无人机及其控制系统与控制方法、电调及其控制方法与流程

本发明涉及一种无人机，尤其涉及一种无人机控制系统及控制方法、电调及其控制方法。

背景技术：

无人机由于其不需人驾驶，可深入各种人难以深入的环境，因此被广泛应用于执行监测、侦察及探索等军事或民事应用。无人机包括用于为无人机提供升力的动力系统，所述动力系统通常包括一个或多个电机及被电机驱动旋转的螺旋桨，其中所述电机通常通过电调来进行控制。电调能够接收接收机或飞控系统的油门控制信号，并根据该油门控制信号产生用来驱动所述电机旋转的脉宽调制(pwm)信号。

现有的多旋翼无人机，包括多个动力机构，每一个动力机构均包括电调、电机及旋翼。每一个电调均从所述无人机的飞控系统接收油门控制信号来控制对应的电机旋转，各电调之间无相互通信机制，多个电调无法知道相互的状态，比如某个电调出现硬件故障，堵转，射桨等问题时，其余动力环节并不知道，会引起飞行器的不稳定，增加损坏几率。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述问题的无人机、无人机控制系统与无人机控制方法、电调及其控制方法。

一种无人机控制系统，用于驱动无人机的动力机构以移动所述无人机，所述无人机控制系统包括：控制装置，所述控制装置根据收发器接收的控制指令产生控制信号；多个电调，每一所述电调根据所述控制信号产生驱动信号；及多个电机，每一所述电机与其中一所述电调相连接，所述电机在所述驱动信号驱动下旋转而带动所述动力机构旋转以移动所述无人机，其中每一所述电调之间相互通信，共享每一所述电调的信息。

一种无人机，包括动力机构、收发器，所述无人机还包括无人机控制系统，所述无人机控制系统包括：控制装置，所述控制装置根据所述收发器接收的控制指令产生控制信号；多个电调，每一所述电调根据所述控制信号产生驱动信号；及多个电机，每一所述电机与其中一所述电调相连接，所述电机在所述驱动信号驱动下旋转而带动所述动力机构旋转以移动所述无人机，其中每一所述电调之间相互通信，共享每一所述电调的信息。

一种无人机控制方法，所述无人机包括收发器及控制装置，所述方法包括：控制装置根据收发器接收的控制指令生成控制信号；控制装置传输所述控制信号至多个电调中的一个或多个；控制装置获取所述多个电调中的每一电调的信息；控制装置根据所述电调的信息判断所述电调是否工作异常；当所述电调出现异常时控制所有电调停止工作。

一种无人机控制系统，用于驱动无人机的动力机构以移动所述无人机，所述无人机控制系统包括：控制装置，所述控制装置根据收发器接收的控制指令产生控制信号；多个电调，每一所述电调根据所述控制信号产生驱动信号；及多个电机，每一所述电机与其中一所述电调相连接，所述电机在所述驱动信号驱动下旋转而带动所述动力机构旋转以移动所述无人机，其中每一所述电调均与所述控制装置连接，用于输出所述电调的信息至所述控制装置。

一种电调的控制方法包括：获取其他电调的状态信息；及根据所述其他电调的状态信息，确定自身是否立即停止工作。

一种电调包括：第一通信端口，用于与其他电调通信连接；以及电调控制器，与所述通信端口电连接，其中，所述电调控制器通过所述通信端口获取其他电调的状态信息，并根据所述其他电调的状态信息，确定自身是否立即停止工作。

所述无人机、无人机控制系统及无人机控制方法、电调及其控制方法，所述电调的状态信息可在电调之间共享，并根据所述状态信息监控所述电调是否出现异常，当出现异常时积极采取异常应对措施，从而避免损坏无人机。

