CN106502269B - 无人机的安全返回电压的设置方法和模块、无人机 - Google Patents

无人机的安全返回电压的设置方法和模块、无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了无人机的安全返回电压的设置方法、无人机的安全返回控制方法、无人机的安全返回电压设置模块、以及无人机。所述无人机的安全返回电压的设置方法包括：计算无人机的当前飞行速度S和当前位置到出发点的距离D；根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T；计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P；根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V。本发明的安全返回电压的设置方案，可以动态设置无人机的安全返回电压。

Description

无人机的安全返回电压的设置方法和模块、无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术，具体而言，涉及无人机的安全返回电压的设置方法、无人机的安全返回控制方法、无人机的安全返回电压设置模块、以及无人机。
背景技术
现在无人机的应用日趋普及，为了提高无人机使用的安全性，无人机的控制***会预留一定的电池电压可以让无人机安全返回，以避免无人机因为电压不足而发生坠毁等问题。现有技术的做法是，设置一个固定的安全返回电压，当无人机电池电压低于此安全返回电压时，无人机就会自动返回；为了确保无人机在轻载和重载的各种情况下都能够安全返回，安全返回电压会依据重载情况而设置成一个偏高的值，这不利于提高无人机的正常飞行时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态设置安全返回电压的技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种无人机的安全返回电压的设置方法，包括以下步骤：
计算无人机的当前飞行速度S和当前位置到出发点的距离D；
根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间；
根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
可选地，所述计算无人机的当前飞行速度S，包括以下步骤：
在无人机飞行过程中采集环境温度值和环境气压值；
根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值；
根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率。
可选地，通过无人机搭载的定位装置对无人机进行定位，根据定位结果估算出当前位置到出发点的距离D；或者，根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
根据本发明的第二方面，提供了一种无人机的安全返回控制方法，包括根据前述任一项所述的安全返回电压的设置方法，以及以下步骤：
判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。
根据本发明的第三方面，提供了一种无人机的安全返回电压设置模块，包括以下单元：
飞行速度计算单元，用于计算无人机的当前飞行速度S；
飞行距离计算单元，用于计算当前位置到出发点的距离D；
返回时间计算单元，用于根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
安全返回功率计算单元，用于计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间；
安全返回电压计算单元，用于根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
可选地，所述飞行速度计算单元，用于根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值；根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率。
可选地，所述飞行距离计算单元，用于根据无人机定位结果估算出当前位置到出发点的距离D，或者，根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
根据本发明的第四方面，提供了一种无人机的安全返回控制模块，包括根据前述任一项所述的安全返回电压设置模块和控制模块：
所述控制模块，用于判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。
根据本发明的第五方面，提供了一种无人机，包括根据前述任一项所述的安全返回控制模块。
可选地，所述无人机还包括定位模块和驱动***控制模块；
所述定位模块，用于对无人机进行定位，并且将定位结果发送给所述安全返回控制模块；
所述安全返回控制模块，用于在电池的当前电压小于等于所述安全返回电压时，对所述驱动***控制模块进行控制，以控制无人机自动进行返回。
本发明的安全返回电压的设置方案，可以依据无人机的状态动态设置无人机的安全返回电压，从而优化无人机最长飞行时间。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。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相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的无人机的安全返回电压的设置方法的流程图。
图2示出了本发明实施例提供的无人机的安全返回电压的设置模块的框图。
图3示出了本发明实施例提供的无人机的控制***的框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1说明本发明实施例提供的无人机的安全返回电压的设置方法。在无人机飞行过程中，实时记录电池瞬时电压v(t)和电池瞬时电流i(t)，无人机的安全返回电压的设置方法包括以下步骤：
101、计算无人机的当前飞行速度S和当前位置到出发点的距离D。
102、根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
103、计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间。
104、根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
在一个实施例中，为了计算无人机的当前飞行速度S，可以在无人机飞行过程中利用传感器等装置采集无人机所在环境的环境温度值和环境气压值，步骤101计算无人机的当前飞行速度S包括以下步骤1011-1012：
1011、根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值。
1012、根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率。
在一个实施例中，步骤101计算无人机当前位置到出发点的距离D，可以通过无人机搭载的定位装置对无人机进行定位，根据定位结果估算出当前位置到出发点的距离D。在另一个实施例中，步骤101计算无人机当前位置到出发点的距离D，可以根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D，例如根据无人机与无人机遥控设备之间的WIFI信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
在上述无人机的安全返回电压的设置方法的基础上，本发明还提出了一种无人机的安全返回控制方法，判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。也就是说，当电池电压小于等于安全返回电压时，就会启动无人机飞行返回保护机制，控制无人机自动进行返回。在一个实施例中，可以根据定位模块提供的无人机当前位置，规划无人机返回路径，例如，规划无人机保持水平高度向出发点位置飞，途中利用无人机的避障算法避开障碍物，在无人机到达出发点上空时，再控制无人机降落到地面。
对于本领域技术人员来说，可以通过硬件方式、软件方式或软硬件结合的方式实现前述无人机的安全返回电压的设置方法和无人机的安全返回控制方法。基于同一发明构思，参考图2说明本发明实施例提供的无人机的安全返回电压的设置模块。
无人机的安全返回电压的设置模块，包括以下单元：
飞行速度计算单元11，用于计算无人机的当前飞行速度S
飞行距离计算单元12，用于计算当前位置到出发点的距离D；
返回时间计算单元13，用于根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
安全返回功率计算单元14，用于计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间；
安全返回电压计算单元15，用于根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
在一个实施例中，飞行速度计算单元11，用于根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值；根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率。
在一个实施例中，飞行距离计算单元12，用于根据无人机定位结果估算出当前位置到出发点的距离D，或者，根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
本发明还提出了一种安全返回控制模块，包括上述安全返回电压的设置模块和控制模块，所述控制模块，用于判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。
基于同一发明构思，参考图3说明本发明实施例提供的无人机的控制***，包括驱动***控制模块21、控制权管理模块22、飞行控制模块23、安全返回控制模块24、定位模块25、通信模块26、以及传感器模块27。
驱动***控制模块21，用来控制无人机的马达来驱动螺旋桨动作，以控制无人机进行例如加速、减速、拐弯、升空或降落等操作。
定位模块25，用于对无人机进行定位，并且将定位结果发送给安全返回控制模块24。
WIFI模块26，用于和无人机遥控设备进行通信，安全返回控制模块24可以利用无人机与无人机遥控设备之间的WIFI信号的强度估算出无人机的当前位置到出发点的距离D。
传感器模块27，可以包括温度传感器和气压传感器，将环境温度值和环境气压值发送给安全返回控制模块24。
飞行控制模块23，是无人机在正常飞行模式下的主控置***，在正常飞行模式下，飞行控制模块23通过控制权管理模块22来控制驱动***控制模块21，从而控制马达来驱动螺旋桨动作。
安全返回控制模块24，用于按照前述方法动态设定安全返回电压，以及当电池的当前电压小于等于安全返回电压时，通过控制权管理模块22来来控制驱动***控制模块21，以控制无人机自动进行返回。安全返回控制模块24，还可以利用定位模块25的定位结果，规划返回路径，以便无人机可以安全返回；
本发明的安全返回电压的设置方案和无人机安全返回方案，可以动态设置无人机的安全返回电压，当电池的当前电压小于等于安全返回电压时，控制无人机自动进行返回，如此一方面既可以达到低电压安全返回保护机制，又可以优化无人机最长飞行时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (8)

