CN112660371A - 垂直起降无人机的飞行控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降无人机的飞行控制系统及方法，所述飞行控制系统包括推力驱动模块和角度传感器；在垂直起降无人机处于起降状态时，角度传感器用于获取目标角度数据，并发送至控制器；控制器用于根据目标角度数据控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，直至使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。本发明能够实现在起降状态时，实时获取推力螺旋桨偏离的角度，并及时控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行，同时将推力螺旋桨通过电机刹车锁定在与地面或地面障碍物距离最大的位置，从而能够最大限度的减小无人机在起降过程中的碰撞事件发生；另外，也避免了对其他设备造成干扰。

Description

垂直起降无人机的飞行控制系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种垂直起降无人机的飞行控制系统及方法。

背景技术

对于垂直起降无人机，其推力螺旋桨只在巡航状态下工作，在垂直起降阶段不工作。但是，在起降阶段推力螺旋桨在气动力的作用下做不规则运动，进而会带来如下问题：

1)会碰撞其他设备或障碍物，如遇到地面不平整的情况会损坏螺旋桨；

2)容易干扰其他设备正常使用，如降落伞开伞过程中，缠绕伞绳造成无人机开伞失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中垂直起降无人机在垂直起降阶段，推力螺旋桨会在气动力的作用下产生不规则运动，容易造成设备损坏及干扰其他设备使用的情况的缺陷，提供一种垂直起降无人机的飞行控制系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种垂直起降无人机的飞行控制系统，述飞行控制系统包括推力驱动模块和角度传感器；

所述推力驱动模块包括推力电机和控制器；

所述推力电机的一端与所述垂直起降无人机的推力螺旋桨固定连接，所述推力电机的另一端与所述角度传感器固定连接；

所述控制器分别与所述推力电机和所述角度传感器电连接；

在所述垂直起降无人机处于起降状态时，所述角度传感器用于获取目标角度数据，并发送至所述控制器；

所述控制器用于根据所述目标角度数据控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

较佳地，所述角度传感器包括磁编码器；

所述磁编码器包括磁铁和编码器芯片；

所述磁铁固设于所述推力电机的转子的中心转轴的一端，所述编码器芯片固设于所述推力电机的定子上，所述推力螺旋桨固设于所述推力电机的转子的中心转轴的另一端；

其中，所述磁铁的旋转中心与所述编码器芯片的几何中心重合。

较佳地，当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器用于在所述推力螺旋桨与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；

所述控制器用于计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；

其中，所述角度差值为所述推力螺旋桨偏离水平方向的角度；

所述控制器还用于根据所述角度差值控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。

较佳地，所述控制器用于采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机旋转。

较佳地，所述控制器用于在所述推力电机旋转至目标位置时，将所述推力电机的三相短路以刹车锁定所述推力电机；

其中，所述推力电机旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

一种垂直起降无人机的飞行控制方法，所述飞行控制方法利用上述的垂直起降无人机的飞行控制系统实现，所述飞行控制方法包括：

S1、在所述垂直起降无人机处于起降状态时，所述角度传感器获取目标角度数据，并发送至所述控制器；

S2、所述控制器根据所述目标角度数据控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

较佳地，步骤S1之前还包括：

当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器在所述推力螺旋桨与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；

步骤S2包括：

所述控制器计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；

其中，所述角度差值为所述推力螺旋桨偏离水平方向的角度；

所述控制器根据所述角度差值控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。

较佳地，步骤S2包括：

所述控制器采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机旋转。

较佳地，步骤S2之后还包括：

S3、所述控制器在所述推力电机旋转至目标位置时，将所述推力电机的三相短路以刹车锁定所述推力电机；

其中，所述推力电机旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

本发明的积极进步效果在于：通过在推力电机的一端固设垂直起降无人机的推力螺旋桨，另一端固设磁编码器，实现在起降状态时，实时获取推力螺旋桨偏离的角度，并及时控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行，同时将推力螺旋桨通过电机刹车锁定在与地面或地面障碍物距离最大的位置，从而能够最大限度的减小无人机在起降过程中的碰撞事件发生；另外，也避免了对其他设备造成干扰，还具有结构简单、体积小、重量轻等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的垂直起降无人机的飞行控制系统的模块示意图。

