无人飞行器控制方法、控制装置及计算机可读存储介质

摘要

本发明提供了一种无人飞行器控制方法、控制装置及计算机可读存储介质，其中，无人飞行器包括固定翼动力系统和旋翼动力系统，控制方法包括：在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定无人飞行器的观测俯仰姿态；根据观测俯仰姿态控制旋翼动力系统以使无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其涉及一种无人飞行器控制方法、控制装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着无人飞行器技术的发展进步，垂直起降(Vertical Take-Off and Landing,VTOL)无人飞行器因兼具垂直起降能力和高速平飞能力受到市场的追捧。当所述无人飞行器需要悬停时，无人飞行器配置的旋翼动力系统工作以实现空中悬停；无人飞行器配置的固定翼动力系统工作实现高速平飞。

实际应用中，有时候需要迅速从高速飞行状态切换为悬停状态，在这个过程中，所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态以进行减速。目前，一种状态切换的手段为，人为手动控制旋翼动力系统，调整无人飞行器姿态，使无人飞行器减速，然后手动切换到悬停状态。另一种状态切换的手段为，在高速状态下直接通过控制旋翼动力系统以最大姿态角减速刹车至悬停。

然而，针对上述两种方式，一方面，无人飞行器由高速飞行状态下，人为通过旋翼动力系统干预调速，容易形成扰动，超视距飞行时，难于观察及时调整，且手动切换的时机难以准确把握。另一方面，以最大姿态角减速时，为了避免无人飞行器爬升，旋翼动力系统的动力输出会处于下饱和状态，导致飞行姿态容易失稳。因此，总体而言，现有的状态切换手段难以实现高速平飞状态到悬停状态的平稳切换，容易导致炸机等安全事故，可能造成人身财产损害。

发明内容

本发明实施例提供一种无人飞行器控制方法、控制装置及计算机可读存储介质，以便解决现有技术中无人飞行器工作状态切换过程中稳定性差、容易炸机造成人身财产损害的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例公开了一种无人飞行器控制方法，其中，所述无人飞行器包括固定翼动力系统和旋翼动力系统，所述控制方法包括：

在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器的观测俯仰姿态；

根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

第二方面，本发明实施例公开了一种无人飞行器控制装置，其中，所述无人飞行器包括固定翼动力系统和旋翼动力系统，所述控制装置包括存储器和处理器，其中，

所述存储器，用于存储程序代码；

所述处理器，调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行以下操作：

在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器的观测俯仰姿态；

根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的控制方法的步骤。

在本发明实施例中，在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，以无人飞行器的观测俯仰姿态作为参考条件，由旋翼动力系统提供飞行动力，控制无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术和本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1给出了现有技术一种复合式垂直起降固定翼无人飞行器的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种无人飞行器控制方法的步骤流程图；

图3示出了本发明实施例提供的一种无人飞行器的机体坐标系示意图；

图4示出了本发明实施例提供的又一种无人飞行器控制方法的步骤流程图；

图5示出了本发明实施例提供的另一种无人飞行器控制方法的步骤流程图；

图6示出了本发明实施例提供的一种无人飞行器控制装置的框图。

具体实施方式

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是现有技术提供的一种的复合式垂直起降固定翼VTOL无人飞行器的结构造型，这种无人飞行器包含用于控制垂直起降的多旋翼动力系统以及控制高速平飞的固定翼动力及操纵系统。

图2是本发明实施例提供的一种无人飞行器控制方法的步骤流程图，该控制方法所应用的无人飞行器为VTOL无人飞行器，该无人飞行器包括固定翼动力系统和旋翼动力系统。固定翼动力系统可在无人飞行器以较高速度平飞时提供飞行动力(比如：跨地域的物流输送场景中)，旋翼动力系统可在无人飞行器以较低速度平飞时或悬停定位时提供飞行动力(比如：飞行器接近或到达目的地时的场景)。如图1所示，该控制方法可以包括：

