常状态，即处理器12工作异常(例如，处理器通讯异常或损坏，飞控计算机因内存泄漏或CPU工作异常，出现宕机或程序跑飞)。现有方案中，所有导航数据都是通过处理器(飞控计算机)进行解析和处理，根据无人机当前的位置和姿态，以及具体的飞行任务，通过飞控计算机生成控制指令，对执行机构进行相应的控制。当处理器工作异常时，舵机控制器11将会代替处理器12的工作，向执行机构13发送控制信号，以通过执行机构13控制无人机平稳飞行或降落。通过舵机控制器改变无人机的飞行速度和姿态，克服无人机降落时的阻力。所以，通过舵机控制器，可以实现载重无人机的安全平稳着陆。

本发明实施例提供的上述无人机应急控制系统，可以在处理器处于异常状态时，由舵机控制器控制执行机构，以使无人机实现平稳飞行或降落，避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

为了提高舵机控制器获取组合惯导的惯导数据的便捷性和快速性，本实施例提供的无人机应急控制系统，还包括与所述舵机控制器通信连接的组合惯导和动力设备，上述组合惯导可以是功能集成于舵机控制器内11，主要功能是飞行器的全球定位，检测飞行器的速度和姿态；也可以是独立设置于无人机中的各设备。动力设备与舵机控制器通信连接，便于舵机控制器获取动力设备的动力参数，从而根据动力参数判断无人机的当前状态。当飞控计算机因内存泄漏或CPU(Central Processing Unit，中央处理器)工作异常，出现宕机或程序跑飞时，舵机控制器通过检测惯导数据和飞控计算机的状态，当飞控计算机工作异常时，舵机控制器11接管机载设备，控制执行机构13，使无人机按照预设的航线飞行或安全平稳着陆。而将组合惯导集成于舵机控制器内，便于使舵机控制器11获取组合惯导的惯导数据，舵机控制器11还会采用组合惯导实现分层检测当前无人机运行姿态，主要利用北斗或者GPS(Global Positioning System，全球定位系统)对飞行器进行定位，当卫星信号较弱时，采用惯性导航方式，如加速度计和陀螺仪，通过航位推算，实时获取飞行器当前的位置和姿态。在具体实施时，上述的组合惯导可以采用GPS导航或者北斗导航配合惯性测量单元(包括诸如陀螺仪、气压高度计、加速度计、磁力计中的任意一种或多种组合)实现，当GPS导航或者北斗导航正常情况下，可以检测到当前无人机的运行姿态，飞行高度，飞行航线等，当卫星信号较弱时，GPS或者北斗信号消失，无人机想要保持既定航线飞行，需要惯性测量单元的惯性导航数据校准飞行姿态，根据偏航角保持原有路线，根据气压高度计保持飞行高度。

在一种具体的实施方式中，本实施例提供的系统的组合惯导包括全球卫星导航系统、陀螺仪、气压高度计、加速度计、磁力计中的一种或多种。其中，全球卫星导航系统可以是GPS、北斗导航系统、GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，格洛纳斯卫星导航系统)和GALILEO(伽利略卫星导航系统)四大卫星导航系统中的任意一种或几种组合。动力设备包括发动机、螺旋桨、气缸、油箱中的一种或多种。其中，发动机既可以归属于执行机构，在舵机控制器的控制下执行相应操作；也可以归属于动力设备，以使舵机控制器从发动机获取相应的动力参数，动力参数可以是诸如发动机转速、燃油温度、润滑油压力、水温、排气温度中的任意一种或多种。

舵机控制器11还用于获取组合惯导的惯导数据和动力设备的动力参数，判断惯导数据和动力参数是否均正常，如果是，向执行机构发送正常运行信号；如果否，向执行机构发送紧急降落信号。舵机控制器11在取代处理器12的工作之后，会实时获取组合惯导的惯导数据和动力设备的动力参数，判断惯导数据和动力参数是否均正常。如果是，即如果惯导数据正常且动力参数正常(获取到的惯导数据处于惯导数据的正常范围，且获取到的动力参数处于动力参数的正常范围)，舵机控制器11向执行机构13发送正常运行信号；如果否，即如果惯导数据不正常或动力参数不正常，或惯导数据和动力参数都不正常(获取到的惯导数据不处于惯导数据的正常范围、获取到的动力参数不处于动力参数的正常范围、获取到的惯导数据不处于惯导数据的正常范围且获取到的动力参数不处于动力参数的正常范围，出现以上三种情况中的任意一种)，舵机控制器11向执行机构13发送紧急降落信号。

考虑到执行机构使如何根据控制信号执行相应操作的，本实施例中执行机构13包括发动机和舵机，在实际应用中，执行机构13还包括与舵机相连的机械部件。

发动机和舵机用于在接收到正常运行信号时运行，以使无人机平稳飞行。发动机和舵机在接收到正常运行信号时，也就是无人机目前的惯导数据正常且动力参数正常，无人机按照预设的航线飞行，发动机和舵机接收舵机控制器11的控制，继续正常运行，以使无人机平稳飞行。

