一种多旋翼无人机锁桨定位方法及装置与流程

1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机锁桨定位方法及装置。


背景技术：

2.垂直起降固定翼无人机在起飞时，处于多旋翼飞行状态，而在执行飞行任务过程中，则处于固定翼飞行状态，当飞行任务执行完毕后，垂直起降固定翼无人机则以多旋翼飞行状态降落，由此可见，垂直起降固定翼无人机集多旋翼飞行器和固定翼飞行器的各自优点于一身，可用于执行航程较远、航时较长，升降要求较多的飞行任务；同时，垂直起降固定翼无人机的操作者须具备丰富的多旋翼飞行器和固定翼飞行器的操作经验。
3.然而，在准备起飞至降落着地的整个飞行过程中，垂直起降固定翼无人机仅能依靠外界的操作指令进行飞行状态的切换，因此，整个操作过程繁琐，操作体验并不友好；当有大风等外界干扰时，而垂直起降固定翼无人机在意外情况发生时并无法自主采取相应措施，以规避坠机风险。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种多旋翼无人机锁桨定位方法及装置，能够实现无人机在飞行过程中对螺旋桨角度自动调节，解决了桨叶停在特殊位置的需求，并且提高了无人机的安全性能及操作体验。
5.第一方面，本发明公开实施例提供了一种多旋翼无人机锁桨定位方法，包括如下步骤：接收飞行模式的切换指令，所述切换指令指示将当前飞行模式切换为目标飞行模式；根据所述目标飞行模式确定螺旋桨的目标角度数据；采集螺旋桨的当前角度数据；若所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值在调节范围内，则根据预设规则调整螺旋桨的当前角度。
6.优选地，利用角度传感器获取所述当前角度数据。
7.优选地，所述角度传感器包括磁编芯片和磁铁，所述磁编芯片用于反馈角度数据。
8.优选地，若所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值大于第一阈值，则在调节范围内。
9.优选地，所述根据预设规则调整螺旋桨的当前角度包括：根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变电机位置，以减小所述螺旋桨的当前角度数据与目标角度数据之间的绝对差值；当所述绝对差值小于或等于第一阈值时，发送第二控制信号以将电机维持在当前位置。
10.优选地，所述根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变
电机位置包括：根据所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值获得目标转速；根据当前角度数据确定当前转速；根据当前转速与目标转速的转速绝对差值获得目标电流；采集电机的当前电流；根据当前电流与目标电流的电流绝对差值获得目标控制电压；根据所述目标控制电压生成第一控制信号。
11.第二方面，本发明实施例中还提供一种多旋翼无人机锁桨定位装置，包括：通信模块，用于接收飞行模式的切换指令，所述切换指令指示将当前飞行模式切换为目标飞行模式；角度确定模块，用于根据所述目标飞行模式确定螺旋桨的目标角度数据；角度采集模块，用于采集螺旋桨的当前角度数据；调整模块，用于在所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值在调节范围内时，根据预设规则调整螺旋桨的当前角度。
12.优选地，所述根据预设规则调整螺旋桨的当前角度包括：根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变电机位置，以减小所述螺旋桨的当前角度数据与目标角度数据之间的绝对差值；当所述绝对差值小于或等于第一阈值时，发送第二控制信号以将电机维持在当前位置。
13.第三方面，本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面中任一所述的方法。
14.第四方面，本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任一项所述的方法。
15.本发明实施例提供的技术方案具有以下有益效果：本发明通过飞行模式需求确定无人机螺旋桨的目标角度，并进一步通过角度传感器采集螺旋桨当前角度数据，将获取的目标角度及当前角度经过三个闭环控制，获得第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号改变当前电机位置，第二控制信号使得电机间接带动螺旋桨停在目标角度的预设范围内。本发明实现了在不增加额外无人机部件的前提下控制悬停螺旋桨的位置，对无人机螺旋桨的位置控制精准有效，且以较小的成本增加了无人机的续航时间，减少降落所需时间。
