无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法

无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法
【专利摘要】一种无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法，无人飞行器的悬停控制装置包括用于扫描无人飞行器空间位置的位置测量模块(1)、连接所述位置测量模块(1)的负反馈控制模块(2)和致动无人飞行器运动的致动装置(3)，所述负反馈控制模块(2)基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置(3)。
【专利说明】
无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法
技术领域
[0001]本发明属于无人飞行器控制领域，特别是涉及一种无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法。
【背景技术】
[0002]无人飞行器因为其飞行性能与成本平衡接近用户的接受水平，所以开始得到较为广泛的应用，尤其是以航拍为主要应用领域，以多旋翼飞行器为主要架构的无人飞行器，由于能够实现空中悬停，并且相对于传统的固定翼飞行器来说，起飞、降落、空中飞行控制都变得更为简单，因此成为了时下热潮。
[0003]对于如上所述的多旋翼飞行器而言，一个非常重要的性能就是空中悬停的稳定性。空中悬停是多旋翼飞行器在空中飞行活动的基础，一般而言，较为成熟的多旋翼飞行器，在没有接收到任何控制指令或者说出现了突发事故的时候，均会自动控制在空中悬停状态，在这种状态下，飞行器本身的安全得以保障，并且对于操纵者来说，其心理压力也大大减轻。
[0004]举例来说，如果有玩过小型无人飞行器的玩家应该有这种体会，超小型的无人飞行器由于娱乐性和体积成本控制的考虑，并未设置自动悬停功能，所以这种小飞行器只有在接收到用户的输入控制指令才会改变飞行状态，飞行器上预设的陀螺仪和飞控仅能确保该飞行器在空中飞行时的平衡而已。具体来说，就是用户输入的指令非常迅速的体现在飞行器的飞行动作上，这时，用户操作飞行器非常的紧张，因为无人飞行器就像是没头苍蝇一样在空中到处行动，用户想要保持飞行器在空中一定高度已经不太容易了，因此此时用户需要全力确保该飞行器的遥控器的升降轴指令在一个极为准确的范围内，但是此时飞行器往往还因为飘逸误差会存在水平方向的稳定移动，未受训练的用户要在保持合适飞行高度的同时，马上判断出飞行器的朝向和飘逸，然后输入对应的水平方向飞行控制指令，使得飞行器向用户所期望的方向飞行，近乎一个不可能完成的任务。由此例可见，能够稳定的实现空中悬停，让用户能够从容的判断飞行器的朝向，从而准确输入飞行控制指令，是非常重要的基础功能，事实上，可以说是，除了自平衡之外，多旋翼飞行器最重要的基础飞行控制功會K。
[0005]当前的空中悬停往往是通过对无人飞行器当前的位置不断进行判断，然后对其漂移进行补偿的方式来实施的，这种空中悬停的具体实现，需要消耗无人飞行器控制系统的能耗，影响到了飞行器的续航能力和飞行表现，因此有必要对其进行改进。
[0006]专利文献CN104536453 A公开的一种飞行器的控制方法包括以下步骤:根据检测到的当前垂直方向的位置和加速度，通过坐标系的转换及负反馈双闭环控制得到飞行器在机体坐标系中垂直方向上的推力;根据检测到的当前经玮度值和水平方向的速度，通过坐标系的转换及负反馈双闭环控制得到飞行器在机体坐标系中水平方向的控制量;根据检测到的当前垂直方向和水平方向的磁感应数据，通过坐标系的转换及反馈控制得到航向方向的控制量;根据所述垂直方向上的推力、水平方向的控制量和航向方向的控制量，控制飞行器飞行至目标位置。该专利只是得到在三维方向的控制量以稳定飞行，即得到三维方向上的精确动力控制，而并不是基于所述空间位置的偏离变化得到反向运动补偿的指令，无法实现悬停控制的动态平衡，无法节约能耗，影响到了飞行器的续航能力和飞行表现。
[0007]专利文献CN105487555 A公开的一种无人机的悬停定位方法包括:当无人机处于悬停状态后，镜头朝下初次拍摄特定区域的图像，确定所述特定区域的图像中的多个特征物体，以及通过在所述特定区域的图像中建立坐标系确定所述多个特征物体的初始坐标；按照预设周期连续拍摄同一特定区域的图像，确定所述同一特定区域的图像中的与所述初次拍摄特定区域的图像中相同的多个特征物体，以及通过在所述同一特定区域的图像中建立与所述初次拍摄特定区域的图像中相同的坐标系确定所述多个特征物体的坐标；当确定所述同一特定区域的图像中的所述多个特征物体的坐标与初始坐标的变化位于第一预设范围之外时，调整所述无人机的方向，使所述无人机下一次拍摄的同一特定区域的图像中的所述多个特征物体的坐标与初始坐标的变化值位于所述第一预设范围之内。该专利周期性的拍摄水平面的图像实时监督该无人机的悬停定位状态，提高了定位的精准度。但该专利的悬停方法依赖于拍摄设备的拍摄图像，仅适合于在比较低或者室内等离相对物比较近的情况下使用，并不适用于无人飞行器在高空中悬停，特别是附近没有可拍摄的相对物的情况，因此，该专利应用范围小，另外，该专利使用拍摄设备拍摄图像和识别图像定位，误差大，精确度低，不能自动获得反向运动补偿的指令，无法实现悬停控制的动态平衡，无法节约能耗，影响到了飞行器的续航能力和飞行表现。