附图说明

图1是本发明一实施例的的无人机结构示意图。

图2是本发明一实施例的无人机控制系统的模块框图。

图3是本发明一实施例的电调的模块框图。

图4是本发明第一实施例的电调之间共享状态信息的连接示意图。

图5是本发明第二实施例的电调之间共享状态信息的连接示意图。

图6是本发明第三实施例的电调之间共享状态信息的连接示意图。

图7是本发明一实施例的无人机控制方法的流程图。

图8是本发明另一实施例的无人机控制方法的流程图。

图9是本发明又一实施例无人机控制方法的流程图。

主要元件符号说明

无人机1

机身10

动力机构12

感测系统14

收发器16

载体17

负载18

终端110

无人机控制系统2

控制装置20

电调22

电机24

第一电调220

第二电调222

第三电调224

第四电调226

电调控制器2200

电源端口2202

电机端口2204

控制信号端口2206

状态端口2208

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅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做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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1所示，本发明实施方式提供一种无人机1，所述无人机1可用于任何适宜的环境，例如在空中(例如旋翼飞行器、固定翼飞行器或固定翼与旋翼混合的飞行器)，在水中(例，船或潜艇)，在地面上(例，摩托车，汽车，卡车，公交车，火车等)，在太空中(例，航天飞机、卫星或探测器)，或在地下(例如地铁)，或上述环境的任意组合。在本实施例中，所述无人机为旋翼飞行器，其中所述旋翼可为单旋翼、双旋翼、三旋翼、四旋翼、六旋翼及八旋翼等。为便于描述，以无人飞行器为例进行说明。

如图1所示，所述无人机1可包括动力机构12，一感测系统14，及一收发器16。在其他实施例中，所述无人机1还可包括一载体17及一负载18。可替代地，所述载体17可省略，所述负载18可不需要载体17而直接装配在所述无人机1上。所述动力机构12可包括，但不限于旋翼、螺旋桨、叶片、引擎、电机、轮组、轴、磁铁或喷嘴中的一个或多个。所述无人机1可包括一个或多个、两个或多个、三个或多个、四个或多个动力机构12。所述动力机构12可为相同的类型。可替代地，所述一个或多个动力机构12可为不同类型的动力机构。在一些实施例中，所述动力机构12可使得所述无人机1垂直地从一表面起飞或垂直地着陆于一表面，而不需要所述飞行器做任何的水平移动(例，不需要在跑道上滑行)。可选地，所述动力机构12可用于操作以使得所述无人机1在指定的位置和方位上空悬停。

例如，所述无人机1可包括为飞行器提供提升力及推力的多个水平导向的旋翼。所述多个水平导向的旋翼可被作动以提供垂直起飞、垂直着陆、悬停能力至所述无人机1。在一些实施例中，一个或多个水平导向的旋翼可顺时针旋转，同时一个或多个水平旋翼可逆时针旋转。例如，顺时针旋转的旋翼的数量可等于逆时针旋转的旋翼。每一水平导向旋翼的转速可独立地变化以控制所述旋翼产生的提升力及/或推力，从而调整所述无人机1的空间方位、速率，及/或加速度(例，相对于三维平移自由度和三维旋转自由度)。

所述感测系统14可包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可感测所述无人机1的空间方位、速率及/或加速度(例，相对三维平移自由度和三维旋转自由度)。所述一个或多个传感器可包括全球定位系统(gps)传感器、移动传感器、惯性传感器、近距离传感器或影像传感器。所述感测系统14所感测的数据可用于控制所述飞行器的空间方位、速度，及/或方向(例，用如下所述的一适宜的处理单元及/或控制模块)。可替代地，所述感测系统14可用于提供关于所述飞行器的周边环境的信息，例如天气状况、与潜在障碍的接近距离、地理特征的位置、人工结构的位置及其类似物。

