CN113504785A - 一种无人机飞行姿态的自主调整方法 - Google Patents

Abstract

一种无人机飞行姿态的自主调整方法，属于自主控制领域。现有的自主控制技术手段在多旋翼无人机失去飞行稳定性后的控制方法尚不够精确的问题。一种无人机飞行姿态的自主调整方法，当无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符时，地面控制器切断其控制输入终端向无人机发出的控制指令，制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；直到得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据相符的结论时，地面控制器接通其控制输入终端向无人机发出的控制指令。本发明方法对无人机的飞行姿态修正结果精度高，并且还按照设定能自主飞行并降落，避免无人机坠落和丢失的情况。

Description

一种无人机飞行姿态的自主调整方法

技术领域

本发明涉及一种无人机飞行姿态的自主调整方法。

背景技术

多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的无人驾驶旋翼飞行器。利用无线电远程遥控及机载的程序控制器进行操控。多旋翼无人机的控制依靠飞行姿态指令，飞行姿态指令来自地面控制器发出信号指令，通过地面控制器发出信号指令使得多旋翼无人机能够进行稳定的飞行。多旋翼无人机的稳定飞行除了受操作者的控制能力影响外，主要还受到航线规划以及天气环境的影响。而多旋翼无人机在飞行过程失去的稳定性的主要表现包括侧翻、漂移等。多旋翼无人机在飞行过程失去的稳定性的原因，多因多旋翼无人机的飞行状态不能与底面控制器发出的控制指令的预飞行装填相符合，而出现上述失去稳定性的表现，进而出现撞击、坠落等后果。

所以，需要在多旋翼无人机出现失去飞行稳定性问题时能够进行实现自主的飞行姿态的控制，避免多旋翼无人机出现侧翻或漂移问题，然而现有解决上述多旋翼无人机失去飞行稳定性后的自主控制技术手段尚不够精确。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的自主控制技术手段在多旋翼无人机失去飞行稳定性后的控制方法尚不够精确的问题，而提出一种无人机飞行姿态的自主调整方法。

一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的方法包括，

地面控制器接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；当得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论时，地面控制器切断其控制输入终端向无人机发出的控制指令，制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

无人机执行地面控制器发出的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

地面控制器继续接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；直到得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据相符的结论时，地面控制器接通其控制输入终端向无人机发出的控制指令；

其中，所述的控制输入终端是指底面控制器上设置的操作杆、按钮。

根据本发明一优选实施例，所述的无人机的当前飞行姿态数据包括：无人机的当前水平飞行速度、无人机的当前竖直飞行速度、无人机的当前接近地面的速度、无人机的当前离开地面的速度。

根据本发明一优选实施例，地面控制器发出的预定飞行姿态数据包括：地面控制器发出的预定水平飞行速度、地面控制器发出的预定竖直飞行速度、地面控制器发出的预定接近地面的速度、地面控制器发出的预定离开地面的速度。

根据本发明一优选实施例，所述的得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论的过程包括：

通过控制输入终端的输入计算出地面控制器发出的预定飞行姿态数据；

将无人机的当前飞行姿态数据与计算出的地面控制器发出的预定飞行姿态数据进行对比，即可得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结果。

根据本发明一优选实施例，所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程包括：

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息；

采集当前无人机配备的陀螺仪的竖直方向数据，将陀螺仪竖直方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪竖直方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生侧翻；

采集当前无人机配备的陀螺仪的水平方向数据，将陀螺仪水平方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪水平方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生漂移；

采集当前无人机所处环境的地面信息，以通过识别出地面属于陆地还是水环境，并依靠配备的定位装置对识别出的陆地地点进行位置标记；

采集当前无人机配备的速度传感器的接近地面的速度数据，将速度传感器数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的速度传感器的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生坠落；

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息、以及上述判断结果，利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

其中，所述的前N次所处环境中风速、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息中N次为前n-1次、前n-9次、前n-10次。

根据本发明一优选实施例，所述的自主修正飞行姿态是指，将当前无人机的飞行模式改变为被切断地面控制器的控制输入终端控制时无人机所处的飞行姿态的数据，并执行此时接收到的地面控制器发出的飞行指令的飞行模式。

根据本发明一优选实施例，所述的自主飞行模型是指，

地面控制器将无人机在设定路线中经过的陆地地况，按照150米的距离间隔进行位置标记，获得设定路线中的陆地位置信息；

地面控制器将当前无人机的飞行模式改变为悬停的飞行姿态，之后根据无人机在设定路线中标记的陆地位置数据、新标记出的陆地位置数据寻找降落点以及出发位置衡量最近的降落点位置，之后无人机降落至标记的陆地位置并给地面控制器发出降落点位置或者在起飞不足1分钟的情况下返回至地面控制器的位置。