[0008]专利文献CN204197284公开的一种微型悬停四旋翼无人机主要包括主机体(1)、控制系统(2)、姿态驱动模块(3)、姿态测量系统(4)、姿态调整系统(5)、动作调整器(6)，其中:控制系统(2)与姿态驱动模块(3)连接，姿态测量系统(4)与姿态调整系统(5)连接，姿态调整系统(5)与动作调整器(6)连接。该专利可垂直起降和悬停，适用于狭小空间的工作环境。但该专利部件多，成本大，姿态测量系统累积误差大，无法长时间获得准确的空间位置信息，该专利也无法自动获得反向运动补偿的指令，无法实现悬停控制的动态平衡，无法节约能耗，影响到了飞行器的续航能力和飞行表现。
[0009]因此，本领域急需要解决的技术问题在于，在任何环境下，都能保持良好的空中悬停性能，无论是在地磁干扰小、风力影响小的较好环境下，还是在地磁干扰大、风力影响大的恶劣环境下，都能确保良好的空中悬停性能，能够准确的空间位置信息，自动获得反向运动补偿的指令，实现悬停控制的动态平衡;进一步地，以最节能的方式保持空中悬停，在不需要的时候，降低系统反复进行位置矫正的频率，能够节省系统能耗，提高无人飞行器的续航能力和飞行表现。
[0010]在【背景技术】部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

【发明内容】

[0011]本发明关注到以上问题，提出了一种无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法。
[0012]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0013]根据本发明的一方面，一种无人飞行器的悬停控制装置包括用于扫描无人飞行器空间位置的位置测量模块、连接所述位置测量模块的负反馈控制模块和致动无人飞行器运动的致动装置，所述负反馈控制模块基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置。
[0014]优选地，所述位置测量模块设有扫描频率调节模块，所述扫描频率调节模块基于所述指令调整所述位置测量模块的扫描频率。其中，由于指令是基于所述空间位置的偏离变化生成，因此，指令反映了空间位置的偏离大小，例如水平偏离了 10厘米，指令即为水平返回10厘米，例如设定偏离100厘米阈值以上为预警条件，10厘米远小于该阈值，因此，所述扫描频率调节模块基于所述指令例如降低扫描频率，调整所述位置测量模块的扫描频率。例如设定偏离2厘米阈值以上为预警条件，10厘米远大于该阈值，因此，所述扫描频率调节模块基于所述指令例如提高扫描频率，调整所述位置测量模块的扫描频率。另外，还可以基于所述指令生成的频率来调整所述位置测量模块的扫描频率。该反向补偿指令产生的频率越高，也就意味着当前飞行器的偏移发生的越频繁，此时应提高位置测量模块的扫描频率。
[0015]优选地，所述负反馈控制模块设定无人飞行器的悬停位置，当位置测量模块发送的空间位置偏离所述悬停位置，负反馈控制模块生成所述空间位置和悬停位置之间的差值作为反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置，所述致动装置执行所述指令使得无人飞行器补偿所述差值。
[0016]优选地，当所述致动装置是无人飞行器自身的飞行控制系统或者是布置在无人飞行器的多个方向上的动力喷射装置。
[0017]优选地，所述位置测量模块是由卫星定位模块和高度传感器组成的用于扫描空间位置的位置测量模块，和/或由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量模块、和/或超声波测距传感器、和/或图像定位模块。
[0018]优选地，所述卫星定位模块是GPS定位模块或北斗定位模块，所述高度传感器是高度计或超声波测距传感器，所述图像定位模块是光流法图像定位模块。
[0019]优选地，所述负反馈控制模块为PID控制器、通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路或数字电路，所述负反馈控制模块将初始悬停位置或上一个悬停位置设定为无人飞行器的悬停位置。
[0020]优选地，所述位置测量模块设有扫描频率调节模块，当在N个扫描周期内，其中N=1，2，3..?，所述负反馈控制模块生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块降低所述位置测量模块的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的。