发动机还用于在接收到紧急降落信号时调整发动机的转速，以及舵机还用于在接收到紧急降落信号时调整舵机的旋转角度，以控制无人机降落。发动机在接收到紧急降落信号时，会通过控制发动机油门，调整发动机的转速(如果是旋翼无人机，其螺旋桨的旋转速度会改变)，从而改变无人机的飞行速度或飞行高度，以及舵机在接收到紧急降落信号时，会调整舵机的旋转角度，从而调整尾翼和侧翼角度，使得机翼角度更适合滑翔姿态，以控制无人机降落。该无人机应急控制系统在飞控计算机失效状态的紧急状态下，启动舵机控制器，舵机控制器通过获取组合惯导的惯导数据获得当前飞行数据，然后通过控制执行机构的舵机调整机翼，使无人机平稳飞行或降落，形成一个闭环控制。

为了使地面人员能够较好的监控或控制无人机的飞行状态，本实施例提供的无人机应急控制系统还包括地面监测端。

地面监测端用于向处理器12发送遥控指令，如果在预设时间内未接收处理器12针对遥控指令发送的响应信号，确定与处理器12之间的通信链路异常，并向舵机控制器11发送遥控指令。参见如图2所示的无人机通信链路结构示意图，地面监测端与无人机的处理器12(飞控计算机)之间存在通信链路，图2中示出了两条通信链路(即图中卫星信号接收终端(1#)与地面卫星接收端1之间的通信链路，以及卫星信号接收终端(2#)与地面卫星接收端2之间的通信链路)，地面监测端可以向处理器12(飞控计算机)发送遥控指令，以通过处理器12(飞控计算机)控制无人机的飞行，当地面监测端向处理器12发送遥控指令后，在预设时间内未接收到处理器12针对上述遥控指令发送的响应信号，确定地面监测端与处理器12之间的通信链路异常，采用备用的通信链路(即图中卫星信号接收终端(3#)与地面卫星接收端3之间的通信链路)与无人机进行通信，即通过备用卫星通信设备，向舵机控制器11发送遥控指令。

舵机控制器11还用于在接收到地面监测端发送的遥控指令时，控制执行机构13执行与遥控指令对应的操作。舵机控制器接收到指令后，控制执行机构13执行与遥控指令对应的操作，如图2所示，舵机控制器一方面解析组合惯导的惯导数据和动力设备的动力参数(即通过测量与控制模块和动力采集信号模块来获取惯导数据和动力参数，其中，通过动力信号采集模块可以获取发动机转速、燃油温度、润滑油压力、汽缸头、水温、排气温度、油箱液位等参数，通过测量与控制模块对组合惯导、激光测距仪、气象传感器和舵机角度等设备参数的采集，可以纠正飞行航道和选择临时的备降区域，避免降落到高速路或者人群拥挤的城市等危险区域)，修正飞行器姿态；另一方面通过动力控制模块控制发动机的油门，并控制舵机旋转角度，进而控制飞行器安全平稳飞行或降落。整个无人机应急控制系统构成的装置为全金属制品，带航空插头，防电磁干扰，安全防护等级达到IP68。

为了让用户更为便捷地利用地面监测端监控无人机，本实施例中地面监测端为手持遥控器或者计算机。地面的工作人员可以通过手持遥控器或计算机向无人机的处理器或舵机控制器发送遥控指令，以控制无人机的飞行。

本发明实施例提供的上述无人机应急控制系统，在飞控计算机与地面监测端之间的通信链路出现异常时，由舵机控制器控制无人机的飞行或降落，舵机控制器还可以与地面监测端进行通信，以接收地面监测端的遥控指令，并控制无人机执行与遥控指令相应的操作，提升了无人机控制的稳定性。

在上述无人机应急控制系统的基础上，参见如图3所示的无人机结构示意图，本发明实施例提供了一种无人机，包括无人机主体，还包括设置在无人机主体上的由上述实施例提供的无人机应急控制系统。该无人机的主体上设置有上述实施例提供的无人机应急控制系统，且有相匹配的地面监测端以控制无人机的飞行或飞行姿态。

本发明实施例提供的一种无人机，包括上述实施例提供的无人机应急控制系统中的所有技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例提供了一种无人机应急控制方法，参见如图4所示的一种无人机应急控制方法流程图，该方法由舵机控制器执行，舵机控制器与处理器和执行机构通信连接，该方法包括以下步骤：

