可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法，所述无人飞行器包括机身、飞行组件、偏转测量单元、航向调整单元和靠近控制单元，其中：所述飞行组件装设到机身上并带动机身飞行；所述偏转测量单元位于机身并在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角；所述航向调整单元，用于在偏转测量单元测得的机身与前方垂直面的夹角非90°时控制飞行组件调整航向角；所述靠近控制单元，用于在偏转测量单元测得的机身与垂直面的夹角为90°时控制飞行组件使机身向垂直面飞行。本发明通过测量机身与前方垂直面的夹角自动调整航向，从而可使无人飞行器以垂直幕墙的方式飞抵幕墙。
【专利说明】
可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及无人机领域，更具体地说，涉及一种可可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法。
【背景技术】
[0002]多旋翼无人飞行器以其结构简单、成本低廉、机动灵活等特点，使得在航拍摄影、地图测绘、侦察监视等行业的应用日趋广泛。上述多旋翼无人飞行器一般通过无线遥控或程序来操纵飞行。
[0003]目前的无人飞行器在飞行过程中，航向角都是由操作人员(飞手)手动控制。在无人飞行器靠近垂直面(例如幕墙等)的时候，手动控制方式的误差很大，而且由于在高空作业，操作人员往往无法看到飞行器的姿态，极易出现误操作，使无人飞行器无法垂直靠近幕
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【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对上述无人飞行器手动靠近幕墙时很难实现垂直靠近的问题，提供一种可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种可自动靠近垂直面的无人飞行器，包括机身、飞行组件、偏转测量单元、航向调整单元和靠近控制单元，其中:所述飞行组件装设到机身上并带动机身飞行;所述偏转测量单元位于机身并在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角;所述航向调整单元，用于在偏转测量单元测得的机身与前方垂直面的夹角非90°时控制飞行组件调整航向角;所述靠近控制单元，用于在偏转测量单元测得的机身与垂直面的夹角为90°时控制飞行组件使机身向垂直面飞行。
[0006]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器中，所述偏转测量单元包括第一距离传感器、第二距离传感器和偏转角计算子单元，且所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的同一水平面上;所述偏转角计算子单元根据第一距离传感器和第二距离传感器的测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角。
[0007]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器中，所述无人飞行器还包括悬停控制单元，用于在所述第一距离传感器或第二距离传感器测得的机身与垂直面间的距离小于或等于第二距离时，控制飞行组件使机身悬停飞行。
[0008]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器中，所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的前侧面，且该第一距离传感器和第二距离传感器的连线垂直于机身的中轴。
[0009]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器中，所述偏转角计算子单元通过以下计算式计算偏转角Θ:
[0010]Θ = arcsin(a X S/L)
[0011]其中S为第一距离传感器和第二距离传感器测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。
[0012]本发明还提供一种可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，所述无人飞行器包括机身和飞行组件，该方法包括以下步骤:
[0013]在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角；
[0014]在机身与前方垂直面的夹角非90°时控制飞行组件调整航向角；
[0015]在机身与垂直面的夹角为90°时控制飞行组件使机身向垂直面飞行。
[0016]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法中，所述测量机身与前方垂直面的夹角的步骤包括:
[0017]分别通过第一距离传感器、第二距离传感器测量与垂直面的距离，所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的同一水平面上；
[0018]根据第一距离传感器和第二距离传感器测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角。
[0019]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法中，所述方法还包括:在所述第一距离传感器或第二距离传感器测得的机身与垂直面间的距离小于或等于第二距离时，控制飞行组件使机身悬停飞行。
[0020]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法中，所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的前侧面，且该第一距离传感器和第二距离传感器的连线垂直于机身的中轴。
[0021]在本发明所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法中，所述根据第一距离传感器和第二距离传感器测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角时，通过以下计算式计算偏转角Θ:
