CN113359794B - 无人机的控制方法、装置、介质、电子设备及无人机 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种无人机的控制方法、装置、介质、电子设备及无人机。方法包括：在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；在检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；根据所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行。这样，可以实现多旋翼无人的旋翼构型的动态调整，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
Description
技术领域
本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无人机的控制方法、装置、介质、电子设备及无人机。
背景技术
随着物流、配送业务的发展，配送方式越来越多，如机器人配送、无人驾驶汽车配送，无人机作为一种新兴的作业工具，在配送业务中也逐渐被使用。多旋翼无人机是无人机的一种，多旋翼无人机通常是由机体和多个对称分布的旋翼组成。其中，多旋翼无人机在飞行过程中可能存在一个或多个旋翼故障、风力突然增大等突发情况，因此，如何应对这些突发情况，以保证多旋翼无人机安全、稳定飞行，属于多旋翼无人机的研究重点。
发明内容
本公开的目的是提供一种无人机的控制方法、装置、介质、电子设备及无人机，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
为了实现上述目的，第一方面，本公开提供一种无人机的控制方法，包括：
在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；
在检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；
根据所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；
按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行。
可选地，所述根据所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，包括：
获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
根据所述目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵；
根据所述多旋翼无人机的期望姿态信息，确定所述多旋翼无人机的姿态力学信息；
根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼。
可选地，所述根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼，包括：
根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
根据每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
可选地，所述根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼，包括：
针对当前时刻t0至t0+t1时刻之间的每一时刻t，根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵，其中，t1为预设的旋翼调整时长；
根据所述时刻t下的中间控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定所述时刻t下、每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
根据所述时刻t下的每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
可选地，所述根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，通过以下公式来确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵：
其中，Cmiddle为所述时刻t下的中间控制分配矩阵；Cn为所述目标控制分配矩阵；Cm为所述当前控制分配矩阵。
可选地，所述动力学矩阵包含K列，其中，K为所述多个旋翼的数量，所述K列与所述多旋翼无人机的K个所述旋翼一一对应；
所述根据所述目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵，包括：
将所述动力学矩阵中、与每一缺失旋翼对应的列的所有元素置零，其中，所述多旋翼无人机的多个旋翼中、除每一所述目标旋翼外的旋翼作为所述缺失旋翼；
将置零后所得的动力学矩阵的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
可选地，所述旋翼构型调整条件包括以下条件中的任一个：
所述多旋翼无人机的总质量的变化量大于预设质量阈值；
所述多旋翼无人机的、当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼；
所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在出现故障的旋翼。
可选地，所述从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼，包括：
在所述变化量大于所述预设质量阈值的情况下，根据所述多旋翼无人机的当前总质量，确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼的情况下，从未遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述当前挂载设备的旋翼的情况下，从未剐蹭所述当前挂载设备的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
在所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼的情况下，根据所述风力，确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在故障旋翼的情况下，从非故障旋翼中确定所述目标旋翼。