[0021]优选地，当在M个检测周期内，其中M=l，2，3..?，所述负反馈控制模块生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块提高所述位置测量模块的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。
[0022]优选地，当在O个扫描周期内，其中0=1，2，3..?，所述负反馈控制模块生成指令的频率大于第三阈值，所述扫描频率调节模块提高所述位置测量模块的扫描频率，其中，O个扫描周期是连续的或不连续的，当在P个检测周期内，其中Ρ=1，2，3..?，所述负反馈控制模块生成指令的频率小于第四阈值，所述扫描频率调节模块降低所述位置测量模块的扫描频率，其中，P个扫描周期是连续的或不连续。
[0023]根据本发明的另一方面，一种所述的无人飞行器的悬停控制装置的悬停控制方法包括以下步骤。
[0024]第一步骤中，位置测量模块扫描无人飞行器空间位置。
[0025]第二步骤中，连接所述位置测量模块的负反馈控制模块基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置。
[0026]第三步骤中所述致动装置执行所述指令使得无人飞行器补偿偏离。
[0027]优选地，第二步骤中，所述位置测量模块设有扫描频率调节模块，当在N个扫描周期内，其中Ν=1，2，3..?，所述负反馈控制模块生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块降低所述位置测量模块的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的；当在M个扫描周期内，其中Μ=1，2，3..?，所述负反馈控制模块生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块提高所述位置测量模块的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。
[0028]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的【具体实施方式】进行举例说明。
【附图说明】
[0029]通过阅读下文优选的【具体实施方式】中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0030]在附图中:
[0031]图1是根据本发明一个实施例的无人飞行器的悬停控制装置的结构示意图；
[0032]图2是根据本发明另一个实施例的无人飞行器的悬停控制装置的结构示意图；
[0033]图3是根据本发明一个实施例的无人飞行器的悬停控制装置的悬停控制方法的步骤示意图。
[0034]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
【具体实施方式】
[0035]下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0036]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0037]为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0038]图1为本发明的一个实施例的无人飞行器的悬停控制装置的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。
[0039]如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种无人飞行器的悬停控制装置，无人飞行器的悬停控制装置包括用于扫描无人飞行器空间位置的位置测量模块1、连接所述位置测量模块I的负反馈控制模块2和致动无人飞行器运动的致动装置3，所述负反馈控制模块2基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置3。
[°04°] 实施例中，无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV”(unmanned aerialvehicle)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为:无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。
[0041]本发明实施例中优选的无人飞行器为多旋翼无人飞行器，多旋翼无人飞行器可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。
[0042]本发明技术方案采用的无人飞行器主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。
