控制方法、控制装置、飞行控制系统与多旋翼无人机与流程

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本发明实施例涉及控制技术领域，并且涉及一种控制方法、控制装置、飞行控制系统与多旋翼无人机。

背景技术：

多旋翼无人机是一种具有两个及以上旋翼轴的无人驾驶飞行器，它通过每个旋翼轴上的电机转动带动旋翼，从而产生升推力。多旋翼无人机通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制无人机的飞行。

智能返航功能是多旋翼无人机的一个重要功能，多旋翼无人机通过记录返航点(也称为home点)的位置，在收到返航请求之后，朝着返航点方向返航，直至到达返航点。

现有的多旋翼无人机在返航时，通常是机头或者机尾朝着返航点方向飞行。但是有些多旋翼无人机并不是每一面都设计一样，例如有些面受风面积大，即风阻较大，在多旋翼无人机返航过程中如果遇到大风环境且风向对着受风面积大的面，无人机容易被风吹跑，导致返航不成功。

因此，有必要提高多旋翼无人机的抗风能力，以保证其飞行可靠性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种控制方法、控制装置、飞行控制系统与多旋翼无人机，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，提高飞行可靠性。

第一方面，提供一种控制方法，所述控制方法包括：控制多旋翼无人机向目标地点飞行；确定所述多旋翼无人机的空速；控制所述多旋翼无人机风阻小的方向朝向所述空速的方向。

第二方面，提供一种控制装置，所述控制装置包括：控制模块，用于控制多旋翼无人机向目标地点飞行；确定模块，用于确定所述多旋翼无人机的空速；所述控制模块，还用于控制所述多旋翼无人机风阻小的方向朝向所述空速的方向。

第三方面，提供一种飞行控制系统，所述飞行控制系统包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述程序被执行时，所述处理器控制多旋翼无人机向目标地点飞行；确定所述多旋翼无人机的空速；控制所述多旋翼无人机风阻小的方向朝向所述空速的方向。

第四方面，提供一种多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括动力系统与第三方面所述的飞行控制系统，其中，所述飞行控制系统用于控制所述动力系统为所述多旋翼无人机提供飞行动力，以使得所述多旋翼无人机风阻小的方向朝向所述多旋翼无人机的空速的方向。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所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。

图1是根据本发明实施例的多旋翼无人机的示意性架构图。

图2是根据本发明实施例的控制方法的示意性流程图。

图3是根据本发明实施例的确定空速的示意图。

图4是根据本发明实施例的控制方法的示意图。

图5是根据本发明实施例的控制装置的示意性框图。

图6是根据本发明实施例的飞行控制系统的示意性框图。

图7是根据本发明实施例的多旋翼无人机的示意性框图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例可以应用于各种类型的多旋翼无人机，例如，由多个推动装置通过空气推动的多旋翼无人机，其中，由四个推动装置通过空气推动的无人机称为四旋翼无人机。多旋翼无人机也称为旋翼飞行器(rotorcraft)。

图1是本发明实施例提供的多旋翼无人机100的示意性架构图。如图1所示，多旋翼无人机100包括动力系统110、飞行控制器120、传感系统130和机架140。

动力系统110可以包括电子调速器(简称为电调)111、两个或更多个螺旋桨112以及与两个或更多个螺旋桨112相对应的两个或更多个电机113，图1中只示意出两个螺旋桨112以及与之对应的两个电机113，但并不限定本发明实施例的保护范围。其中电机113连接在电子调速器111与螺旋桨112之间，电机113和螺旋桨112设置在对应的机臂上；电子调速器111用于接收飞行控制系统120产生的驱动信号，并根据驱动信号提供驱动电流给电机113，以控制电机113的转速。电机113用于驱动螺旋桨112旋转，从而为多旋翼无人机100的飞行提供动力，该动力使得多旋翼无人机100风阻小的方向朝向多旋翼无人机100的空速的方向。