根据本发明一优选实施例，所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程还包括：

由地面控制器采集无人机自身温度、剩余电量，以及无人机所处环境的温度、光照、气压、声音数据，用于为地面控制器提供反馈信息以及更加精确的预测飞行姿态。

根据本发明一优选实施例，所述的识别出地面属于陆地还是水环境是通过图像识别算法实现。

根据本发明一优选实施例，所述的利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令所采用的预测是通过路径预测算法实现。

本发明的有益效果为：

本发明是利用地面控制器接收无人机的当前飞行姿态数据以及无人机的环境数据；当得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论时，地面控制器切断其控制输入终端向无人机发出的控制指令，制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；无人机执行地面控制器发出的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；地面控制器继续接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；直到得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据相符的结论时，地面控制器接通其控制输入终端向无人机发出的控制指令

本发明中，地面控制器是仅采集当前次和前n-1次、前n-9次、前n-10次其所处环境中风速、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息。如此设计风速采集的时间隔是根据风速变化规律以及为了减少采集操作时消耗电量的目的确定的，从而既能进行信息采集又能节约电量，提高续航能力。

本发明方法在无人机不能做出与地面控制输出的控制参数相符的飞行姿态时对无人机的飞行姿态进行修正，修正所需采集的因素全面、修正结果精度高，并且还按照设定能自主飞行并降落，避免无人机坠落和丢失的情况。

本发明是通过上述方法使无人机在飞行时最大限度的满足电量续航、损毁、丢失主要属性的需求。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述方法通过以下步骤实现：

地面控制器接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；

当得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论时，地面控制器切断其控制输入终端向无人机发出的控制指令，制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

无人机执行地面控制器发出的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

地面控制器继续接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；直到得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据相符的结论时，地面控制器接通其控制输入终端向无人机发出的控制指令；

其中，所述的控制输入终端是指底面控制器上设置的操作杆、按钮等。

具体实施方式二：

与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的无人机的当前飞行姿态数据包括：无人机的当前水平飞行速度、无人机的当前竖直飞行速度、无人机的当前接近地面的速度、无人机的当前离开地面的速度。

具体实施方式三：

与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的地面控制器发出的预定飞行姿态数据包括：地面控制器发出的预定水平飞行速度、地面控制器发出的预定竖直飞行速度、地面控制器发出的预定接近地面的速度、地面控制器发出的预定离开地面的速度。

具体实施方式四：

与具体实施方式三不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论的过程包括：

通过控制输入终端的输入计算出地面控制器发出的预定飞行姿态数据；

将无人机的当前飞行姿态数据与计算出的地面控制器发出的预定飞行姿态数据进行对比，即可得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结果。

具体实施方式五：

与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程包括：

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息；

采集当前无人机配备的陀螺仪的竖直方向数据，将陀螺仪竖直方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪竖直方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生侧翻；

采集当前无人机配备的陀螺仪的水平方向数据，将陀螺仪水平方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪水平方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生漂移；

采集当前无人机所处环境的地面信息，以通过识别出地面属于陆地还是水环境，并依靠配备的定位装置对识别出的陆地地点进行位置标记；

采集当前无人机配备的速度传感器的接近地面的速度数据，将速度传感器数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的速度传感器的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生坠落；

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息、以及上述判断结果，利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

其中，所述的前N次所处环境中风速、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息中N次为前n-1次、前n-9次、前n-10次。如此设计风速采集的时间隔是根据风速变化规律以及为了减少采集操作时消耗电量的目的确定的，从而既能进行信息采集又能节约电量，提高续航能力。

具体实施方式六：

与具体实施方式五不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的自主修正飞行姿态是指，将当前无人机的飞行模式改变为被切断地面控制器的控制输入终端控制时无人机所处的飞行姿态的数据，并执行此时接收到的地面控制器发出的飞行指令的飞行模式。

具体实施方式七：

与具体实施方式一、二、四或六不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，所述的自主飞行模型是指，

地面控制器将无人机在设定路线中经过的陆地地况，按照150米的距离间隔进行位置标记，获得设定路线中的陆地位置信息；

地面控制器将当前无人机的飞行模式改变为悬停的飞行姿态，之后根据无人机在设定路线中标记的陆地位置数据、新标记出的陆地位置数据寻找降落点以及出发位置衡量最近的降落点位置，之后无人机降落至标记的陆地位置并给地面控制器发出降落点位置或者在起飞不足1分钟的情况下返回至地面控制器的位置。