可选地，所述方法还包括：
在所述多旋翼无人机起飞时，获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
根据所述动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵，其中，所述预设的起飞构型包括多个预设的起飞旋翼，所述多个预设的起飞旋翼为所述多旋翼无人机的部分旋翼；
根据所述起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一所述起飞旋翼。
第二方面，本公开提供一种无人机的控制装置，包括：
检测模块，用于在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；
目标旋翼确定模块，用于在所述检测模块检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；
控制模块，用于：根据所述目标旋翼确定模块确定出的所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行。
第三方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面提供的所述方法的步骤。
第四方面，本公开提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第一方面提供的所述方法的步骤。
第五方面，本公开提供一种多旋翼无人机，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第一方面提供的所述方法的步骤。
通过上述技术方案，在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；在检测到多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件的情况下，从多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼，之后，根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和期望姿态信息，分别控制每一目标旋翼，以将当前旋翼构型切换为目标旋翼构型；接下来，按照目标旋翼构型控制多旋翼无人机飞行。这样，可以实现多旋翼无人的旋翼构型的动态调整，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和多旋翼无人机的期望姿态信息，控制每一目标旋翼的方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种六旋翼无人机的旋翼构型示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种根据目标旋翼构型和动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵的方法的流程图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息，分别控制每一目标旋翼的方法的流程图。
图6是根据另一示例性实施例示出的一种根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息，分别控制每一目标旋翼的方法的流程图。
图7是根据另一示例性实施例示出的一种无人机的控制方法的流程图。
图8是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制装置的框图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
目前，相关技术中通常采用机械的方式对旋翼构型进行调整，即当需要较少的旋翼时，在起飞时对不需要的旋翼进行快速拆卸，离线适配参数，再进行飞行，或者，当需要较多的旋翼时，在起飞时对旋翼进行快速装载，离线适配参数，再进行飞行。但在飞行过程中，并无法实现旋翼数量的切换。这样，在飞行过程中若出现旋翼故障或者风力突然增大等突发情况，多旋翼无人机可能会失衡，甚至无法保证正常飞行。
鉴于此，本公开提供一种无人机的控制方法、装置、介质、电子设备及无人机，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制方法的流程图，该方法可应用于具有处理能力的电子设备中，例如可应用于多旋翼无人机中的控制器或飞行控制系统，如图1所示，该方法可包括S101～S104。
在S101中，在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件。
在本公开中，上述旋翼构型调整条件包括以下五个条件中的任一个：
(1)多旋翼无人机的总质量的变化量大于预设质量阈值；
(2)多旋翼无人机的、当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼；
(3)当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼；
(4)多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼；
(5)当前处于工作状态的旋翼中存在出现故障的旋翼。
在本公开中，多旋翼无人机的总质量为多旋翼无人机本体的质量与当前挂载设备(例如，配送箱)的总质量(包括挂载设备本体的质量和挂载设备中盛放的物品的质量)的和。多旋翼无人机的总质量的变化量可以为增加量，也可以为减小量，即在多旋翼无人机的总质量的增加量大于预设质量阈值，或者多旋翼无人机的总质量的减少量大于预设质量阈值，可以确定多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件。
各旋翼是否遮挡无人机的视场角是预先标定好的，这样，通过该标定信息，可以确定当前处于工作状态的旋翼中是否存在遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼。
另外，可以根据预先构建的挂载设备的位置与剐蹭旋翼的对应关系，确定与多旋翼无人机的当前挂载设备的位置对应的目标剐蹭旋翼；之后，判断当前处于工作状态的旋翼中是否存在目标剐蹭旋翼；若当前处于工作状态的旋翼中存在目标剐蹭旋翼，则确定当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼，即多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件；若当前处于工作状态的旋翼中不存在目标剐蹭旋翼，则确定当前处于工作状态的旋翼中不存在剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼。