传感系统130用于测量多旋翼无人机100的姿态信息，即多旋翼无人机100在空间的位置信息和状态信息，例如，三维位置、三维角度、三维速度、三维加速度和三维角速度等。传感系统130例如可以包括陀螺仪、电子罗盘、惯性测量单元(inertialmeasurementunit，imu)、视觉传感器、全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)、气压计、空速计等传感器中的至少一种。

飞行控制器120用于控制多旋翼无人机100的飞行。例如，飞行控制器120可以按照预先编好的程序指令对多旋翼无人机100进行控制。具体地，飞行控制器120可以根据传感系统130测量的姿态信息控制多旋翼无人机100的飞行。

机架140可以包括机身和脚架(也称为起落架)。机身可以包括中心架以及与中心架连接的一个或多个机臂，一个或多个机臂呈辐射状从中心架延伸出。脚架与机身连接，用于在多旋翼无人机着陆时起支撑作用。

应理解，上述对于多旋翼无人机100各组成部分的命名仅是出于标识的目的，并不应理解为对本发明的实施例的限制。

图2示出本发明实施例提供的控制方法200的示意性流程图，该控制方法200可以应用于各种类型的多旋翼无人机，例如可以应用于图1所示的多旋翼无人机100，该控制方法200例如可以由图1中所示的飞行控制器120执行。如图2所示，该控制方法200包括：

210，控制多旋翼无人机向目标地点飞行。

例如，该目标地点为该多旋翼无人机的返航点。

220，确定多旋翼无人机的空速。

应理解，空速指的是旋翼无人机相对于空中气流的飞行速度。具体地，空速等于风速的反向速度与旋翼无人机的地速的矢量和，其中旋翼无人机的地速指的是旋翼无人机相对于大地坐标系的速度。

具体地，如图3所示，为旋翼无人机的地速，为风速，为风速的反向速度，即为旋翼无人机的空速，且

应理解，在无风环境下，即风速多旋翼无人机的空速等于其地速，即如图4a所示。

230，控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向空速的方向。

具体地，多旋翼无人机风阻小的方向可以是多旋翼无人机流线型设计的方向，例如多旋翼无人机的机头所在的方向。应理解，多旋翼无人机风阻小的方向还可以其它使得多旋翼无人机的受风面积小的方向，并不局限于是机头的方向。

可选地，作为一个实施例，在图2所示实施例中，230控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向空速的方向，包括：控制多旋翼无人机流线型设计的方向朝向空速的方向。

可选地，作为一个实施例，在图2所示实施例中，230控制多旋翼无人机流线型设计的方向朝向空速的方向，包括：控制多旋翼无人机的机头所在的方向朝向空速的方向。

在本发明实施例中，多旋翼无人机的机头所在的方向可以是一个角度范围，并不限定于机头轴线所在的方向。

具体地，如图4所示，以四旋翼无人机的返航场景为例进行说明，并假设四旋翼无人机的机头所在的方向为四旋翼无人机风阻小的方向。如图4a与图4b所示，四旋翼无人机记录返航点(即home点)的位置，在收到返航请求之后，四旋翼无人机向返航点飞行(即多旋翼无人机的地速为其相对返航点的运动速度)，飞行过程中实时获取空速然后将该四旋翼无人机的机头a所在的方向朝向空速的方向。

具体地，图4a为无风环境，即风速四旋翼无人机的空速等于其地速即空速为四旋翼无人机相对返航点的运动速度，控制四旋翼无人机的机头a所在的方向朝向空速的方向。

具体地，图4b为有风环境，例如风从四旋翼无人机的侧面吹来(假设返航点所在方向为四旋翼无人机的正面)，且风速为则多旋翼无人机的空速等于地速与矢量和，然后控制多旋翼无人机的机头a所在的方向朝向空速的方向飞行。

应理解，机头a所在的方向为四旋翼无人机风阻小的方向，即受风面积较小，当控制四旋翼无人机的机头所在方向朝向其空速方向飞行时，能够有效提高该四旋翼无人机的抗风能力，从而不容易被风吹跑，提高无人机的飞行可靠性。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