1.一种无人机的安全返回电压的设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算无人机的当前飞行速度S和当前位置到出发点的距离D；
根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间；
根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
其中，所述计算无人机的当前飞行速度S，包括以下步骤：
在无人机飞行过程中采集环境温度值和环境气压值；
根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值；
根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过无人机搭载的定位装置对无人机进行定位，根据定位结果估算出当前位置到出发点的距离D；或者，根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
3.一种无人机的安全返回控制方法，其特征在于，包括根据权利要求1或2所述的安全返回电压的设置方法，以及以下步骤：
判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。
4.一种无人机的安全返回电压设置模块，其特征在于，包括以下单元：
飞行速度计算单元，用于根据当前环境温度值和当前环境气压值计算发动机当前有效功率N，其中，N0是发动机地面有效功率，Param0和Param1为发动机校准参数，PH是当前环境气压值，P0是地面环境气压值，Temp0是地面环境温度值，TempH是当前环境温度值；根据所述发动机当前有效功率N计算无人机的当前飞行速度S，其中，W是螺旋桨动力装置发出的推力，u是螺旋桨效率；
飞行距离计算单元，用于计算当前位置到出发点的距离D；
返回时间计算单元，用于根据所述当前飞行速度S和所述当前位置到出发点的距离D计算无人机返回出发点所需的时间T，其中，
安全返回功率计算单元，用于计算无人机安全返回出发点所需的安全返回功率P，其中，p(t)为电池瞬时功率，v(t)是电池瞬时电压，i(t)是电池瞬时电流，t为时间；
安全返回电压计算单元，用于根据所述安全返回功率P计算安全返回电压V，其中，I为平均电流，
5.根据权利要求4所述的模块，其特征在于，所述飞行距离计算单元，用于根据无人机定位结果估算出当前位置到出发点的距离D，或者，根据无人机与无人机遥控设备之间的无线信号的强度估算出当前位置到出发点的距离D。
6.一种无人机的安全返回控制模块，其特征在于，包括根据权利要求4或5所述的安全返回电压设置模块和控制模块：
所述控制模块，用于判断电池的当前电压是否小于等于所述安全返回电压，如果电池的当前电压小于等于所述安全返回电压，则控制无人机自动进行返回。
7.一种无人机，其特征在于，包括根据权利要求6所述的安全返回控制模块。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，还包括定位模块和驱动***控制模块；
所述定位模块，用于对无人机进行定位，并且将定位结果发送给所述安全返回控制模块；
所述安全返回控制模块，用于在电池的当前电压小于等于所述安全返回电压时，对所述驱动***控制模块进行控制，以控制无人机自动进行返回。
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