图2为本发明实施例1的垂直起降无人机的飞行控制系统的部分结构示意图。

图3为本发明实施例1的垂直起降无人机的部分结构示意图。

图4为本发明实施例2的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法的流程图。

图5为本发明实施例2的垂直起降无人机的飞行阻力的控制方法中步骤S12的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

一种垂直起降无人机的飞行控制系统，如图1所示，所述飞行控制系统包括推力驱动模块1和角度传感器2；

所述推力驱动模块1包括推力电机11和控制器12；

其中，所述推力电机11的一端与所述垂直起降无人机的推力螺旋桨3固定连接，所述推力电机11的另一端与所述角度传感器2固定连接；所述控制器12分别与所述推力电机11和所述角度传感器2电连接；

推力驱动模块1可以设置在垂直起降无人机的推力螺旋桨3的任意位置，具体安装位置可以根据实际需求确定。优选地，如图2所示，推力驱动模块1固设于垂直起降无人机的推力螺旋桨3的正下方，推力驱动模块1通过推力电机11驱动推力螺旋桨3转动；角度传感器2固设于推力驱动模块1的正下方；

其中，所述角度传感器2具体可包括磁编码器；

所述磁编码器包括磁铁和编码器芯片；

所述磁铁固设于所述推力电机11的转子的中心转轴的一端，所述编码器芯片固设于所述推力电机11的定子上，所述推力螺旋桨3固设于所述推力电机11的转子的中心转轴的另一端；所述磁铁的旋转中心与所述编码器芯片的几何中心重合，当磁铁随转子转动时，则与安装在定子上的编码器芯片就会产生角度差，进而测得推力螺旋桨3相对水平方向的偏离角度。

在所述垂直起降无人机处于起降状态时，所述角度传感器2用于获取目标角度数据，并发送至所述控制器12；

所述控制器12用于根据所述目标角度数据控制所述推力电机11驱动所述推力螺旋桨3转动，直至使得所述推力螺旋桨3的朝向与水平方向平行。

具体的，当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器2用于在所述推力螺旋桨3与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器12；

所述控制器12用于计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；所述角度差值为所述推力螺旋桨3偏离水平方向的角度；

需要说明的是，若初始角度数据标定为零，则磁编码器得到的目标角度数据即为推力螺旋桨3偏离水平方向的角度。

所述控制器12还用于根据所述角度差值控制所述推力电机11驱动所述推力螺旋桨3转动，直至使得所述角度差值为零，此时推力螺旋桨3的朝向与水平方向平行。

具体的，所述控制器12用于采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机11旋转至目标位置，其中，所述推力电机11旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨3的朝向与水平方向平行。

需要说明的是，本申请中也可以采用其他能够根据角度差值驱动推力电机11旋转至目标位置的算法进一步来驱动推力电机11旋转。

另外，所述控制器12用于在所述推力电机11旋转至目标位置时，将所述推力电机11的三相短路以刹车锁定所述推力电机11；具体地，可以采用但不限于采用场效应管将所述推力电机11的三相短路以刹车锁定所述推力电机11；

如图3所示，A表示水平方向，其中垂直起降无人机中的推力螺旋桨3与水平方向平行，此时距离地面或地面障碍物的距离值最大。

本实施例中，通过在推力电机的一端固设垂直起降无人机的推力螺旋桨，另一端固设磁编码器，实现在起降状态时，实时获取推力螺旋桨偏离的角度，并及时控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行，同时将推力螺旋桨通过电机刹车锁定在与地面或地面障碍物距离最大的位置，从而能够最大限度的减小无人机在起降过程中的碰撞事件发生；另外，也避免了对其他设备造成干扰，还具有结构简单、体积小、重量轻等优点。

实施例2

一种垂直起降无人机的飞行控制方法，如图4所示，所述飞行控制方法利用如实施例1所述的垂直起降无人机的飞行控制系统实现，所述飞行控制方法包括：

S11、在垂直起降无人机处于起降状态时，角度传感器获取目标角度数据，并发送至控制器；

S12、控制器根据目标角度数据控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，直至使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

其中，步骤S1之前，所述飞行控制方法还包括：

S10、当生产垂直起降无人机时，角度传感器在推力螺旋桨与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至控制器；

进一步的，如图5所示，步骤S12具体包括：

S121、控制器计算得到目标角度数据与初始角度数据的角度差值；其中，所述角度差值为所述推力螺旋桨偏离水平方向的角度；需要说明的是，若初始角度数据标定为零，则磁编码器得到的目标角度数据即为推力螺旋桨偏离水平方向的角度。