具体地，图4中的多旋翼无人机可以是图1中所示的多旋翼无人机100。

还应理解，本发明实施例除了可以应用于多旋翼无人机返航的场景，还可以应用于多旋翼无人机其他的轨迹规划自动飞行的场景。

具体地，在本发明实施例中，可以采用多种手段获取多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，在图2所示实施例中，220确定多旋翼无人机的空速，包括：获取多旋翼无人机的当前姿态信息；根据多旋翼无人机的姿态信息与空速的对应关系以及当前姿态信息，确定多旋翼无人机的空速。

应理解，该多旋翼无人机的姿态信息与空速的对应关系可以预先获取，具体地，在本发明实施例中，该控制方法还包括：在风速小于阈值的情况下，获取该对应关系。

具体地，风速小于阈值的情况可以指的是风力很小、或者风力几乎不影响多旋翼无人机飞行的情形。其中，该阈值可以是经验值，例如，风速小于该阈值的情形可以近似于无风环境。

需要说明的是，下文提及的无风环境是一个相对概念，并非严格意义上的无风，例如将风速小于该阈值的情形称为无风环境。对应地，下文提及的有风环境指的是风速大于或等于该阈值的情形。

从图4可知，在无风情况下，多旋翼无人机的空速就是其实际飞行速度，通过测量多旋翼无人机在无风环境下飞行时的姿态信息与速度信息，可以获得多旋翼无人机的姿态信息与速度信息的对应关系，即姿态信息与空速的对应关系。在220中确定多旋翼无人机的空速时，首先获取多旋翼无人机的当前姿态信息，然后基于该当前姿态信息与该对应关系，估算该多旋翼无人机当前的空速。

可选地，在基于该当前姿态信息与该对应关系获得该当前姿态信息所对应的空速后，可以通过卡尔曼滤波方法对得到的空速进行滤波处理，得到较为准确的空速信息。

在发明实施例中，该姿态信息可以包括三维角度信息、三维加速度信息与三维角速度信息或其它相关信息。

可选地，作为一个实施例，在图2所示实施例中，220确定多旋翼无人机的空速，包括：

获取风速。

具体地，可以通过地面站获取风速，例如，接收地面站发送的用于指示风速的信息，进而获取风速。

获取多旋翼无人机的地速。

具体地，可以通过多旋翼无人机上的传感系统实时测得无人机的地速。

根据风速与地速，估算多旋翼无人机的空速。

具体地，按照图3或图4所示的示意图，根据风速与多旋翼无人机的地速，计算得到多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，在图2所示实施例中，220确定多旋翼无人机的空速，包括：通过多旋翼无人机上的空速计，获取多旋翼无人机的空速。

具体地，在多旋翼无人机上安装空速计，该空速计可以实时测量该多旋翼无人机的空速。具体地，本发明实施例中的空速计的设计尺寸小于该多旋翼无人机的尺寸，即该空速计可以便捷地安装在多旋翼无人机上。

应理解，在本发明实施例中，获取多旋翼无人机的空速的手段不局限于上述的几种方法，还可以采用其他任意可行的方法获得。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

上文结合图2至图4描述了本发明实施例提供的控制方法，下文分别结合图5至图7描述本发明实施例的控制装置、飞行控制系统与多旋翼无人机。

图5示出本发明实施例提供的控制装置500的示意性框图，该控制装置500例如为图1所示的飞行控制器120。如图5所示，该控制装置500包括：

控制模块510，用于控制多旋翼无人机向目标地点飞行；

确定模块520，用于确定该多旋翼无人机的空速；

该控制模块510，还用于控制该多旋翼无人机风阻小的方向朝向该空速的方向。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

可选地，作为一个实施例，该控制模块510用于，控制该多旋翼无人机流线型设计的方向朝向该空速的方向。

可选地，作为一个实施例，该控制模块510用于，控制该多旋翼无人机的机头所在的方向朝向该空速的方向。

可选地，作为一个实施例，该确定模块520包括：

第一获取单元，用于获取该多旋翼无人机的当前姿态信息；

确定单元，用于根据该多旋翼无人机的姿态信息与空速的对应关系以及该第一获取单元获取的该当前姿态信息，确定该多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，该控制装置500还包括：