[0043]本发明实施例优选的是，所述负反馈控制模块2设定无人飞行器的悬停位置，当位置测量模块I发送的空间位置偏离所述悬停位置，负反馈控制模块2生成所述空间位置和悬停位置之间的差值作为反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置3，所述致动装置3执行所述指令使得无人飞行器补偿所述差值。在实施例中，负反馈控制模块2可以将用户期望的空间位置设为悬停位置，也可以将初始悬停位置作为将要悬停的悬停位置，还可以自动将上一个悬停位置作为悬停位置。在一个实施例中，负反馈控制模块设有用于比较所述空间位置和悬停位置之间的差值的比较单元和生成反向运动补偿的指令的处理单元。
[0044]由于无人飞行器在空中的飞行实际涉及到的自由度远比地面上行动的车辆要多，所以无人飞行器的空中悬停，首先要实现对自身位置的监测，然后通过定期对自身位置的监测，在发现前后监测到的位置发生了变化的时候，补偿上述变化，即可实现空中悬停。之所以会发生漂移的原因有很多可能，比如室内外环境中存在较大的侧风，再如一些未知磁场的干扰，再如甚至有人通过扯拽无人机使其脱离原始位置。从上述内容可知，无人飞行器空中悬停的基础是要能够在水平方向和高度方向上实现位置监测与矫正。
[0045]本发明实施例优选的是，所述位置测量模块I是由卫星定位模块和高度传感器组成的用于扫描空间位置的位置测量模块，和/或由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量模块、和/或超声波测距传感器、和/或图像定位模块。
[0046]其中，在水平方向的位置监测或坐标获取上，水平位置的坐标则由GPS模块本文中的GPS为示意性的说明全球卫星定位系统，其也可以采用俄罗斯或者中国北斗卫星导航系统，并非限于使用美国GPS卫星导航系统来确定，在没有GPS信号的室内，一般是通过光流法等图像识别算法来实现水平位置的坐标确认和矫正，在高度方向的位置监测或坐标获取上，高度一般来说是通过超声波传感器测量与地面的距离，或者是气压高度计，其基于高度会影响大气压的变化来测量。
[0047]当然，GPS也可以提供高度信息，但对于主流的无人机来说，更倾向于使用气压计，因为低成本的GPS的数据刷新率太低，若运动速度太大则由于数据滞后有可能导致无人机坠落。
[0048]另外除了上述利用传感器测量的模式来定位外，还有一种“姿态模式”，这种模式依靠的是内部的MU惯性测量模块，可以又一组陀螺仪+加速度计传感器来识别自身的飞行状态和相对位移。通过对IMU的数据的反向分析，来实现对偏移的位置补偿。
[0049]在本发明的实施例中，例如以GPS模式为例，当无人飞行器受到外界影响，高度有升高或者降低的趋势时，负反馈控制模块2比较偏离了预设的悬停位置的空间位置，发送反向运动补偿指令自动调整回来，即通过致动装置3降低偏离的高度或升高偏离鄂高度，致动装置可调节马达的功率进行适当的反方向运动补偿;如果无人飞行器被风横向吹离悬停位置，位置测量模块I测量并发送偏离所述悬停位置的空间位置，负反馈控制模块2生成所述空间位置和悬停位置之间的差值作为反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置3，所述致动装置3执行所述指令使得无人飞行器补偿所述差值，例如，可以启动侧飞模式与之抵消一一这些反应都是比较快的，只要外界影响不是大得离谱，专业多轴无人飞行器一般抗四级风到六级风都没有问题，专业的无人飞行器都可以应付得来，你所看到的就是它稳稳地定在那里没有动。
[0050]在天气不是很好，GPS搜星困难或者室内没有GPS信号的时候，所述位置测量模块I是由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量模块，姿态模式就派上用场了。依靠无人机内部的頂U惯性测量模块，系统可以识别当前的飞行姿态，进行自动平衡补偿，同样可以实现高度和水平位置的锁定。通俗的说，只要是通过IMU惯性测量模块监测和记录下，在无人飞行器并未接收到来自遥控器的飞行控制指令的情况下，飞行器所发生的位置偏移，然后通过反向运动补偿的方式，补偿这部分偏移，即可实现简单的自平衡。此种方式，由于IMU惯性测量模块的积分累计误差，长时间单独使用IMU单元来实现空中悬停的效果不是很好，所以，进一步地，所述IMU惯性测量模块中设有校准模块以避免长时间累积误差，提高了惯性测量模块的准确性。
[0051]在没有GPS信号的室内，通过光流法等视觉图像定位方法也可实现定点悬停。在室内还可以使用超声测距方法，该方法是通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即:s = 340t/2。于超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。尤其是在如上所述的室内环境中，利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，举例来说，只要在若干方向上(比如:前、左、右三个方向)安装了超声波测距系统，就能让飞行器在若干个方向上得到一个相对位置坐标。根据该相对位置坐标，就能实时实现悬停位置矫正。