所述收发器16可与终端110通过无线信号进行通信。在一些实施例中，所述通信包括双向通信，所述终端110提供控制指令至所述无人机1、载体17、及负载18中的一个或多个，从所述无人机1、载体17、及负载18中的一个或多个接收信息(例，所述无人机1、载体17或负载18的位置及/或移动信息；所述负载18感测的数据，例如负载相机感测的影像数据)。在一些情况下，来自所述终端110的控制指令可包括所述无人机1、载体17及/或负载18的相对位置、移动或控制。例如，所述控制指令可改变所述无人机1的位置及/或方向(例，通过控制所述动力机构12)，或使得所述负载18相对所述无人机1移动(例，通过控制所述载体17)。来自所述终端110的控制指令可控制所述负载18，例如控制相机或其他影像获取装置的操作(例，获取静态或动态图像，推近或推远镜头，开启或关闭，切换影像模式，改变影像解析度，调焦，改变景深，改变曝光时间，改变视角或视野)。在一些情况下，来自所述无人机1、载体17及/或负载18的通信信息可包括来自一个或多个传感器的信息(例，来自感测系统14或负载18)。所述通信可包括一个或多个不同类型的传感器所感测的信息(例，gps传感器、移动传感器、惯性传感器、近距离传感器或影像传感器)。所述信息可为关于所述无人机1、载体17及/或负载18的方位(例，位置，方向)、移动或加速度的信息。所述来源于负载18的信息可包括所述负载18感测的数据或所感测的所述负载18的状态。所述终端110提供并传输的所述控制指令可用于控制所述无人机1、载体17或负载18中的一个或多个的状态。可选择地或组合地，所述载体17和负载18也可分别各包括与所述终端110通信的一收发器，从而使得所述终端可分别独立地与所述无人机1、载体17及负载18进行通信及控制。

所述无人机1还包括无人机控制系统，所述无人机控制系统能够根据所述收发器16所发送的控制指令及所述感测系统所感测的感测数据来控制所述动力机构12，以为所述无人机1提供升力和推力。

请参阅图2所示，为本发明一实施方式的无人机控制系统2的内部结构模块图。所述无人机控制系统2包括控制装置20、电调22及电机24。

所述控制装置20用于接收所述收发器16接收到的控制指令及所述感测系统14所感测的感测数据来生成控制指令，所述控制指令控制所述无人机的所述动力机构12以调整所述无人机六维自由度的方位、速率及/或加速度。可选择地或其组合，所述控制指令还可控制载体、负载或感测系统中的一个或多个。在一实施例中，所述无人机1为无人飞行器，所述控制装置20为所述无人飞行器的飞行控制系统。

所述电调22用于接收所述控制装置20的控制指令，并根据所述控制指令生成用于驱动所述电机24的脉宽调制(pwm)信号。所述电机24在所述脉宽调制信号的驱动下旋转以带动所述动力机构12旋转，从而为所述无人机提供升力及推力。

请参阅图3所示，为本发明一实施例的电调22的模块框图。在一实施例中，所述电调22可包括电调控制器2200，用于连接电源的电源端口2202，用于输出所述脉宽调制信号的电机端口2204，用于接收所述控制装置20的控制指令的控制信号端口2206，及用于共享状态信息的状态端口2208。所述电调控制器2200用于接收所述控制信号端口2206的控制信号，并根据所述控制信号生成所述脉宽调制信号经所述电机端口2204输出。所述电调控制器2200可为单片机或数字处理器或其他具有数据处理功能的处理器。所述电调22通过所述电源端口2202接收电源供电。所述电调22的输入电源通常是直流，例如锂电池提供的电源。所述电机端口2204输出的为三相脉冲直流，与电机的三相输入端相连。在一实施例中，所述状态端口2208为单i/o口，通过该端口输出所述电调22的状态信息。例如高电平代表所述电调22状态为正常，低电平代表所述电调22状态为异常。在一实施例中，所述状态信息可在所述多个电调22之间共享。进一步地或可替换地，所述状态信息可以输出至所述控制装置20。所述电调的状态信息包括，但不限于，电调工作是否异常、电调的物理属性参数(例如：温度、电流、电压、功率等)等。