步骤101，在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器的观测俯仰姿态。

具体而言，以无人飞行器大范围跨地域飞行为例，为缩短飞行时间，无人飞行器可以使用来自固定翼动力系统提供的动力以较高的速度快速飞行。当无人飞行器接近目的地时，为了平稳的着陆或者悬停，可以控制无人飞行器扬起机头，以仰飞的姿态增大风阻，实现减速。在该减速过程中，为避免无人飞行器的飞行速度与仰角不匹配可能导致无人飞行器倾翻，可根据无人飞行器上设置的加速器、陀螺仪、磁力传感器等传感器组件确定无人飞行器的观测俯仰姿态，该观测俯仰姿态即表明无人飞行器飞行过程中某一时刻的飞行姿态。可将该观测俯仰姿态作为参考条件，用于控制无人飞行器的俯仰姿态角。

步骤102，根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

具体而言，当加速器、陀螺仪、磁力传感器等传感器组件确定了无人飞行器的观测俯仰姿态之后，则可知道无人飞行器的俯仰姿态，可根据俯仰角的具体数据，控制旋翼动力系统各个电机的转速，实现俯仰姿态角的调整，控制减速过程中俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。该最大俯仰姿态角即无人飞行器发生倾翻的临界状态时的俯仰姿态角，当无人飞行器的俯仰姿态角超过该临界值时，可认为无人飞行器容易被前方的气流吹翻，导致安全事故。

需要说明的是，本发明实施例中关于无人飞行器的俯仰姿态角、最大俯仰姿态角的定义，以机体坐标系为参考坐标系。如图3所示，给出了机体坐标系的示意图，原点为飞行器重心处，x轴为机身轴线方向，正方向指向机头；y轴为机翼延伸的方向，正方向指向右侧机翼；z轴由右手法则确定，为垂直于xoy平面方向，正方向指向机顶(即远离地心的方向)。在该坐标系中，俯仰姿态角可以为X轴与水平面的夹角α，最大俯仰姿态角即α的最大值。

在本发明实施例中，在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，以无人飞行器的观测俯仰姿态作为参考条件，由旋翼动力系统提供飞行动力，控制无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性。

图4是本发明实施例提供的又一种无人飞行器控制方法的步骤流程图。如图4所示，在前述实施例的基础上，该控制方法可以包括：

步骤201，在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器在第一时刻的观测俯仰姿态和第二时刻的观测俯仰姿态。

具体而言，以无人飞行器大范围跨地域飞行为例，为缩短飞行时间，无人飞行器可以使用来自固定翼动力系统提供的动力以较高的速度快速飞行。当无人飞行器接近目的地时，为了平稳的着陆或者悬停，可以控制无人飞行器扬起机头，以仰飞的姿态增大风阻，实现减速。在该减速过程中，为避免无人飞行器的飞行速度与仰角不匹配可能导致无人飞行器倾翻，可根据无人飞行器上设置的加速器、陀螺仪、磁力传感器等传感器组件确定无人飞行器的观测俯仰姿态，该观测俯仰姿态即表明无人飞行器飞行过程中某一时刻的飞行姿态。可将该观测俯仰姿态作为参考条件，用于控制无人飞行器的俯仰姿态角。随着时间的推移，无人飞行器的减速过程速度会越来越小，在不同的时刻无人飞行器的飞行姿态不完全相同，因此，为了提高控制的准确性，可以分别确定无人飞行器在第一时刻的观测俯仰姿态和第二时刻的观测俯仰姿态，第一时刻和第二时刻为减速过程中不同的两个时刻。

步骤202，根据所述第一时刻的观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于与第一时刻对应的第一最大俯仰姿态角。

具体而言，无人飞行器飞行过程中可能受到风力、电磁信号干扰等环境因素的影响，每一时刻的观测俯仰姿态不一定完全相同，为每一时刻的观测俯仰姿态匹配相应的最大俯仰姿态角，可以防止在该时刻无人飞行器发生倾翻。第一时刻对应有一个第一最大俯仰姿态角，根据第一时刻的观测俯仰姿态控制旋翼动力系统以使无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于该第一最大俯仰姿态角。

