垂直起飞无人机辅助起飞系统的制作方法

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种垂直起飞无人机辅助起飞系统。

背景技术：

近年来，无人机的市场蓬勃发展，应用领域也越来越广泛。不论是农业植保、电力巡检、森林防火还是海事搜救，无人机产品已经在众多传统行业中得到广泛应用。

而在无人机产品的日常使用中，经常会遇到起飞环境恶劣，如地面不平整或者地面风速较大等情况，使得飞机起飞困难或者起飞失败，大大限制了无人机产品的应用场景及市场空间。

当前市场中绝大部分的无人机产品提供两种主流的操作模式：遥控器手动和地面站自动。

手动模式主要依赖于飞手的个人操作，遥控器的输入信号直接决定了飞机油门的大小，在起飞过程中，手动操作需要在短时间内给飞机一个很大的油门，这样容易造成误操作，给多少油门也是根据飞手自身的经验水平来，油门给小了则无法起飞，在地面不平的情况下，飞机还容易出现侧翻或者侧滑等危险状况，油门如果给的过大，那么起飞后，需要额外的操作来让飞机油门以及高度回归到正常水平，容易造成飞机高度上下剧烈起伏乃至直接触地引起飞机起落部分损毁。

而在市场中较流行的是自动模式，该自动模式给飞机预定一个期望高度，然后逐渐的加大油门直到飞机离开地面，此种方法在刚刚开始启动油门的还未离开地面的过程中，容易出现侧滑或者侧翻等危险状况。因此，一般采用的是让飞手手动让飞机起飞后再切换成自动控制，而手动模式也存在前段所述一些问题，并且自动模式实质上为半自动模式。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够使得无人机在恶劣的环境中快速安全的起飞，能够避免无人机在离开地面时出现侧滑、侧翻的垂直起飞无人机辅助起飞系统。

本发明提供了一种垂直起飞无人机辅助起飞系统，其特征在于，包括：控制部，包含：用于设定控制信号的设定单元、以及用于发送起飞信号和控制信号的第一通信单元；以及飞行控制部，包含：存储单元、与无人机上的空速管相连接用于采集无人机的竖直方向的竖直速度的采集单元、比较单元、微控单元、以及与第一通信单元通信连接且用于接收和发送信号的第二通信单元，其中，存储单元存储有竖直速度的阈值、油门与时间的比例系数、无人机成功起飞后的悬停高度，比较单元用于将竖直速度与所述阈值进行比较，得到比较结果，微控单元用于根据起飞信号和控制信号控制无人机的起飞和飞行，在起飞阶段，微控单元不执行所述控制部发送的控制信号，微控单元根据起飞信号控制产生升力的旋转翼启动，并根据比例系数控制油门随着时间正比例增加，并根据比较结果控制油门停止随时间正比例增加，控制无人机悬停，结束起飞阶段，然后，微控单元根据控制信号控制无人机飞行。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，比较结果包含：竖直速度大于等于阈值，以及竖直速度小于阈值，当比较结果为所述竖直速度小于阈值时，微控单元控制油门随时间正比例增加；当比较结果为竖直速度大于等于阈值时，微控单元控制油门停止随时间正比例增加。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，旋转翼的电机与电子速度控制器相连接，微控单元将油门大小信号发送到电子速度控制器，电子速度控制器根据接收的油门大小信号控制旋转翼的电机的转速。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，在起飞阶段控制部仅作为开关。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，控制部为遥控器或地面站，当控制部为遥控器时，设定单元包含遥控器的油门操作杆。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，当控制部为遥控器时，在起飞阶段，当将所述控制部的油门操作杆拨到60％以上时，遥控器向飞行控制系统发送起飞控制信号，若否，遥控器不发送起飞信号。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，当控制部为遥控器时，在竖直速度大于等于阈值后，无人机悬停前，将油门操作杆拨到50％处。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，当控制部为地面站时，微控单元控制无人机飞到悬停高度处悬停。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，存储单元还用于存储油门的期望值。

进一步，在本发明提供的垂直起飞无人机辅助起飞系统中，还可以具有这样的特征：其中，在竖直速度大于等于阈值后，无人机悬停前，油门根据以下方法计算:

thrust_int＝thrust_sum-P*|V_Z|

其中，thrust_int为油门积分量，thrust_sum为随时间线性增加得到的油门期望值，P为控制部控制无人机飞行时，飞行控制部控制的比例系数，|V_Z|为竖直方向速度的绝对值。

本发明提供了如下优点：

根据本发明所涉及的垂直起飞无人机辅助起飞系统，因为存储单元存储有竖直速度的阈值、油门与时间的比例系数、无人机成功起飞后的悬停高度，采集单元能够采集无人机的竖直速度，比较单元能够将竖直速度与阈值进行比较，微控单元根据起飞信号控制产生升力的旋转翼启动，根据所述比例系数控制油门随着时间正比例增加，并根据比较单元的比较结果控制油门是否停止增加，从而使得无人机能够迅速获得一个竖直向上的速度，在短时间内离开地面，所以，本发明的垂直起飞无人机辅助起飞系统能够使得无人机在恶劣的环境中快速安全的起飞且能够避免无人机在离开地面时出现侧滑、侧翻,使得无人机更容易操作。

附图说明

图1是本发明的实施例中垂直起飞无人机辅助起飞系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例中操纵垂直起飞无人机辅助起飞的流程图；

图3是本发明的实施例中手动模式时油门期望值-时间曲线图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的垂直起飞无人机辅助起飞系统作具体阐述。