[0052]在一个实施例中，所述卫星定位模块是GPS定位模块或北斗定位模块，所述高度传感器是高度计或超声波测距传感器，所述图像定位模块是光流法图像定位模块。
[0053]在一个实施例中，所述负反馈控制模块2为PID控制器、通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路或数字电路，所述负反馈控制模块2将初始悬停位置或上一个悬停位置设定为无人飞行器的悬停位置。
[0054]图2为本发明的另一个实施例的无人飞行器的悬停控制装置的结构示意图，本发明实施例将结合图2进行具体说明。
[0055]现有方式对于上述空中悬停功能的局限性在于往往是通过出厂前的产品测试来确定一个空中悬停过程中的适当的坐标获取频率，然后根据该频率定期进行坐标位置的扫描获取以及位置补偿，这种频率是相对固定的。这种模式的局限性在于，由于考虑到极端情况下比如，环境风力较大的情况下无人飞行器的空中悬停表现，系统不得不将该扫描频率设置的较高，如此在用户看来，无人飞行器才是保持在空中相对不动的悬停状态，如果环境影响较大，而悬停模式的扫描频率低，处理速度慢，那么在用户看来，无人飞行器在空中就处于一种不稳定的状态，始终是在偏移和恢复的运动过程中。但是这种扫描频率又不是设置的越高越好，当这个频率设置的越高，则对系统造成的负担越大，这种扫描不仅是数据的读取而已，还包括后续对于数据的一系列处理，以及可能调动一系列的系统资源去完成无人飞行器的动作。
[0056]举例来说，当系统米用30ms的时间周期作为扫描频率来实现空中悬停以及系统米用300ms的时间周期作为扫描频率来实现空中悬停的时候，在不同的环境下表现可能完全不同，也可能没什么差异。比如在环境影响恶劣的时候，扫描频率为30ms的空中悬停表现会更加稳定，但是在环境影响很小的时候，扫描频率为300ms的空中悬停表现也没什么差异，并且同时还降低了系统的负担，提升了无人飞行器的续航能力。
[0057]如图2所示，本发明的一个实施例提供了一种无人飞行器的悬停控制装置，无人飞行器的悬停控制装置包括用于扫描无人飞行器空间位置的位置测量模块1、连接所述位置测量模块I的负反馈控制模块2和致动无人飞行器运动的致动装置3，所述位置测量模块I设有扫描频率调节模块4，所述扫描频率调节模块4基于所述指令调整所述位置测量模块I的扫描频率。
[0058]所述位置测量模块设有扫描频率调节模块，所述扫描频率调节模块基于所述指令调整所述位置测量模块的扫描频率。其中，由于指令是基于所述空间位置的偏离变化生成，因此，指令反映了空间位置的偏离大小，例如水平偏离了 10厘米，指令即为水平返回10厘米，例如设定偏离100厘米阈值以上为预警条件，10厘米远小于该阈值，因此，所述扫描频率调节模块基于所述指令例如降低扫描频率，调整所述位置测量模块的扫描频率。例如设定偏离2厘米阈值以上为预警条件，10厘米远大于该阈值，因此，所述扫描频率调节模块基于所述指令例如提高扫描频率，调整所述位置测量模块的扫描频率。另外，还可以基于所述指令生成的频率来调整所述位置测量模块的扫描频率。
[0059]在一个实施例中，所述负反馈控制模块2基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置3，其中，所述位置测量模块I设有扫描频率调节模块4，当在N个扫描周期内，其中Ν=1，2，3..?，所述负反馈控制模块2生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块4降低所述位置测量模块I的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的。
[0060]在一个实施例中，当在M个检测周期内，其中M=I，2，3..?，所述负反馈控制模块2生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块4提高所述位置测量模块I的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。一个实施例中，当在O个扫描周期内，其中O =1,2,3 -.?，所述负反馈控制模块2生成指令的频率大于第三阈值，所述扫描频率调节模块4提高所述位置测量模块I的扫描频率，其中，O个扫描周期是连续的或不连续的，当在P个检测周期内，其中Ρ = 1，2，3..?，所述负反馈控制模块2生成指令的频率小于第四阈值，所述扫描频率调节模块4降低所述位置测量模块I的扫描频率，其中，P个扫描周期是连续的或不连续的。
[0061]因此，所述扫描频率调节模块4基于所述指令的大小、或指令产生的频率，但不仅限于此，来调整所述位置测量模块I的扫描频率。