具体实施方式八：

与具体实施方式五不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，

所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程还包括：

由地面控制器采集无人机自身温度、剩余电量，以及无人机所处环境的温度、光照、气压、声音等数据，用于为地面控制器提供反馈信息以及更加精确的预测飞行姿态。

具体实施方式九：

与具体实施方式五、六或八不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，

所述的识别出地面属于陆地还是水环境是通过图像识别算法实现。

具体实施方式十：

与具体实施方式五、六、八或九不同的是，本实施方式的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，

所述的利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令所采用的预测是通过路径预测算法实现。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，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。

Claims (10)

1.一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

地面控制器接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；

当得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论时，地面控制器切断其控制输入终端向无人机发出的控制指令，制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

无人机执行地面控制器发出的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

地面控制器继续接收无人机的当前飞行姿态数据，以及无人机的环境数据；直到得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据相符的结论时，地面控制器接通其控制输入终端向无人机发出的控制指令；

其中，所述的控制输入终端是指底面控制器上设置的操作杆、按钮。

2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的无人机的当前飞行姿态数据包括：无人机的当前水平飞行速度、无人机的当前竖直飞行速度、无人机的当前接近地面的速度、无人机的当前离开地面的速度。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的地面控制器发出的预定飞行姿态数据包括：地面控制器发出的预定水平飞行速度、地面控制器发出的预定竖直飞行速度、地面控制器发出的预定接近地面的速度、地面控制器发出的预定离开地面的速度。

4.根据权利要求3所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结论的过程包括：

通过控制输入终端的输入计算出地面控制器发出的预定飞行姿态数据；

将无人机的当前飞行姿态数据与计算出的地面控制器发出的预定飞行姿态数据进行对比，即可得到无人机的当前飞行姿态数据与地面控制器发出的预定飞行姿态数据不符的结果。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程包括：

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息；

采集当前无人机配备的陀螺仪的竖直方向数据，将陀螺仪竖直方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪竖直方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生侧翻；

采集当前无人机配备的陀螺仪的水平方向数据，将陀螺仪水平方向数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的陀螺仪水平方向的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生漂移；

采集当前无人机所处环境的地面信息，以通过识别出地面属于陆地还是水环境，并依靠配备的定位装置对识别出的陆地地点进行位置标记；

采集当前无人机配备的速度传感器的接近地面的速度数据，将速度传感器数据的变化以及变化频率，与操作地面控制器控制输入终端发出的速度传感器的控制数据行对比，当二者数据不一致判断发生坠落；

采集当前以及前N次无人机所处环境中历史风速数据、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息、以及上述判断结果，利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令；

其中，所述的前N次所处环境中风速、风向数据、从气象预报管理平台获取的风速持续时长的预报信息中N次为前n-1次、前n-9次、前n-10次。

6.根据权利要求5所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的自主修正飞行姿态是指，将当前无人机的飞行模式改变为被切断地面控制器的控制输入终端控制时无人机所处的飞行姿态的数据，并执行此时接收到的地面控制器发出的飞行指令的飞行模式。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：所述的自主飞行模型是指，

地面控制器将无人机在设定路线中经过的陆地地况，按照150米的距离间隔进行位置标记，获得设定路线中的陆地位置信息；

地面控制器将当前无人机的飞行模式改变为悬停的飞行姿态，之后根据无人机在设定路线中标记的陆地位置数据、新标记出的陆地位置数据寻找降落点以及出发位置衡量最近的降落点位置，之后无人机降落至标记的陆地位置并给地面控制器发出降落点位置或者在起飞不足1分钟的情况下返回至地面控制器的位置。

8.根据权利要求5所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：

所述的制定并向无人机发出自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令的过程还包括：

由地面控制器采集无人机自身温度、剩余电量，以及无人机所处环境的温度、光照、气压、声音数据，用于为地面控制器提供反馈信息以及更加精确的预测飞行姿态。

9.根据权利要求5、6或8所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：

所述的识别出地面属于陆地还是水环境是通过图像识别算法实现。

10.根据权利要求5、6、8或9所述的一种无人机飞行姿态的自主调整方法，其特征在于：

所述的利用预测模型制定无人机的自主修正飞行姿态的飞行模式或者自主飞行模型的指令所采用的预测是通过路径预测算法实现。