获取模块530，用于在风速小于阈值的情况下，获取该对应关系。

可选地，作为一个实施例，该确定模块520包括：

第二获取单元，用于获取风速；

该第二获取单元还用于，获取该多旋翼无人机的地速；

计算单元，用于根据该第二获取单元获取的该风速与该地速，估算该多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，该第二获取单元用于，接收地面站发送的用于指示该风速的信息。

可选地，作为一个实施例，该确定模块520用于，通过该多旋翼无人机上的空速计，获取该多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，该目标地点为该多旋翼无人机的返航目的地点。

应理解，本发明实施例提供的控制装置500的各个模块的操作和功能可以参考上述图2所示的控制方法，为了避免重复，在此不再赘述。

还应理解，本发明实施例中的该控制模块510与确定模块520可以由处理器或处理器电路组件执行。

图6示出本发明实施例提供的飞行控制系统600的示意性框图，该飞行控制系统600例如包括图1中所示的飞行控制器120与传感系统130。该飞行控制系统600可以包括处理器610和存储器620，处理器610通过总线630与存储器620通信连接。其中，存储器620用于存储程序，处理器610，用于执行存储器存储的程序，当程序被执行时，处理器610控制多旋翼无人机向目标地点飞行；确定该多旋翼无人机的空速；控制该多旋翼无人机风阻小的方向朝向该空速的方向。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，控制该多旋翼无人机流线型设计的方向朝向该空速的方向。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，控制该多旋翼无人机的机头所在的方向朝向该空速的方向。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，获取该多旋翼无人机的当前姿态信息，并根据该多旋翼无人机的姿态信息与空速的对应关以及该当前姿态信息，确定该多旋翼无人机的空速。

可选地，如图6所示，作为一个实施例，该飞行控制系统600还包括：

传感器640，与该处理器通信连接，用于感测该多旋翼无人机的当前姿态信息，其中，该处理器用于接收该传感器感测的该多旋翼无人机的当前姿态信息。

可选地，作为一个实施例，该传感器包括如下至少一种：陀螺仪、电子罗盘、惯性测量单元和视觉传感器。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，在风速小于阈值的情况下，获取该对应关系。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，获取风速，获取该多旋翼无人机的地速，并根据该风速与该地速，估算该多旋翼无人机的空速。

可选地，作为一个实施例，该处理器610具体用于，接收地面站发送的用于指示该风速的信息。

可选地，如图6所示，作为一个实施例，该飞行控制系统600还包括：

空速计650，用于测量该多旋翼无人机的空速；

其中，该处理器与该空速计通信连接，该处理器具体用于接收该空速计发送的该多旋翼无人机的空速。

应理解，传感器640与空速计650均可以属于图1所示的传感系统130。

可选地，作为一个实施例，该目标地点为该多旋翼无人机的返航目的地点。

如图6所示，该飞行控制系统600还包括收发器660，用于向动力系统(例如图1中所示的动力系统110)发送指令，以控制动力系统为多旋翼无人机提供动力，使得多旋翼无人机的风阻小的方向朝向多旋翼无人机的空速的方向飞行。

应理解，本发明实施例提供的飞行控制系统600的各个模块的操作和功能可以参考上述图2所示的控制方法，为了避免重复，在此不再赘述。

图7示出本发明实施例提供的多旋翼无人机700的示意性框图。该多旋翼无人机700包括飞行控制系统710与动力系统720，该飞行控制系统710可以为上述实施例所述的飞行控制系统600，动力系统720可以如图1中所示的动力系统110。该飞行控制系统710用于控制该动力系统720为该多旋翼无人机700提供飞行动力，以满足该多旋翼无人机风阻小的方向朝向该多旋翼无人机的空速的方向。

因此，在本发明实施例中，通过控制多旋翼无人机风阻小的方向朝向多旋翼无人机的风速的方向，能够提高多旋翼无人机的抗风能力，从而提高多旋翼无人机在大风环境中的飞行可靠性，例如能够提高多旋翼无人机在大风环境中返航的成功率。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，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单元中，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单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。