[0022]Θ = arcsin(a X S/L)
[0023]其中S为第一距离传感器和第二距离传感器测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。
[0024]本发明的可自动靠近垂直面的无人飞行器及控制方法，通过测量机身与前方垂直面的夹角自动调整航向，从而可使无人飞行器以垂直幕墙的方式飞抵幕墙。本发明可应用于飞行清洁机器人等需飞行停靠到垂直面的应用，并方面设备停靠。
【附图说明】
[0025]图1是本发明可自动靠近垂直面的无人飞行器实施例的示意图。
[0026]图2是本发明可自动靠近垂直面的无人飞行器飞抵垂直面的示意图。
[0027]图3是本发明可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]如图1、2所示，是本发明可自动靠近垂直面的无人飞行器实施例的示意图，上述无人飞行器可通过遥控器控制飞行及动作，以完成相应的功能。本实施例中的可自动靠近垂直面的无人飞行器包括机身11、飞行组件15、偏转测量单元12、航向调整单元14和靠近控制单元13，其中飞行组件15装设到机身11上并带动机身11飞行，且在机身11内具有控制器。飞行组件15和机身11构成了无人飞行器主机，机身11内的控制器可根据来自遥控器的控制信号控制飞行组件15，实现无人飞行器主机的飞行动作。航向调整单元14和靠近控制单元13可由集成到机身11内的控制器的软件构成，偏转测量单元12则可通过在机身11增加相应的传感器并结合控制器内的软件构成。
[0030]特别地，上述飞行组件15包括四个旋翼151，且该四个旋翼151均匀分布在机身11上，即飞行器主机为四旋翼飞行器。
[0031]偏转测量单元12位于机身11并在机身11与前方的垂直面20小于第一距离(可根据需要设置)时测量机身11(即图2中机身11的中轴线ZZ’)与前方垂直面20(例如幕墙)的夹角。
[0032]航向调整单元14用于在偏转测量单元12测得的机身11与前方垂直面20的夹角非90°时控制飞行组件15调整航向角。该航向调整单元14通过调整无人飞行器主机的航向角，使得机身11与前方垂直面20的夹角趋向于90°，也就是使机身11垂直于垂直面20。例如在偏转测量单元12测得的机身11与前方垂直面20的夹角非90°小于90度时(如图2所示的Za)，航向调整单元14调整航向角使机身11的头部向左偏;在偏转测量单元12测得的机身11与前方垂直面20的夹角非90°大于90度时(如图2所示的Za)，航向调整单元14调整航向角使机身11的头部向右偏。在航向调整单元14进行航向角自动调整过程中，可使飞行器主机以稍大于零的速度飞行。
[0033]靠近控制单元13用于在偏转测量单元12测得的机身11与垂直面20的夹角为90°时控制飞行组件15使机身11(保持先前的航向角)向幕墙飞行。靠近控制单元13控制飞行组件15向垂直面20飞行的速度可根据需要设置。
[0034]该偏转测量单元12、航向调整单元14以及靠近控制单元13可在控制器接收到来自遥控器的靠近垂直面的指令(例如在机身11与垂直面20的距离小于第一距离后还接收到向垂直面20方向飞行的指令，或者接收到遥控器生成的靠墙指令)时启动，该靠近过程中(例如机身11与垂直面20的距离小于第一距离后)，机身11内的控制器忽略来自遥控器的飞行控制指令。特别地，控制器在机身11与垂直面21的距离小于第一距离后，自动控制飞行组件15，将机身的飞行速度降至接近零。
[0035]本发明的可自动靠近垂直面的无人飞行器，通过测量机身11与前方垂直面20的夹角自动调整航向，从而可使无人飞行器以垂直幕墙的方式飞抵幕墙。本发明可应用于飞行清洁机器人，从而便于飞行清洁机器人稳定停靠到幕墙。
[0036]上述偏转测量单元12可包括第一距离传感器121、第二距离传感器122和偏转角计算子单元，且第一距离传感器121和第二距离传感器122位于机身的同一水平面上;偏转角计算子单元则根据第一距离传感器121和第二距离传感器122的测得的距离信号计算机身11与前方垂直面20的夹角。
[0037]具体地，第一距离传感器121和第二距离传感器122位于机身11的前侧面，且该第一距离传感器121和第二距离传感器122的连线垂直于机身11的中轴ZZ’。上述第一距离传感器121和第二距离传感器122位于中轴ZZ’的两侧相等，且第一距离传感器121和第二距离传感器122与中轴ZZ’的距离相等，即中轴ZZ’构成第一距离传感器121和第二距离传感器122的对称轴。
[0038]相应地，偏转角计算子单元通过以下计算式计算偏转角Θ:
[0039]Θ = arcsin(a X S/L)
[0040]其中S为第一距离传感器121和第二距离传感器122测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。
[0041]此外，上述无人飞行器还可包括悬停控制单元，用于在第一距离传感器121或第二距离传感器122测得的机身11与垂直面20间的距离小于或等于第二距离(可根据需要设置)且机身11垂直于垂直面20(即偏转测量单元12测得的夹角为90°)时，控制飞行组件15使机身11悬停飞行。通过悬停控制单元，便于无人飞行器执行进一步动作，例如贴附到垂直面20等。
[0042]如图3所示，是本发明可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法实施例的流程示意图，上述无人飞行器包括机身和飞行组件(机身和飞行组件构成飞行器主机，并通过机身内的控制器从遥控器接收指令控制飞行)，该方法包括以下步骤:
[0043]步骤S31:在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角，即测量机身偏移。该步骤可在控制器接收到来自遥控器的靠近垂直面的指令(例如在机身11与垂直面20的距离小于第一距离后还接收到向垂直面20方向飞行的指令，或者接收到遥控器生成的靠墙指令)时启动。
[0044]该步骤中，可分别通过第一距离传感器、第二距离传感器测量与垂直面的距离，上述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的同一水平面上;然后根据第一距离传感器和第二距离传感器测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角。