步骤203，根据所述第二时刻的观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于与第二时刻对应的第二最大俯仰姿态角，其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻，所述第一最大俯仰姿态角小于所述第二最大俯仰姿态角。

具体而言，可以理解的是，随着无人飞行器的减速飞行，在晚于第一时刻的第二时刻，无人飞行器的速度已经减小，为防止在第二时刻无人飞行器发生倾翻，第二时刻对应有一个第二最大俯仰姿态角。因为第二时刻的飞行速度已经较小，所以较大的俯仰姿态角发生倾翻的风险较低，以较大的俯仰姿态角飞行更有助于快速减速，第二最大俯仰姿态角可以大于第一最大俯仰姿态角。

可以理解的是，在上述过程中，由于无人飞行器随着时间的推移，速度在减小，相应的倾翻风险也在降低，因此，无人飞行器的最大俯仰姿态角的大小与无人飞行器切换至旋翼动力系统工作状态的时间正相关，即就是说，切换至旋翼动力系统工作状态的时刻越晚，该时刻对应的最大俯仰姿态角可以越大，那么既可以保证飞行安全，又能缩短减速时间。

在本发明实施例中，在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，以无人飞行器的观测俯仰姿态作为参考条件，由旋翼动力系统提供飞行动力，控制无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。并且在工作状态切换的加速过程中，一方面可以根据切换时机动态限制最大俯仰姿态角，另一方面，还根据水平速度动态调节俯仰姿态角，实现了飞行安全与效率的并重。从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性与飞行效率。

在本发明实施例中，在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，以无人飞行器的观测俯仰姿态作为参考条件，由旋翼动力系统提供飞行动力，控制无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。在工作状态切换的加速过程中，可以根据切换时机动态限制最大俯仰姿态角，从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性与飞行效率。

图5是本发明实施例提供的另一种无人飞行器控制方法的步骤流程图，该控制方法同样适用于VTOL飞行器。如图5所示，在前述实施例的基础上，该控制方法可以包括：

步骤301，在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器的观测俯仰姿态。

具体而言，关于步骤301的执行过程，可参照步骤101的解释说明，此处不再赘述。

步骤302，确定所述无人飞行器的观测水平速度。

具体而言，当通过加速器、陀螺仪、磁力传感器等传感器组件确定无人飞行器的观测俯仰姿态之后，可以利用速度传感器获取无人飞行器的飞行速度，由于影响无人飞行器工作状态切换的主要因素取决于前进的速度的大小是否合适，因此，需要根据无人飞行器的飞行速度计算获得沿水平方向的速度分量，作为观测水平速度，由此判断无人飞行器沿图3所示的x方向的速度是否达到姿态控制的条件。

可以理解的是，在确定无人飞行器的观测水平速度前，可以预先监测GPS等惯性导航组件是否正常工作，如果这些组件出现异常，可以认为无人飞行器此时能够获取得到的观测水平速度缺乏可靠性，为避免错误调整姿态，可以持续监测惯性导航组件至恢复正常状态为止。

步骤303，当所述观测水平速度大于或等于预设水平速度阈值时，根据所述观测水平速度确定俯仰姿态控制指令，其中，所述俯仰姿态控制指令的大小与所述观测水平速度的大小负相关。

具体而言，可根据无人飞行器的结构参数及飞行速度、升力等运动参数为无人飞行器预先设定一预设水平速度阈值，该预设水平速度阈值为该无人飞行器与某一临界俯仰姿态角对应，若无人飞行器速度达到或超过预设水平速度阈值且俯仰姿态角大于临界俯仰姿态角，则无人飞行器会发生倾翻事故，因此需要根据观测水平速度确定俯仰姿态控制指令，其中，俯仰姿态控制指令的大小与观测水平速度的大小负相关。也即为降低倾翻风险，观测水平速度越大，俯仰姿态控制指令越小，即俯仰姿态控制指令控制的俯仰姿态角越小。