16.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1示出了本发明公开实施例所提供的一种多旋翼无人机锁桨定位方法的流程图；图2示出了本发明公开实施例所提供的一种多旋翼无人机锁桨定位方法的三闭环控制原理框图；图3示出了本发明公开实施例提供的一种多旋翼无人机锁桨定位装置的结构框图。
具体实施方式
19.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
20.实施例1参照图1，本发明公开实施例所提供的一种多旋翼无人机锁桨定位方法，包括如下步骤：s101：接收飞行模式的切换指令，所述切换指令指示将当前飞行模式切换为目标飞行模式；s102：根据所述目标飞行模式确定螺旋桨的目标角度数据；s103：采集螺旋桨的当前角度数据；s104：若所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值在调节范围内，则根据预设规则调整螺旋桨的当前角度。
21.具体地，通过角度传感器来获取当前角度数据，角度传感器中包括磁编芯片和磁铁，可选地，角度传感器可以设置在无人机升力驱动模块的正下方，而升力驱动模块设置在螺旋桨的任意位置，其通过电机驱动螺旋桨转动；当磁铁随电机转子转动时，编码器芯片就会产生角度数据，进而测得无人机的当前角度和目标角度。
22.具体地，当目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值大于第一阈值，则角度数据在调节范围内；此时，根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变电机位置，从而间接改变设置在电机上的螺旋桨位置，以减小所述螺旋桨的当前角度数据与目标角度数据之间的绝对差值；当所述绝对差值小于或等于第一阈值时，发送第二控制信号以将电机维持在当前位置。更优选地，第一阈值可以为3。
23.本实施例中通过飞行模式需求确定无人机螺旋桨的目标角度，并进一步通过角度传感器采集螺旋桨当前角度数据，将获取的目标角度及当前角度经过三个闭环控制，获得第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号改变当前电机位置，第二控制信号使得电机间接带动螺旋桨停在目标角度的预设范围内。本发明实现了在不增加额外无人机部件的前提下控制悬停螺旋桨的位置，对无人机螺旋桨的位置控制精准有效，且以较小的成本增加了无人机的续航时间，减少降落所需时间。
24.实施例2本实施例中，根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变
电机位置包括以下过程：根据所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值获得目标转速；根据当前角度数据确定当前转速；根据当前转速与目标转速的转速绝对差值获得目标电流；采集电机的当前电流；根据当前电流与目标电流的电流绝对差值获得目标控制电压；根据所述目标控制电压生成第一控制信号。
25.进一步地，采用三闭环控制生成第一控制信号和第二控制信号。
26.参照图2，三闭环控制包括位置环控制、转速环控制及电流环控制。三个闭环控制的工作原理如下：电调控制器接收螺旋桨的当前角度与目标角度，位置运算模块将当前角度中的当前位置与目标角度中的目标位置作位置绝对差值，将位置绝对差值输入pi控制器后，获得目标转速，该过程为位置环控制；接着，转速运算模块将当前角度中的当前转速与目标转速作位置绝对差值，将转速绝对差值输入pi控制器后，获得目标电流，该过程为转速环控制；然后，电流运算模块将当前角度中的当前电流与目标电流作绝对差值，将电流绝对差值输入pi控制器后，获得目标电流；最后，将目标电流经过svpwm算法转换为目标控制电压，通过目标控制电压控制电机，从而电机能够使得螺旋桨的当前角度与目标角度之间的绝对差值在第一阈值内停止。
27.进一步，第一阈值可以为3度。当目标角度和当前角度的绝对差值在3度以内时，通过电机的三相短路以刹车锁定电机，从而间接让螺旋桨的桨叶保持在当前角度。具体地，三相短路以刹车锁定电机的原理为：由于永磁同步电机的转子是永磁体，只要电机在旋转，那么定子绕组上就会有感应电动势，从而产生磁场，当定子绕组短路时，产生短路电流，导致电导线在磁场处产生安培力，以起到制动的作用。
28.具体地，可以采用但不限于采用场效应管将电机的三相短路以刹车锁定电机。在一些优选地实施例中，可以采用软件控制三相mos管的下管全部导通来实现电机的三相短路。
29.实施例3参照图3，本发明公开实施例所提供的一种多旋翼无人机锁桨定位装置300，主要包括：通信模块301、角度确定模块302、角度采集模块303和调整模块304。