在一实施例中，所述无人机1包括多个动力机构12，每一动力机构12对应一电调22和一电机24。如下以四旋翼无人机为例进行说明。请参阅图4至图6所示，为本发明四个电调之间共享状态信息的几种连接示意图。所述电调22包括第一电调220，第二电调222，第三电调224及第四电调226。在图4所示的实施例中，所述状态信息仅在所述电调之间共享，即所述状态信息可通过各电调22之间的相互通信连接输出至其他电调，其他电调在所述电调22出现故障时停止运行，进而使对应的电机停止运行，此时所述电调22的状态端口2208仅在各电调22之间连接，不与所述控制装置20连接。所述电调22的电调控制器2200可通过所述状态端口2208获取自身及其他电调的状态信息，并根据所述状态信息控制所述电调22的工作。例如，当所述电调22或任意一个其他电调22的状态信息表征所述电调出现异常时，所述电调控制器2200可控制所述电机端口停止输出pwm信号或断开所述电调22与电源的连接，从而使得与所述电调22连接的电机24停止工作。

在其他实施例中，所述电调22的状态端口2208输出的状态信息可用来控制所述控制装置20与所述电调22之间的连接状态，例如，当所述电调22的状态端口2208输出的状态信息表征所述电调22出现异常时，断开所述控制装置20与所述电调22的连接，从而所述电调22停止工作。

可以理解的是，在其他实施例中，所述电调22的状态端口2208输出的状态信息可用来控制所述电调22与所述电机24之间的连接状态，例如，当所述电调22的状态端口2208输出的状态信息表征所述电调22出现异常时，断开所述电调22与所述电机24的连接，从而所述电机24接收不到所述电调22的pwm信号，停止工作。

在图5所示的实施例中，所述状态信息还可输出至所述控制装置20，所述状态端口可包括第一通信端口22061和第二通信端口22062。所述电调22通过所述第一通信端口22061与其他电调通信连接以在各电调22之间共享器状态信息，通过所述第二通信端口22062输出所述状态信息至所述控制装置20。所述第一通信端口22061与所述第二通信端口22062分别独立设置，可为通用非同步收发传输器(universalasynchronousreceiver/transmitter,uart)总线、集成电路间(inter-integratedcircuit，i2c)总线、串行外设接口(serialperipheralinterface,spi)、控制器局域网(controllerareanetwork，can)等。所述控制装置20根据该状态信息调整控制所述电调22的控制指令。例如，在一实施例中，当电调22的状态信息显示所述电调22为异常状态，所述控制装置20控制所述电调22停止工作，以免造成电调22或电机24的损坏。

可以理解的是，所述控制信号端口2206和所述第二通信端口22062可以整合为一个通信端口，通过该通信端口，所述控制装置20输出控制信号至所述电调22，并从所述电调22获取所述电调22的状态信息。所述电调22与所述控制装置20的通信方式可采用任意适宜的串行或并行等有线连接方式。有线方式包括各种端口连接，例如通用串行总线(universalserialbus,usb)、uart、can、i2c、串行及/或其他标准网络连接等。例如，i2c串行通信方式，每一电调22作为从设备，控制装置20作为主设备。在其他实施方式中，所述电调22与所述控制装置20也可以采用无线连接方式，所述电调22的状态信息通过无线通信方式传输至所述控制装置20。所述无线通信方式包括，但不限于，蓝牙、红外线、无线保真(wirelessfidelity,wifi)等。

在图6所示的实施例中，所述状态信息通过所述控制装置20实现状态信息共享。每一电调22的状态端口2208均与所述控制装置20通信连接。所述控制装置20通过该状态端口2208获取所述电调22的状态信息，并根据所述电调的状态信息控制其他电调22的工作。例如，当其中一电调的状态信息表征该电调工作异常时，所述控制装置20控制所有电调22均停止工作。可以理解的是，如上所述，所述控制信号端口2206与所述状态端口2208也可以整合为一个通信端口。通过该通信端口，所述控制装置20输出控制信号至所述电调22，并从所述电调22获取所述电调22的状态信息。