S102：接收处理器以预设时间间隔发送的命令信号。

S104：如果超过预设时间间隔未接收到命令信号，确定处理器处于异常状态。

S106：向执行机构发送控制信号，以通过执行机构控制无人机平稳飞行或降落。

本发明实施例提供的上述无人机应急控制方法，由舵机控制器在处理器异常时控制执行机构，使无人机平稳飞行或降落，避免了因处理器异常而直接导致无人机失控的情况，可有效降低无人机坠机造成的损失。

在一种实施方式中，上述无人机应急控制系统还包括与所述舵机控制器通信连接的组合惯导和动力设备。

在一种实施方式中，舵机控制器获取组合惯导的惯导数据和动力设备的动力参数，判断惯导数据和动力参数是否均正常，如果是，向执行机构发送正常运行信号；如果否，向执行机构发送紧急降落信号。

在一种实施方式中，上述执行机构包括发动机和舵机。发动机和舵机在接收到正常运行信号时运行，以使无人机平稳飞行。发动机在接收到紧急降落信号时调整发动机的转速，以及舵机在接收到紧急降落信号时调整舵机的旋转角度，以控制无人机降落。

在一种实施方式中，上述组合惯导包括全球卫星导航系统、陀螺仪、气压高度计、加速度计、磁力计中的一种或多种。

在一种实施方式中，动力设备包括发动机、螺旋桨、气缸、油箱中的一种或多种。

在一种实施方式中，舵机控制器还可以与地面检测端通信，地面监测端为手持遥控器或者计算机。具体实施方式可以是：地面监测端向处理器发送遥控指令，如果在预设时间内未接收处理器针对遥控指令发送的响应信号，确定与处理器之间的通信链路异常，并向舵机控制器发送遥控指令。

在一种实施方式中，参见如图5所示的一种无人机应急控制方法流程图，上述无人机应急控制方法还包括以下步骤：

S108：接收地面监测端发送的遥控指令，并控制执行机构执行与遥控指令对应的操作。

本发明实施例提供的上述无人机应急控制方法，在飞控计算机与地面监测端之间的通信链路出现异常时，舵机控制器可以与地面监测端进行通信，以接收地面监测端的遥控指令，并控制无人机执行与遥控指令相应的操作，提升了无人机控制的稳定性。

本实施例所提供的方法，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。

本发明实施例提供的一种计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，所述计算机可执行指令促使所述处理器实现实施例所述的无人机应急控制方法。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

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，可轻易想到的变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机应急控制系统，其特征在于，包括：舵机控制器和与所述舵机控制器通信连接的处理器及执行机构；

所述处理器用于以预设时间间隔向所述舵机控制器发送命令信号；

所述舵机控制器用于接收所述命令信号，如果超过所述预设时间间隔未接收到所述命令信号，确定所述处理器处于异常状态，向所述执行机构发送控制信号，以通过所述执行机构控制无人机平稳飞行或降落。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述舵机控制器通信连接的组合惯导和动力设备；

所述舵机控制器还用于获取所述组合惯导的惯导数据和所述动力设备的动力参数，判断所述惯导数据和所述动力参数是否均正常，如果是，向所述执行机构发送正常运行信号；如果否，向所述执行机构发送紧急降落信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述执行机构包括发动机和舵机；

所述发动机和所述舵机用于在接收到所述正常运行信号时运行，以使所述无人机平稳飞行；

所述发动机还用于在接收到所述紧急降落信号时调整所述发动机的转速，以及所述舵机还用于在接收到所述紧急降落信号时调整所述舵机的旋转角度，以控制所述无人机降落。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述组合惯导包括全球卫星导航系统、陀螺仪、气压高度计、加速度计、磁力计中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动力设备包括发动机、螺旋桨、气缸、油箱中的一种或多种。

6.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于，所述无人机应急控制系统还包括地面监测端；

所述地面监测端用于向所述处理器发送遥控指令，如果在预设时间内未接收所述处理器针对所述遥控指令发送的响应信号，确定与所述处理器之间的通信链路异常，并向所述舵机控制器发送所述遥控指令；

所述舵机控制器还用于在接收到所述地面监测端发送的所述遥控指令时，控制所述执行机构执行与所述遥控指令对应的操作。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述地面监测端为手持遥控器或者计算机。

8.一种无人机，其特征在于，包括无人机主体，还包括设置在所述无人机主体上的如权利要求1-7任一项所述的无人机应急控制系统。

9.一种无人机应急控制方法，其特征在于，所述方法由舵机控制器执行，所述舵机控制器与处理器和执行机构通信连接，所述方法包括：

接收所述处理器以预设时间间隔发送的命令信号；

如果超过所述预设时间间隔未接收到所述命令信号，确定所述处理器处于异常状态；

向所述执行机构发送控制信号，以通过所述执行机构控制无人机平稳飞行或降落。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述舵机控制器还与地面监测端通信连接，所述方法还包括：

接收所述地面监测端发送的遥控指令，并控制所述执行机构执行与所述遥控指令对应的操作。