[0062]本发明实施例优选的是，事先设定若干个具有不同扫描频率的空中悬停飞行控制模式，基于当前无人飞行器所处的环境来适当的设置该空中悬停飞行控制模式，在环境影响小的情况下，使用低频的空中悬停飞行控制模式，在环境影响大的情况下，使用高频的空中悬停飞行控制模式。这样能够取得空中悬停能力表现与空中悬停功能消耗的均衡，既不影响飞行器的基本性能，也更加环保节能。判断环境影响大小的条件可以基于一个或者连续/不连续的若干个时间周期内，无人飞行器的历史偏移表现来确定。举例来说:在I个扫描周期内，当检测到无人飞行器的位置偏移超出一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度提升一个级别影响大，对应的将空中悬停飞行控制模式降低一个级别频率高;反之，在I个扫描周期内，当检测到无人飞行器的位置偏移低于一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度降低一个级别影响小，对应的将空中悬停飞行控制模式提升一个级别频率低。再如，在连续5个扫描周期内，当检测到无人飞行器的位置偏移超出一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度提升一个级别，对应的将空中悬停飞行控制模式降低一个级别；反之，在连续5个扫描周期内，当检测到无人飞行器的位置偏移低于一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度降低一个级别，对应的将空中悬停飞行控制模式提升一个级别。再如，在积累到非连续的5个扫描周期内，均检测到无人飞行器的位置偏移超出一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度提升一个级别，对应的将空中悬停飞行控制模式降低一个级别；反之，在积累到非连续的5个扫描周期内，均检测到无人飞行器的位置偏移低于一个预定阈值的时候，可以判断为环境影响大小程度降低一个级另IJ，对应的将空中悬停飞行控制模式提升一个级别。另外，由于当前在飞行能力表现与节能二者之间，用户暂时更加关注飞行表现能力，所以可以采用不同的标准来设计空中悬停飞行控制模式的提升和降低策略，比如当检测到I个位置偏移超出预定阈值的情况，即提升空中悬停飞行控制模式的级别频率高，对应的当积累到非连续的5个扫描周期内，均检测到无人飞行器的位置偏移低于一个预定阈值的时候，才降低空中悬停飞行控制模式的级别频率低。
[0063]本发明实施例优选的是，当所述致动装置3是无人飞行器自身的飞行控制系统或者是布置在无人飞行器的多个方向上的动力喷射装置。在一个实施例中，飞行控制系统接收且执行反向运动补偿的指令使得无人飞行器的空间位置回复到悬停位置，即偏离前的空间位置。
[0064]参见图3，根据本发明一个实施例的使用所述的无人飞行器的悬停控制装置的悬停控制方法包括以下步骤。
[0065]第一步骤SI中，位置测量模块I扫描无人飞行器空间位置；
[0066]第二步骤S2中，连接所述位置测量模块I的负反馈控制模块2基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置3;
[0067]第三步骤S3中，所述致动装置3执行所述指令使得无人飞行器补偿偏离。
[0068]本发明的实施例优选的是，第二步骤S2中，所述位置测量模块I设有扫描频率调节模块4，当在N个扫描周期内，其中Ν=1，2，3..?，所述负反馈控制模块2生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块4降低所述位置测量模块I的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的；当在M个扫描周期内，其中Μ=1，2，3..?，所述负反馈控制模块2生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块4提高所述位置测量模块I的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。
[0069]尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
【主权项】
1.一种无人飞行器的悬停控制装置，其包括用于扫描无人飞行器空间位置的位置测量模块(I)、连接所述位置测量模块(I)的负反馈控制模块(2)和致动无人飞行器运动的致动装置(3)，其特征在于:所述负反馈控制模块(2)基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置(3)。2.根据权利要求1所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:所述位置测量模块(I)设有扫描频率调节模块(4)，所述扫描频率调节模块(4)基于所述指令调整所述位置测量模块(I)的扫描频率。3.