当用于驱动当前处于工作状态的旋翼的电机出现故障，或者旋翼断裂时，可以确定当前处于工作状态的旋翼中存在出现故障的旋翼。
在S102中，在检测到多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件的情况下，从多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼。
在S103中，根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一目标旋翼，以将当前旋翼构型切换为目标旋翼构型。
在本公开中，期望姿态信息包括但不限于横滚角、俯仰角、偏航角和飞行高度。
另外，目标旋翼构型所包含的旋翼数量(即目标旋翼的数量)可以等于当前旋翼构型所包含的旋翼数量，也可以多于当前旋翼构型所包含的旋翼数量，还可以少于当前旋翼构型所包含的旋翼数量，即多旋翼无人机可以在保持旋翼数量不变的情况下，切换旋翼(例如，将故障旋翼替换为其他无故障的旋翼)，也可从少旋翼向多旋翼进行切换，还可以从多旋翼向少旋翼进行切换，对此，本公开不作具体限定。
在S104中，按照目标旋翼构型控制多旋翼无人机飞行。
通过上述技术方案，在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；在检测到多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件的情况下，从多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼，之后，根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和期望姿态信息，分别控制每一目标旋翼，以将当前旋翼构型切换为目标旋翼构型；接下来，按照目标旋翼构型控制多旋翼无人机飞行。这样，可以实现多旋翼无人的旋翼构型的动态调整，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
下面针对上述S102中的从多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼的具体实施方式进行详细说明。
其中，可以针对不同的旋翼构型调整条件，采取不同的目标旋翼确定方式，具体如下：
(1)在多旋翼无人机的总质量的变化量大于预设质量阈值的情况下，根据多旋翼无人机的当前总质量，确定目标旋翼。
示例地，可以根据预设的多旋翼无人机的质量范围与旋翼构型的对应关系，确定与当前总质量所属的质量范围对应的旋翼构型，进而将该旋翼构型所包含的各旋翼确定为目标旋翼。
(2)在当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼的情况下，从未遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼中确定目标旋翼。
示例地，可将当前处于工作状态的旋翼中、除遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼外的其他旋翼确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，上述当前处于工作状态的旋翼中、遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼停止工作。
又示例地，在未遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼中存在处于停止状态的旋翼时，可以将未遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼中、处于停止状态的任一旋翼确定为待替换旋翼，之后，可将该待替换旋翼和当前处于工作状态的旋翼中、除遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼外的其他旋翼共同确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，上述当前处于工作状态的旋翼中、遮挡多旋翼无人机的视场角的旋翼停止工作。
(3)在当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼的情况下，从未剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼中确定目标旋翼。
示例地，可将当前处于工作状态的旋翼中、除剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼外的其他旋翼确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，上述当前处于工作状态的旋翼中、剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼停止工作。
又示例地，在未剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼中存在处于停止状态的旋翼时，可以将未剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼中、处于停止状态的任一旋翼确定为待替换旋翼，之后，可将该待替换旋翼和当前处于工作状态的旋翼中、除剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼外的其他旋翼共同确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，上述当前处于工作状态的旋翼中、剐蹭多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼停止工作。
(4)在多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼的情况下，根据风力，确定目标旋翼。
示例地，可以根据预设的环境风力范围与旋翼构型的对应关系，确定与当前飞行环境的风力所属的环境风力范围对应的旋翼构型，进而将该旋翼构型所包含的各旋翼确定为目标旋翼。其中，在上述对应关系中，环境风力范围的上限值越大，其对应的旋翼构型所包含旋翼数量越大，目标旋翼构型所包含的旋翼数量(即目标旋翼的数量)大于当前旋翼构型所包含的旋翼数量。