30.具体地，通信模块301，用于接收飞行模式的切换指令，所述切换指令指示将当前飞行模式切换为目标飞行模式；角度确定模块302，用于根据所述目标飞行模式确定螺旋桨的目标角度数据；角度采集模块303，用于采集螺旋桨的当前角度数据；调整模块304，用于在所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值在调节范围内时，根据预设规则调整螺旋桨的当前角度；更具体地，预设规则为根据所述目标角度数据和所述当前角度数据发送第一控制信号改变电机位置，以减小所述螺旋桨的当前角度数据与目标角度数据之间的绝对差值；当所述绝对差值小于或等于第一阈值时，发送第二控制信号以将电机维持在当前位置。
31.进一步地，还包括计算当前位置与目标位置绝对差值的位置运算模块、计算当前转速与目标转速绝对差值的转速运算模块、计算当前电流与目标电流作绝对差值的电流运
算模块，利用上述各个模块结合三闭环控制生成第一控制信号和第二控制信号。三闭环控制的工作原理在实施例2中已详细描述，在此不在赘述。
32.具体地，角度采集模块可以是角度传感器，角度传感器中包括磁编芯片和磁铁，可选地，角度传感器可以设置在无人机升力驱动模块的正下方，而升力驱动模块设置在螺旋桨的任意位置，其通过电机用于驱动螺旋桨转动；当磁铁随电机转子转动时，编码器芯片就会产生角度数据，进而测得无人机的当前角度和目标角度。
33.处理模块303，在所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值大于第一阈值的情况下，向螺旋桨发送调节指令，以调节螺旋桨的桨叶角度；当调节到一桨叶角度位置，所述目标角度数据和所述当前角度数据的绝对差值小于等于第一阈值时，停止对电机位置的调节，从而间接停止对所述桨叶角度的调节。在优选地实施例中，第一阈值可为3度。
34.具体地，处理模块303还用于：将实时获得的无人机的飞行高度、飞行速度、油门杆位置、发动机转速等信息输入与目标飞行模式对应的桨叶角度运算模型，以计算得到该实时桨叶角度值，其中，桨叶角度运算模型包括螺旋桨桨叶角度与飞机的飞行高度、飞行速度、油门杆位置、发动机转速之间的函数关系。
35.多旋翼无人机锁桨定位装置300还可以包括桨叶角度运算模型构建模块，用于：通过如下方式得到与某一飞行模式对应的桨叶角度运算模型：利用螺旋桨需求功率与发动机输出功率的匹配关系，建立该飞行模式下的动力系统数学模型，动力系统数学模型包括与该飞行模式对应的多组离散值集合，其中每组离散值集合包括飞行高度、飞行速度、油门杆位置、发动机转速和桨叶角度的离散值；利用拟合算法对动力系统数学模型进行拟合，以得到与该飞行模式对应的桨叶角度运算模型。
36.实施例4本发明公开实施例所提供的一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面中任一所述的方法。
37.进一步地，处理器可以是cpu，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
38.以下部件连接至i/o接口：包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。
39.实施例5本发明公开实施例所提供的一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如第一方面中任一所述的方法。具体地，本发明公开的实施例包括一种计算机可读介质，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序
可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)执行时，执行本技术的系统中限定的上述功能。
40.需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
41.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
42.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
43.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
44.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
45.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
46.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如
果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
48.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。