如图1所示，垂直起飞无人机辅助起飞系统100包含：控制部10和飞行控制部20。

控制部10用于控制无人机飞行，控制部10为遥控器或地面站。控制部10包含：设定单元11和第一通信单元12。

设定单元11用于设定控制信号。控制信号包含：无人机各旋转翼启动的方式、油门的大小等，用于控制无人机飞行的速度、悬停、俯冲等。第一通信单元12用于与飞行控制部20通信连接，向无人机发送起飞信号和控制信号。

飞行控制部20用于控制无人机的电机的运行，飞行控制部20安装在无人机的机身内，飞行控制部20包含：采集单元21、存储单元22、比较单元23、微控单元24和第二通信单元25。

第一通信单元14与第二通信单元25通信连接，控制部10和飞行控制部20通过第一通信单元14和第二通信单元23实现信号的相互传递。

采集单元21与无人机的空速管相连接，用于采集无人机竖直方向的竖直速度。

存储单元22用于存储竖直速度的阈值、油门与时间的比例系数和无人机成功起飞后的悬停高度。

油门与时间的比例系数根据不同的机型调整。

比较单元23用于将采集单元21采集的竖直速度与存储单元22存储储竖直速度的阈值进行比较得到比较结果。比较结果包含两种情况：竖直速度大于等于阈值，以及竖直速度小于阈值。在信号传递中，可以令竖直速度大于等于阈值为“0”，竖直速度小于阈值为“1”。

微控单元24用于根据起飞信号和控制信号控制无人机的起飞和飞行。

飞行控制部20与电子速度控制器相连接，旋转翼的电机与电子速度控制器相连接，微控单元24将油门大小信号发送到电子速度控制器，电子速度控制器根据接收的油门大小信号控制旋转翼的电机的转速。

控制部10向飞行控制部20发送起飞信号，进入起飞阶段，在起飞阶段微控单元24不执行控制部10发送的控制信号，微控单元24控制产生升力的旋转翼启动，并根据油门与时间的比例系数控制油门随着时间正比例增加，并根据比较单元的比较结果判断油门是否继续随时间正比例增加，当微控单元24接收到比较单元发送的信号为“1”，即竖直速度小于阈值时，油门继续随时间正比例增加，当微控单元24接收到比较单元发送的信号为“0”，即竖直速度大于等于阈值时，油门停止增加，微控单元24控制无人机悬停，结束起飞阶段，然后，微控单元24根据控制部10发送的控制信号控制无人机飞行。

如图2所示，操作垂直起飞无人机弹跳式辅助起飞时的流程如下：

步骤S1，解锁无人机，使无人机处于怠速状态，无人机进入起飞阶段，根据控制部的类型向无人机发送起飞控制信号。

步骤S1-1，当控制部为遥控器，选用手动模式时，将遥控器上的油门操作杆拨到60％以上的位置，遥控器即向无人机发送起飞信号。在起飞阶段，遥控器上的油门操作杆不控制无人机油门大小，仅作为开关使用，只控制起飞信号发送与否，即当油门操作杆低于60％的位置，不发送起飞信号，高于60％以上的位置发送起飞信号。油门的大小由微控制单元控制。

步骤S1-2，当控制部为地面站，当选用自动模式时，地面站直接发送起飞信号。在起飞阶段，地面站不控制无人机油门大小，仅作为开关使用，只控制起飞信号发送与否。油门的大小由微控制单元控制。

步骤S2，飞行控制部控制无人机产生升力的旋转翼转动，控制无人机的油门随着时间逐渐变大，其中，如图3所示，油门的期望值(油门的大小)与时间呈正比例关系。

其中，产生升力的旋转翼所产生的合力仅在竖直方向，没有水平方向的分力。即当没风时，无人机水平方向的速度相对于地面为0，当有风时，无人机受风力的影响在水平方向会有一定速度。

步骤S3，比较单元将无人机的竖直方向的竖直速度与阈值进行比较，如果竖直速度小于阈值，则微控单元控制油门继续随时间增加，否则，控制油门停止随时间正比例增加，进入下一步骤。存储单元将此时的油门的大小进行存储。

其中，当无人机处于起飞阶段时，无人机不接收除了起飞控制信号的任何控制信号。

步骤S4，无人机悬停，进入飞行阶段，无人机根据飞行控制信号飞行。

当控制部为遥控器，选用手动模式时，在竖直速度大于等于阈值后，无人机悬停前，将油门操作杆拨到50％处。即操作者观察到无人机不再迅速上升时，将油门操作杆拉回50％的位置，当无人机竖直方向的速度降为0时，即可保持此高度悬停。

当控制部为地面站，选用自动模式时，微控单元24控制无人机飞到存储单元存储的悬停高度处悬停。

在竖直速度大于等于阈值后，无人机悬停前，为保证油门和竖直速度保持连续，微控单元24根据以下计算方法对油门的大小进行控制:

thrust_int＝thrust_sum-P*|V_Z|

其中，thrust_int为油门积分量，thrust_sum为随时间线性增加得到的油门期望值，P为控制部控制无人机飞行时，飞行控制部控制的比例系数，|V_Z|为竖直方向速度的绝对值。

当竖直速度大于等于阈值后，油门开始响应遥控器的控制，此时因为惯性竖直速度继续增大，竖直速度增大的最大值约为两倍的竖直速度的阈值，然后竖直速度开始减小，直到完全响应遥控器的控制。

V_zmax＝2*V_limit

其中，V_zmax为竖直方向的速度值，V_limit为竖直速度的阈值。

无人机进入飞行阶段，根据控制部10发送的飞行控制信号飞行。

在飞行阶段，当遥控器控制无人机飞行时，油门操作杆在50％的位置，则无人机悬停，高于50％无人机向上飞行，低于50％无人机向下飞行。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。