[0045]特别地，第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的前侧面，且该第一距离传感器和第二距离传感器的连线垂直于机身的中轴。上述第一距离传感器和第二距离传感器位于中轴的两侧相等，且第一距离传感器和第二距离传感器与中轴的距离相等，即中轴构成第一距离传感器和第二距离传感器的对称轴。
[0046]此时，可通过以下计算式计算偏转角Θ:
[0047]Θ = arcsin(a X S/L)
[0048]其中S为第一距离传感器和第二距离传感器测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。
[0049]步骤S32:根据步骤S31中测得的机身与前方垂直面的夹角，判断机身是否与垂直面垂直(在夹角为90°时机身与垂直面垂直)，并在机身与垂直面垂直时执行步骤S34，否则执行步骤S33。
[0050]步骤S33:控制飞行组件调整航向角，使机身趋向于与垂直面垂直，然后返回步骤S31。上述步骤S31?S33反复执行，直到机身与垂直面垂直。
[0051 ]步骤S34:控制飞行组件使机身向垂直面飞行。
[0052]在上述步骤S31?S34执行过程中，飞行组件始终处于低速飞行状态，即在飞行器主机的控制器接收到来自遥控器的靠近垂直面的指令且机身与垂直面的距离小于第一距离时，控制器自动降低飞行组件的飞行速度。
[0053]特别地，上述方法还可包括:在第一距离传感器或第二距离传感器测得的机身与垂直面间的距离小于或等于第二距离(可根据需要设置)时，控制飞行组件使机身悬停飞行。
[0054]以上所述，仅为本发明较佳的【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该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种可自动靠近垂直面的无人飞行器，其特征在于:包括机身、飞行组件、偏转测量单元、航向调整单元和靠近控制单元，其中:所述飞行组件装设到机身上并带动机身飞行；所述偏转测量单元位于机身并在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角;所述航向调整单元，用于在偏转测量单元测得的机身与前方垂直面的夹角非.90°时控制飞行组件调整航向角;所述靠近控制单元，用于在偏转测量单元测得的机身与垂直面的夹角为90°时控制飞行组件使机身向垂直面飞行。2.根据权利要求1所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器，所述偏转测量单元包括第一距离传感器、第二距离传感器和偏转角计算子单元，且所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的同一水平面上;所述偏转角计算子单元根据第一距离传感器和第二距离传感器的测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角。3.根据权利要求2所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器，其特征在于:所述无人飞行器还包括悬停控制单元，用于在所述第一距离传感器或第二距离传感器测得的机身与垂直面间的距离小于或等于第二距离时，控制飞行组件使机身悬停飞行。4.根据权利要求2所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器，其特征在于:所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的前侧面，且该第一距离传感器和第二距离传感器的连线垂直于机身的中轴。5.根据权利要求4中任一项所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器，其特征在于:所述偏转角计算子单元通过以下计算式计算偏转角Θ: .0 = arcsin(aXS/L) 其中S为第一距离传感器和第二距离传感器测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。6.—种可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，所述无人飞行器包括机身和飞行组件，其特征在于:该方法包括以下步骤: 在机身与前方的垂直面小于第一距离时测量机身与前方垂直面的夹角； 在机身与前方垂直面的夹角非90°时控制飞行组件调整航向角； 在机身与垂直面的夹角为90°时控制飞行组件使机身向垂直面飞行。7.根据权利要求6所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，其特征在于:所述测量机身与前方垂直面的夹角的步骤包括: 分别通过第一距离传感器、第二距离传感器测量与垂直面的距离，所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的同一水平面上； 根据第一距离传感器和第二距离传感器测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角。8.根据权利要求7所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，其特征在于:所述方法还包括:在所述第一距离传感器或第二距离传感器测得的机身与垂直面间的距离小于或等于第二距离时，控制飞行组件使机身悬停飞行。9.根据权利要求7所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，其特征在于:所述第一距离传感器和第二距离传感器位于机身的前侧面，且该第一距离传感器和第二距离传感器的连线垂直于机身的中轴。10.根据权利要求6所述的可自动靠近垂直面的无人飞行器控制方法，其特征在于:所述根据第一距离传感器和第二距离传感器测得的距离信号计算机身与前方垂直面的夹角时，通过以下计算式计算偏转角Θ: .0 = arcsin(aXS/L) 其中S为第一距离传感器和第二距离传感器测得的与垂直面的距离之差，L为第一距离传感器与第二距离传感器的间距，a为常数。
【文档编号】G05D1/10GK106081081SQ201610452278
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】姜敏, 张兰, 马登坤
【申请人】深圳市博飞航空科技有限公司