在进一步的实施例中，所述控制装置20还可以通过所述状态端口2208获取与所述电调22连接的电机24的工作信息。所述电机的工作信息可包括，但不限于，电机的物理属性参数(例如：温度、电流、电压、功率等)，电机内的电子元器件(例如：电机电阻、电机电感等)的物理属性参数信息，及电机上的传感器的检测信息等。

请参阅图7所示，为本发明一实施方式的电调的控制方法300流程图。根据不同需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略或合并。

步骤302，所述电调22接收来自所述控制装置20的控制信号。

步骤304，所述电调22根据所述控制信号生成pwm信号，并将所述pwm信号通过所述电机端口2204输出至所述电机24。

步骤306，所述电调22通过所述状态端口2208获取自身及其他电调的状态信息。

步骤308，所述电调22根据自身及其他电调的状态信息判断是否有一个或多个电调出现异常。若是，进入步骤310，若否，返回步骤302。

步骤310，所述电调停止工作。具体地，可切断所述电调与电源的连接，或切断所述电调22与所述电机24的连接，从而所述电调22停止输出pwm信号至所述电机24，所述电机24停止工作。

请参阅图8所示，为本发明第一实施方式的无人机控制方法400流程图。根据不同需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略或合并。

步骤402，所述控制装置20产生控制信号。所述控制装置20根据收发器16接收到的控制指令及所述感测系统14所感测的所述无人机1所处的当前状态数据产生控制信号。所述控制信号传输至所述电调22。

步骤404，所述控制装置20将所述控制信号传输至所述电调22。所述电调22根据所述控制信号生成pwm信号，所述pwm信号传输至与所述电调22相连的电机24，以控制所述电机24的转子转动，从而带动所述动力机构12旋转。

步骤406，所述控制装置20获取所述电调22的状态信息，所述状态信息包括指示所述电调22工作是否正常的信号。在其他实施例中，所述状态信息还可包括所述电调的温度、电压、电流及输出功率等。

步骤408，所述控制装置20根据所述电调22的状态信息判断所述电调22是否处于异常状态。若处于异常状态，则进入步骤410，若否，则返回步骤402。

步骤410，所述控制装置20根据该异常状态产生异常应对控制指令。例如，当所述电调出现硬件故障，电机异常，堵转，空载(射桨)等影响工作的异常时，所述控制装置20可产生控制指令控制其他电调停止工作，以免造成二次损害。

在其他实施例中，在步骤408和410中，也可以是所述电调22根据其他电调22的状态信息确定是否有电调出现异常，当其中一个电调出现异常时，其他电调均停止工作，以免造成二次伤害。

请参阅图9所示，为本发明第二实施方式的无人机控制方法500流程图。根据不同需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略或合并。

步骤502，所述控制装置20产生飞行控制指令。所述控制装置20根据收发器16接收到的控制指令及所述感测系统14所感测的所述无人机1所处的当前状态数据产生控制信号。所述控制信号传输至所述电调22。

步骤503，所述控制装置20将所述控制信号传输至所述电调22。所述电调22根据所述控制信号生成pwm信号，所述pwm信号传输至与所述电调22相连的电机24，以控制所述电机24旋转，从而带动所述动力机构12旋转。

步骤504，所述控制装置20获取电调信息和电机信息。其中电调信息包括但不限于，电调的物理属性，例如温度、电压、电流、功率等。所述电机信息可包括，但不限于，电机的物理属性，如温度、电流、电压、功率等，及电机内的电子元器件(例如电阻、电感等)的物理属性等。

步骤506，所述控制装置20根据所述电调信息判断所述电调是否异常，如果异常，进入步骤508，如果否，进入步骤510。

步骤508，所述控制装置20根据产生异常应对控制指令。例如，当所述电调出现硬件故障，电机异常，堵转，空载(射桨)等影响工作的异常时，所述控制装置20可产生控制指令控制其他电调停止工作，以免造成二次损害。

步骤510，所述控制装置20根据所述电调信息和所述电机信息判断是否存在安全隐患。例如，电调、电机的温度是否接近指定最高温度，电调、电机的电压、电流是否接近极限值等。

另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。