又示例地，可以根据预设的环境风力范围与待增加旋翼数量的对应关系，确定与当前飞行环境的风力所属的环境风力范围对应的待增加旋翼数量，进而从多旋翼无人机的旋翼中处于停止状态且无故障的旋翼中随机选取该待增加旋翼数量的旋翼，并将选取的待增加旋翼数量的旋翼与当前处于工作状态的旋翼共同作为目标旋翼。
(5)在当前处于工作状态的旋翼中存在故障旋翼的情况下，从非故障旋翼中确定目标旋翼。
示例地，可将当前处于工作状态的旋翼中、除故障旋翼外的其他旋翼确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，故障旋翼停止工作。
又示例地，在非故障旋翼中存在处于停止状态的旋翼时，可以将非故障旋翼中、处于停止状态的任一旋翼确定为待替换旋翼，之后，可将该待替换旋翼和当前处于工作状态的旋翼中、除故障旋翼外的其他旋翼共同确定为目标旋翼，其中，在旋翼切换后，故障旋翼停止工作。
下面针对上述S103中的根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一目标旋翼的具体实施方式进行详细说明。具体来说，可以通过图2中所示的S201～S204来实现。
在S201中，获取多旋翼无人机的动力学矩阵。
在本公开中，动力学矩阵包含K列，其中，K为多旋翼无人机所包含的旋翼的数量，K列与多旋翼无人机的K个旋翼一一对应，并且，动力学矩阵是根据多旋翼无人机的多个旋翼确定的，即是根据K个旋翼确定的。
示例地，如图3所示，上述多旋翼无人机为六旋翼无人机，即K＝6，其中，该六旋翼无人机包括旋翼1、旋翼2、旋翼3、旋翼4、旋翼5以及旋翼6，并且，旋翼1、旋翼3和旋翼6按照顺时针方向旋转，旋翼2、旋翼4和旋翼5按照逆时针方向旋转；动力学矩阵可以为
其中，动力学矩阵的第一列与旋翼1对应，动力学矩阵的第二列与旋翼2对应，动力学矩阵的第三列与旋翼3对应，动力学矩阵的第四列与旋翼4对应，动力学矩阵的第五列与旋翼5对应，动力学矩阵的第六列与旋翼6对应，CM为力矩与拉力的系数，L12为多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼1的电机与驱动旋翼2的电机的连线的距离，L35为多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼3的电机与驱动旋翼5的电机的连线的距离，L46为多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼4的电机与驱动旋翼6的电机的连线的距离，L23为多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼2的电机与驱动旋翼3的电机的连线的距离，L26为多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼2的电机与驱动旋翼6的电机的连线的距离，并且，多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼1的电机与驱动旋翼5的电机的连线的距离L15＝L23，多旋翼无人机的旋转中心到驱动旋翼1的电机与驱动旋翼4的电机的连线的距离L14＝L26，即，六个旋翼左右对称分布。
在S202中，根据目标旋翼构型和动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵。
在S203中，根据多旋翼无人机的期望姿态信息，确定多旋翼无人机的姿态力学信息。
在本公开中，姿态力学信息可以包括垂直推力、横滚力矩、俯仰力矩以及偏航力矩。其中，在飞行过程中，多旋翼无人机可以根据期望姿态信息，实时确定姿态力学信息。
在S204中，根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息，分别控制每一目标旋翼。
下面针对上述S202中的根据目标旋翼构型和动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵的具体实施方式进行详细说明。具体来说，可以通过图4中所示的S401和S402来实现。
在S401中，将动力学矩阵中、与每一缺失旋翼对应的列的所有元素置零。
在S402中，将置零后所得的动力学矩阵的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
在本公开中，多旋翼无人机的多个旋翼中、除每一目标旋翼外的旋翼作为缺失旋翼。
示例地，针对图3中所示的六旋翼无人机，通过上述S102确定出的目标旋翼包括旋翼3、旋翼4、旋翼5以及旋翼6，则旋翼1和旋翼2为缺失旋翼，其中，动力学矩阵为
并且，该动力学矩阵的第一列与缺失旋翼1对应、第二列与缺失旋翼2对应，因此，将上述动力学矩阵的第一列和第二列的所有元素置零，得到矩阵
(即置零后所得的动力学矩阵)；之后，计算该矩阵
的伪逆矩阵，并将计算得到的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
下面针对上述S204中的根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息，分别控制每一目标旋翼的具体实施方式进行详细说明。具体来说，可以通过多种方式来控制每一目标旋翼，在一种实施方式中，可以通过图5中所示的S501和S502来实现。
在S501中，根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息的乘积，确定每一目标旋翼对应的目标拉力。
示例地，可以根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息的乘积，通过以下等式(1)来确定每一目标旋翼对应的目标拉力：
其中，Cn为目标控制分配矩阵；
为姿态力学信息，T为垂直推力，L为横滚力矩，M为俯仰力矩，N为偏航力矩；Tei为旋翼i对应的目标拉力，i＝1,2,……，K，并且，缺失旋翼对应的目标拉力为零。
在S502中，根据每一目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
在本公开中，可以针对每一目标旋翼，控制驱动该目标旋翼的电机输出该目标旋翼对应的目标拉力。
在上述实施方式中，是控制驱动各目标旋翼的电机分别输出该目标旋翼对应的最终目标拉力，虽然可以保证旋翼切换的效率，但在旋翼构型切换过程中，多旋翼无人机可能会出现抖动，为此，可以对旋翼构型切换安排平滑的过渡过程。具体来说，在另一种实施方式中，可以通过图6中所示的S601～S603来控制每一目标旋翼。