S122、控制器根据角度差值控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，直至使得角度差值为零；此时推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

另外，步骤S12中，所述控制器采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机旋转至目标位置，其中，所述推力电机旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行，需要说明的是，本申请中也可以采用其他能够根据角度差值驱动推力电机旋转至目标位置的算法进一步来驱动推力电机旋转。

本实施例中，参见图4，步骤S12之后，所述飞行控制方法还包括：

S13、控制器在推力电机旋转至目标位置时，将推力电机的三相短路以刹车锁定推力电机；具体地，可以采用但不限于采用场效应管将所述推力电机的三相短路以刹车锁定所述推力电机。

本实施例中，通过在推力电机的一端固设垂直起降无人机的推力螺旋桨，另一端固设磁编码器，实现在起降状态时，实时获取推力螺旋桨偏离的角度，并及时控制推力电机驱动推力螺旋桨转动，使得推力螺旋桨的朝向与水平方向平行，同时将推力螺旋桨通过电机刹车锁定在与地面或地面障碍物距离最大的位置，从而能够最大限度的减小无人机在起降过程中的碰撞事件发生；另外，也避免了对其他设备造成干扰，还具有结构简单、体积小、重量轻等优点。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种垂直起降无人机的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制系统包括推力驱动模块和角度传感器；

所述推力驱动模块包括推力电机和控制器；

所述推力电机的一端与所述垂直起降无人机的推力螺旋桨固定连接，所述推力电机的另一端与所述角度传感器固定连接；

所述控制器分别与所述推力电机和所述角度传感器电连接；

在所述垂直起降无人机处于起降状态时，所述角度传感器用于获取目标角度数据，并发送至所述控制器；

所述控制器用于根据所述目标角度数据控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

2.如权利要求1所述的垂直起降无人机的飞行控制系统，其特征在于，所述角度传感器包括磁编码器；

所述磁编码器包括磁铁和编码器芯片；

所述磁铁固设于所述推力电机的转子的中心转轴的一端，所述编码器芯片固设于所述推力电机的定子上，所述推力螺旋桨固设于所述推力电机的转子的中心转轴的另一端；

其中，所述磁铁的旋转中心与所述编码器芯片的几何中心重合。

3.如权利要求1所述的垂直起降无人机的飞行控制系统，其特征在于，当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器用于在所述推力螺旋桨与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；

所述控制器用于计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；

其中，所述角度差值为所述推力螺旋桨偏离水平方向的角度；

所述控制器还用于根据所述角度差值控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。

4.如权利要求3所述的垂直起降无人机的飞行控制系统，其特征在于，所述控制器用于采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机旋转。

5.如权利要求4所述的垂直起降无人机的飞行控制系统，其特征在于，所述控制器用于在所述推力电机旋转至目标位置时，将所述推力电机的三相短路以刹车锁定所述推力电机；

其中，所述推力电机旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

6.一种垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于，所述飞行控制方法利用如权利要求1至5中任意一项所述的垂直起降无人机的飞行控制系统实现，所述飞行控制方法包括：

S1、在所述垂直起降无人机处于起降状态时，所述角度传感器获取目标角度数据，并发送至所述控制器；

S2、所述控制器根据所述目标角度数据控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

7.如权利要求6所述的垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：

当生产所述垂直起降无人机时，所述角度传感器在所述推力螺旋桨与水平方向平行时获取初始角度数据，并发送至所述控制器；

步骤S2包括：

所述控制器计算得到所述目标角度数据与所述初始角度数据的角度差值；

其中，所述角度差值为所述推力螺旋桨偏离水平方向的角度；

所述控制器根据所述角度差值控制所述推力电机驱动所述推力螺旋桨转动，直至使得所述角度差值为零。

8.如权利要求7所述的垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于，步骤S2包括：

所述控制器采用电流空间矢量算法根据所述角度差值驱动所述推力电机旋转。

9.如权利要求8所述的垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于，步骤S2之后还包括：

S3、所述控制器在所述推力电机旋转至目标位置时，将所述推力电机的三相短路以刹车锁定所述推力电机；

其中，所述推力电机旋转至所述目标位置时，所述推力螺旋桨的朝向与水平方向平行。

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