根据权利要求1所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:所述负反馈控制模块(2)设定无人飞行器的悬停位置，当位置测量模块(I)发送的空间位置偏离所述悬停位置，负反馈控制模块(2)生成所述空间位置和悬停位置之间的差值作为反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置(3)，所述致动装置(3)执行所述指令使得无人飞行器补偿所述差值。4.根据权利要求1所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:所述位置测量模块(I)是由卫星定位模块和高度传感器组成的用于扫描空间位置的位置测量模块，和/或由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量模块、和/或超声波测距传感器、和/或图像定位模块。5.根据权利要求4所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:所述卫星定位模块是GPS定位模块或北斗定位模块，所述高度传感器是高度计或超声波测距传感器，所述图像定位模块是光流法图像定位模块。6.根据权利要求2所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:所述负反馈控制模块(2)为PID控制器、通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路或数字电路，所述负反馈控制模块(2)将初始悬停位置或上一个悬停位置设定为无人飞行器的悬停位置。7.根据权利要求2所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:当在N个扫描周期内，其中Ν=1，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块(4)降低所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的，当在M个检测周期内，其中M=l，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块(4)提高所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。8.根据权利要求2所述的无人飞行器的悬停控制装置，其特征在于:当在O个扫描周期内，其中0=1，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成指令的频率大于第三阈值，所述扫描频率调节模块(4)提高所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，O个扫描周期是连续的或不连续的，当在P个检测周期内，其中Ρ=1，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成指令的频率小于第四阈值，所述扫描频率调节模块(4)降低所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，P个扫描周期是连续的或不连续的。9.一种使用根据权利要求1-8中任一项所述的无人飞行器的悬停控制装置的悬停控制方法，其包括以下步骤: 第一步骤(SI)中，位置测量模块(I)扫描无人飞行器空间位置； 第二步骤(S2)中，连接所述位置测量模块(I)的负反馈控制模块(2)基于所述空间位置的偏离变化生成反向运动补偿的指令且发送到所述致动装置(3); 第三步骤(S3)中，所述致动装置(3)执行所述指令使得无人飞行器补偿偏离。10.根据权利要求9所述的悬停控制方法，其特征在于: 第二步骤(S2)中，所述位置测量模块(I)设有扫描频率调节模块(4)，当在N个扫描周期内，其中Ν=1，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成的指令小于第一阈值，所述扫描频率调节模块(4)降低所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，N个扫描周期是连续的或不连续的；当在M个扫描周期内，其中M=I，2，3..?，所述负反馈控制模块(2)生成的指令大于第二阈值，所述扫描频率调节模块(4)提高所述位置测量模块(I)的扫描频率，其中，M个扫描周期是连续的或不连续的。
【文档编号】G05D1/10GK106094868SQ201610621060
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月1日 公开号201610621060.4, CN 106094868 A, CN 106094868A, CN 201610621060, CN-A-106094868, CN106094868 A, CN106094868A, CN201610621060, CN201610621060.4
【发明人】杨珊珊
【申请人】杨珊珊