一种任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法

文档序号:34734132发布日期:2023-07-12 17:54阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,步骤1.1中建立坐标系包括:世界坐标系w=ow,xw,yw,zw,机体坐标系b=ob,xb,yb,zb;转子坐标系s=os,xs,ys,zs,欧拉角其中横滚角为俯仰角为θ,偏航角为ψ。

3.根据权利要求1所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,步骤1.2中建立矢量式四旋翼无人机数学模型包括:每个旋翼螺旋桨转子的转速为ωk,产生的垂直的力为fk,每个螺旋桨产生的扭矩为τk,设kt,kq为转子常数,有以下表达式成立:

4.根据权利要求3所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,所述无人机包含四个旋翼,即k=1,2,3,4。

5.根据权利要求3所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,所述无人机通过以上数学模型进行控制,必要时可利用前馈一反馈进行控制,最大化利用摩擦力,从而最大化节省能耗。

6.根据权利要求1所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,步骤1.3中建立在倾斜杆状物主动休息方法,包括以下步骤:首先机器人进行环境感知,在悬停状态,设y轴推力fy=∑yf2,4,x轴推力fx=∑xf1,3,机器人自上而下飞行,若目标为杆状物体,使得机体坐标系x轴于目标杆共面,机体始终保持水平,同时使用激光测距模块测量目标倾角δ,升起夹持结构,控制夹持舵机旋转δ,抓取目标杆,此时令y轴的螺旋桨舵机维持原方向,即ψy=[0,0,0],y=2,4,并减小fy使其等于fy*;令x轴的螺旋桨舵机旋转欧拉角ψx=[0,δ,0],x=1,3,减小fx并令其等于fx*,根据力的矢量合成原理,fy*,fx*满足以下式子:

7.根据权利要求6所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,当考虑无摩擦力时,无人机推力f*=fy*+fx*<fx+fy=f;考虑令fy*=0,即y轴螺旋桨停转,此时能耗节省最大,即fsave=f-mgcosψx;如果考虑摩擦力,摩擦力方向沿杆向上,为f,有以下式子成立:

8.根据权利要求1所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,考虑令fy*=0,即y轴螺旋桨停转,此时fsave=f-mgcosψx+f,摩擦力无需单独测算,仅使无人机接近滑动一刹那即为fsave最大;依据此理论可以将无人机停靠在杆状物上面,产生的能耗远小于悬停产生的能耗f=mg,并且可以通过松开夹持结构,恢复旋翼的推力随时起飞。

9.根据权利要求1所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,步骤1.4中建立在倾斜平台休整控制方法包括:使用激光测距测量倾斜平台倾角γ,令ψx=[0,γ,0],ψy=[0,0,0],若此时摩擦力为f,有以下式子成立:

10.根据权利要求9所述任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,其特征在于,在倾斜平台休息控制方法中不使用轻质夹持结构,而是使用高摩擦系数的机体起落架或可控电磁铁停留平台表面。


技术总结
本发明公开了一种任意倾斜表面休息的矢量式四旋翼无人机控制方法,涉及无人机控制技术领域,包括以下步骤:步骤1.1:建立坐标系;步骤1.2:建立矢量式四旋翼无人机数学模型;步骤1.3:建立在倾斜杆状物主动休息方法;步骤1.4:在倾斜平台休息控制方法。本发明方法采用轻质夹持结构,结合矢量控制方法和力的矢量合成即可在任意倾斜表面和杆状物上面休息,随时起飞完成任务。另外,本发明提供的夹持结构可满足夹持小型物体的需要,本发明提供的栖息方法控制原理简单,实用性强,具有一定的能耗节省,满足延长无人机续航的要求。

技术研发人员:李福生,张济淮,吴泽桂
受保护的技术使用者:电子科技大学长三角研究院(湖州)
技术研发日:
技术公布日:2024/1/13
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