在S601中，针对当前时刻t0至t0+t1时刻之间的每一时刻t，根据当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、目标控制分配矩阵、时刻t、t0以及t1，确定时刻t下的中间控制分配矩阵。
在本公开中，t1为预设的旋翼调整时长，当前时刻t0为旋翼切换的起始时刻，当前时刻t0下的当前控制分配矩阵可以根据当前旋翼构型和动力学矩阵来确定。其中，可以按照与上述根据目标旋翼构型和动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵类似的方式来根据当前旋翼构型和动力学矩阵，确定当前控制分配矩阵。
示例地，根据当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、目标控制分配矩阵、时刻t、t0以及t1，可以通过以下等式(2)来确定时刻t下的中间控制分配矩阵：
其中，Cmiddle为时刻t下的中间控制分配矩阵。Cn为目标控制分配矩阵；Cm为当前控制分配矩阵。
在S602中，根据时刻t下的中间控制分配矩阵和姿态力学信息的乘积，确定时刻t下、每一目标旋翼对应的目标拉力。
在本公开中，可以采用与上述根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息的乘积，确定每一目标旋翼对应的目标拉力类似的方式来确定时刻t下、每一目标旋翼对应的目标拉力。
在S603中，根据时刻t下的每一目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
在本公开中，可以针对当前时刻t0至t0+t1时刻之间的每一时刻t，控制驱动各目标旋翼的电机分别输出该时刻t下的相应目标拉力，从而实现旋翼构型切换的平滑过渡，以避免多旋无人机在旋翼构型切换过程中出现抖动，保证旋翼切换过程和控制输出的稳定性。
此外，有载荷与无载荷飞行场景下，多旋翼无人机起飞时的总质量存在较大差异，其中，当起飞时的总质量较大时，使用更多的旋翼能够提升多旋翼无人机的起飞效率，而在起飞的总质量较小时，使用更少的旋翼能够提升飞机控制的可靠性。由此，在起飞前通常需要评估无人机起飞时的总质量，之后，根据起飞的总质量，再确定起飞构型，其中，起飞的总质量的评估比较费时，影响起飞效率。本公开提供的多旋翼无人机可以在飞行过程中动态调整旋翼构型，为此，可以在多旋翼无人机起飞时，直接以预设的起飞构型进行起飞，而无需计算起飞的总质量，从而提升起飞效率。具体来说，如图7所示，上述方法还包括S105～S107。
在S105中，在多旋翼无人机起飞时，获取多旋翼无人机的动力学矩阵。
在S106中，根据动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵。
在本公开中，预设的起飞构型包括多个预设的起飞旋翼，多个预设的起飞旋翼为多旋翼无人机的部分旋翼。并且，可以按照与上述根据目标旋翼构型和动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵类似的方式来根据动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵。
在S107中，根据起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一起飞旋翼。
在本公开中，可以按照与上述根据目标控制分配矩阵和姿态力学信息，分别控制每一目标旋翼类似的方式来根据起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一起飞旋翼。
基于同一发明构思，本公开还提供一种无人机的控制装置的框图，图8是根据一示例性实施例示出的一种无人机的控制装置的框图，如图8所示，该装置800可包括：检测模块801，用于在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；目标旋翼确定模块802，用于在所述检测模块801检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；控制模块803，用于：根据所述目标旋翼确定模块802确定出的所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行。
通过上述技术方案，在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；在检测到多旋翼无人机满足旋翼构型调整条件的情况下，从多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼，之后，根据目标旋翼对应的目标旋翼构型和期望姿态信息，分别控制每一目标旋翼，以将当前旋翼构型切换为目标旋翼构型；接下来，按照目标旋翼构型控制多旋翼无人机飞行。这样，可以实现多旋翼无人的旋翼构型的动态调整，以提升多旋翼无人机的环境适应能力和异常应变能力，保证安全、稳定飞行。
可选地，所述控制模块803包括：
获取子模块，用于获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
第一确定子模块，用于根据所述目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵；
第二确定子模块，用于根据所述多旋翼无人机的期望姿态信息，确定所述多旋翼无人机的姿态力学信息；
第一控制子模块，用于根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼。
可选地，所述第一控制子模块包括：
第三确定子模块，用于根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
第二控制子模块，用于根据每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
可选地，所述第一控制子模块包括：
第四确定子模块，用于针对当前时刻t0至t0+t1时刻之间的每一时刻t，根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵，其中，t1为预设的旋翼调整时长；
第五确定子模块，用于根据所述时刻t下的中间控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定所述时刻t下、每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
