无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法制造方法及图纸

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)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。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。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能。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。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纬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。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。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。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。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，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。
技术实现思路
本专利技术关注到以上问题，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。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。根据本专利技术的一方面，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。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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(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)，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)。

【技术特征摘要】
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(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)，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(1)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(1)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(1)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(1)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N＝1，2，3···，所述负反馈控制模块(2)生成的指令小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珊珊，
申请(专利权)人：杨珊珊，
类型：发明
国别省市：北京;11