步骤304，根据所述观测俯仰姿态和所述俯仰姿态控制指令控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

具体而言，可以根据前述所确定下的无人飞行器的观测俯仰姿态和俯仰姿态控制指令，共同控制旋翼动力系统以使无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。其中，观测俯仰姿态可以用于在不同的时刻动态限制无人飞行器的最大俯仰姿态角，具体可以参照步骤201至步骤203的说明。俯仰姿态控制指令则可以用于在减速过程中随水平速度动态调整俯仰姿态角。因此，两者协调配合可进一步提升无人飞行器的安全性。

步骤305，当满足旋翼控制模式触发条件时，根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

具体而言，无人飞行器的飞行过程可以是飞手通过遥控器遥控，也可以是管理人员在监控中心集中远程操控，当然无人飞行器也可以具备自主巡航返航能力。操控人员可以根据实际飞行任务需要通过控制终端(比如：遥控器或监控中心)向无人飞行器发送控制紧急减速指令，或者监测到无人飞行器的异常工作状态(该异常状态可以为舵机故障、侧风风速过大、无人飞行器濒临禁飞区等情况)时，此时，无人飞行器满足旋翼控制模式触发条件，需要根据观测俯仰姿态控制旋翼动力系统以使无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角，确保无人飞行器安全减速，完成工作状态的切换。

在本发明实施例中，在无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，以无人飞行器的观测俯仰姿态作为参考条件，由旋翼动力系统提供飞行动力，控制无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。并且在工作状态切换的加速过程中，一方面可以根据切换时机动态限制最大俯仰姿态角，另一方面，还根据水平速度动态调节俯仰姿态角，实现了飞行安全与效率的并重。从而，可以避免无人飞行器在工作状态切换的减速过程中发生失稳倾翻，保证工作状态切换的稳定性，可以提升飞行安全性与飞行效率。

图6是本发明实施例提供的一种无人飞行器控制装置，如图6所示，该无人飞行器的控制装置400可以包括存储器401和处理器402，其中，

所述存储器401，用于存储程序代码；

所述处理器402，调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行以下操作：

在所述无人飞行器处于从固定翼动力系统工作状态切换至旋翼动力系统工作状态的减速过程中，确定所述无人飞行器的观测俯仰姿态；

根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

可选的，所述处理器402具体用于执行：

确定所述无人飞行器在第一时刻的观测俯仰姿态和第二时刻的观测俯仰姿态；

根据所述第一时刻的观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于与第一时刻对应的第一最大俯仰姿态角；

根据所述第二时刻的观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于与第二时刻对应的第二最大俯仰姿态角，其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻，所述第一最大俯仰姿态角小于所述第二最大俯仰姿态角。

可选的，所述最大俯仰姿态角的大小与所述切换至所述旋翼动力系统工作状态的时间正相关。

可选的，所述处理器402还用于执行：

确定所述无人飞行器的观测水平速度；

当所述观测水平速度大于或等于预设水平速度阈值时，根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

可选的，所述处理器402还用于执行：

当所述观测水平速度小于预设水平速度阈值时，对所述无人飞行器进行悬停控制。

可选的，所述处理器402具体用于执行：

根据所述观测水平速度确定俯仰姿态控制指令，其中，所述俯仰姿态控制指令的大小与所述观测水平速度的大小负相关；

根据所述观测俯仰姿态和所述俯仰姿态控制指令控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

可选的，所述处理器402还用于执行：

当满足旋翼控制模式触发条件时，根据所述观测俯仰姿态控制所述旋翼动力系统以使所述无人飞行器的俯仰姿态角小于或等于最大俯仰姿态角。

可选的，所述满足旋翼控制模式触发条件包括：

接收控制终端发送的控制紧急减速指令和监测到所述无人飞行器的异常工作状态中的至少一种。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的控制方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、控制终端、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的控制终端。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令控制终端的制造品，该指令控制终端实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种应用的图标的处理方法及控制终端，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。