第三控制子模块，用于根据所述时刻t下的每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
可选地，所述第四确定子模块，用于根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，通过以上等式(2)来确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵。
可选地，所述动力学矩阵包含K列，其中，K为所述多个旋翼的数量，所述K列与所述多旋翼无人机的K个所述旋翼一一对应；
所述第一确定子模块包括：
置零子模块，用于将所述动力学矩阵中、与每一缺失旋翼对应的列的所有元素置零，其中，所述多旋翼无人机的多个旋翼中、除每一所述目标旋翼外的旋翼作为所述缺失旋翼；
第六确定子模块，用于将置零后所得的动力学矩阵的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
可选地，所述旋翼构型调整条件包括以下条件中的任一个：
所述多旋翼无人机的总质量的变化量大于预设质量阈值；
所述多旋翼无人机的、当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼；
所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在出现故障的旋翼。
可选地，所述目标旋翼确定模块802包括：
第七确定子模块，用于在所述变化量大于所述预设质量阈值的情况下，根据所述多旋翼无人机的当前总质量，确定所述目标旋翼；或者，
第八确定子模块，用于在所述当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼的情况下，从未遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
第九确定子模块，用于在所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述当前挂载设备的旋翼的情况下，从未剐蹭所述当前挂载设备的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
第十确定子模块，用于在所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼的情况下，根据所述风力，确定所述目标旋翼；或者，
第十一确定子模块，用于在所述当前处于工作状态的旋翼中存在故障旋翼的情况下，从非故障旋翼中确定所述目标旋翼。
可选地，所述装置800还包括：
获取模块，用于在所述多旋翼无人机起飞时，获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
起飞矩阵确定模块，用于根据所述动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵，其中，所述预设的起飞构型包括多个预设的起飞旋翼，所述多个预设的起飞旋翼为所述多旋翼无人机的部分旋翼；
所述控制模块803，还用于根据所述起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一所述起飞旋翼。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本公开还提供一种多旋翼无人机，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述的无人机的控制方法的步骤。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电子设备900的框图。如图9所示，该电子设备900可以包括：处理器901，存储器902。该电子设备900还可以包括多媒体组件903，输入/输出(I/O)接口904，以及通信组件905中的一者或多者。
其中，处理器901用于控制该电子设备900的整体操作，以完成上述的无人机的控制方法中的全部或部分步骤。存储器902用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备900的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备900上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器902可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件903可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器902或通过通信组件905发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口904为处理器901和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件905用于该电子设备900与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件905可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。
在一示例性实施例中，电子设备900可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的无人机的控制方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的无人机的控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器902，上述程序指令可由电子设备900的处理器901执行以完成上述的无人机的控制方法。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种无人机的控制方法，其特征在于，包括：
在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；
在检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；
获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
根据目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵；
根据所述多旋翼无人机的期望姿态信息，确定所述多旋翼无人机的姿态力学信息；
根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；
按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行；
所述方法还包括：
在所述多旋翼无人机起飞时，获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
根据所述动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵，其中，所述预设的起飞构型包括多个预设的起飞旋翼，所述多个预设的起飞旋翼为所述多旋翼无人机的部分旋翼；
根据所述起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一所述起飞旋翼；
所述动力学矩阵包含K列，其中，K为所述多个旋翼的数量，所述K列与所述多旋翼无人机的K个所述旋翼一一对应；所述根据所述目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵，包括：
将所述动力学矩阵中、与每一缺失旋翼对应的列的所有元素置零，其中，所述多旋翼无人机的多个旋翼中、除每一所述目标旋翼外的旋翼作为所述缺失旋翼；
将置零后所得的动力学矩阵的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼，包括：
根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
根据每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼，包括：
针对当前时刻t0至t0+t1时刻之间的每一时刻t，根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵，其中，t1为预设的旋翼调整时长；
根据所述时刻t下的中间控制分配矩阵和所述姿态力学信息的乘积，确定所述时刻t下、每一所述目标旋翼对应的目标拉力；
根据所述时刻t下的每一所述目标拉力分别控制所对应的目标旋翼。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻t0下的当前控制分配矩阵、所述目标控制分配矩阵、所述时刻t、t0以及t1，通过以下公式来确定所述时刻t下的中间控制分配矩阵：
其中，Cmiddle为所述时刻t下的中间控制分配矩阵；Cn为所述目标控制分配矩阵；Cm为所述当前控制分配矩阵。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述旋翼构型调整条件包括以下条件中的任一个：
所述多旋翼无人机的总质量的变化量大于预设质量阈值；
所述多旋翼无人机的、当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述多旋翼无人机的当前挂载设备的旋翼；
所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼；
所述当前处于工作状态的旋翼中存在出现故障的旋翼。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼，包括：
在所述变化量大于所述预设质量阈值的情况下，根据所述多旋翼无人机的当前总质量，确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼的情况下，从未遮挡所述多旋翼无人机的视场角的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在剐蹭所述当前挂载设备的旋翼的情况下，从未剐蹭所述当前挂载设备的旋翼中确定所述目标旋翼；或者，
在所述多旋翼无人机的当前飞行环境的风力大于预设风力阈值、且所述多旋翼无人机的旋翼中存在处于停止状态且无故障的旋翼的情况下，根据所述风力，确定所述目标旋翼；或者，
在所述当前处于工作状态的旋翼中存在故障旋翼的情况下，从非故障旋翼中确定所述目标旋翼。
7.一种无人机的控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于在多旋翼无人机按照当前旋翼构型飞行过程中，实时检测所述多旋翼无人机是否满足旋翼构型调整条件；
目标旋翼确定模块，用于在所述检测模块检测到所述多旋翼无人机满足所述旋翼构型调整条件的情况下，从所述多旋翼无人机的多个旋翼中确定目标旋翼；
控制模块，用于：根据所述目标旋翼确定模块确定出的所述目标旋翼对应的目标旋翼构型和所述多旋翼无人机的期望姿态信息，分别控制每一所述目标旋翼，以将所述当前旋翼构型切换为所述目标旋翼构型；按照所述目标旋翼构型控制所述多旋翼无人机飞行；
所述装置还包括：
获取模块，用于在所述多旋翼无人机起飞时，获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
起飞矩阵确定模块，用于根据所述动力学矩阵和预设的起飞构型，确定起飞控制分配矩阵，其中，所述预设的起飞构型包括多个预设的起飞旋翼，所述多个预设的起飞旋翼为所述多旋翼无人机的部分旋翼；
所述控制模块，还用于根据所述起飞控制分配矩阵和预设的起飞姿态信息，分别控制每一所述起飞旋翼；
所述控制模块包括：
获取子模块，用于获取所述多旋翼无人机的动力学矩阵，其中，所述动力学矩阵根据所述多旋翼无人机的多个旋翼确定；
第一确定子模块，用于根据所述目标旋翼构型和所述动力学矩阵，确定目标控制分配矩阵；
第二确定子模块，用于根据所述多旋翼无人机的期望姿态信息，确定所述多旋翼无人机的姿态力学信息；
第一控制子模块，用于根据所述目标控制分配矩阵和所述姿态力学信息，分别控制每一所述目标旋翼；
所述动力学矩阵包含K列，其中，K为所述多个旋翼的数量，所述K列与所述多旋翼无人机的K个所述旋翼一一对应；所述第一确定子模块包括：
置零子模块，用于将所述动力学矩阵中、与每一缺失旋翼对应的列的所有元素置零，其中，所述多旋翼无人机的多个旋翼中、除每一所述目标旋翼外的旋翼作为所述缺失旋翼；
第六确定子模块，用于将置零后所得的动力学矩阵的伪逆矩阵确定为目标控制分配矩阵。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
10.一种多旋翼无人机，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
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