CN110254696B

CN110254696B - 无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备

Info

Publication number: CN110254696B
Application number: CN201910523640.3A
Authority: CN
Inventors: 王宗加; 张力超
Original assignee: Shenyang Woozoom Technology Co ltd
Current assignee: Shenyang Woozoom Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: CN110254696A

Abstract

本公开涉及一种无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备，涉及无人机领域，所述方法包括：响应于控制所述无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换；其中，所述控制权重值表征对应电机对所述无人机所获得的升力的影响程度，并且所述固定翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小正相关，所述旋翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小负相关。

Description

无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备

技术领域

本公开涉及无人机领域，具体地，涉及一种无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备。

背景技术

垂直起降固定翼无人机是一种结合了固定翼无人机以及旋翼无人机优点的无人机，其大多采用四旋翼结合推进螺旋桨这样的复合式布局，基于这样的特点，其能够通过多旋翼模式实现垂直起降的效果，也能够通过固定翼模式进行远距离的航行。

垂直起降固定翼无人机执行飞行任务的过程中，时常涉及到飞行模式的切换。相关技术中，垂直起降固定翼无人机的模式切换方式使得所述垂直起降固定翼无人机在遭到环境扰动影响时稳定性较差，影响安全。

发明内容

本公开的目的是提供一种无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备，用以解决现有垂直起降固定翼无人机的模式切换方式使得所述垂直起降固定翼无人机在遭到环境扰动影响时稳定性较差的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本公开提供一种无人机模式切换控制方法，所述无人机是垂直起降固定翼无人机，所述方法包括：

响应于控制所述无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换；

其中，所述控制权重值表征对应电机对所述无人机所获得的升力的影响程度，并且所述固定翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小正相关，所述旋翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小负相关。

可选地，所述根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换包括：

根据所述无人机在开始响应所述飞行控制指令时刻的第一空速值确定切换空速值；

根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值；

若所述无人机的实时空速值达到所述切换空速值，则确定所述无人机成功由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式。

可选地，所述根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，包括：

根据获取到的所述无人机的实时空速值V通过如下公式调整所述固定翼电机的控制权重值W₁和所述旋翼电机的控制权重值W₂：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值。

可选地，所述飞行控制指令用于控制所述无人机由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式，所述方法还包括：

响应于所述飞行控制指令，通过旋翼电机来控制所述无人机的飞行速度；

若所述无人机的飞行速度小于预设阈值，则确定所述无人机成功由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式。

可选地，所述方法还包括：

在所述无人机进行模式切换的过程中，停止对所述无人机位置的控制。

第二方面，本公开提供一种无人机模式切换装置，所述装置包括：

调整模块，用于响应控制所述无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换；

可选地，所述调整模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述无人机在开始响应所述飞行控制指令时刻的第一空速值确定切换空速值；

调整子模块，用于根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值；

第二确定子模块，用于在所述无人机的实时空速值达到所述切换空速值时，确定所述无人机成功由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式。

可选地，所述调整子模块包括：

执行模块，用于根据获取到的所述无人机的实时空速值V通过如下公式调整所述固定翼电机的控制权重值W₁和所述旋翼电机的控制权重值W₂：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值。

可选地，所述装置还包括：

第一控制模块，用于响应所述飞行控制指令，通过旋翼电机来完全控制所述无人机的飞行速度；

确定模块，用于在所述无人机的飞行速度小于预设阈值时，确定所述无人机成功由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式。

可选地，所述装置还包括：

第二控制模块，用于在所述无人机进行模式切换的过程中，停止对所述无人机位置的控制。

第三方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现第一方面所述无人机模式切换控制方法的步骤。

第四方面，本公开提供一种电子设备，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现第一方面所述无人机模式切换控制方法的步骤。

采用上述技术方案，至少能够达到如下技术效果：

在无人机需要从旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式时，所述无人机可以获取自身的实时空速值，并根据所述实时空速值来不断地调整固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，最终完成飞行模式的切换。根据空速值来调整不同电机的控制权重的方式，相比于相关技术中固定翼电机和旋翼电机按照分别设定的固定角加速度转动实现模式切换的方式，在面对外界气流扰动时，能够快速的对所述无人机的升力进行补偿和调整，从而增强了所述无人机在面对外界扰动时的稳定性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一示例性实施例示出的一种垂直起降固定翼无人机的示意图。

图2是本公开一示例性实施例示出的一种无人机模式切换控制方法的流程示意图。

图3是本公开一示例性实施例示出的一种无人机模式切换控制方法的流程示意图。

图4是本公开一示例性实施例示出的一种无人机模式切换控制装置的框图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

介绍本公开提供的无人机模式切换控制方法、装置，存储介质及电子设备之前，首先对本公开所涉及的应用场景进行介绍。本公开各个实施例所涉及的实施环境可以是垂直起降固定翼无人机，如图1所示，垂直起降固定翼无人机是一种结合了旋翼无人机以及固定翼无人机特点的无人机，大多采用四旋翼结合推进螺旋桨的复合式布局。其具有旋翼无人机能够垂直起降的特点，也继承了固定翼无人机飞行低能耗，飞行距离远等特点。垂直起降固定翼无人机执行飞行任务的过程中，时常涉及到飞行模式的切换，相关技术中，垂直起降固定翼无人机的模式切换方式使得所述垂直起降固定翼无人机在遭到环境扰动影响时容易出现掉高的现象，影响安全。

图2是本公开一示例性实施例示出的一种无人机模式切换控制方法的流程示意图，该方法应用于如图1所示的垂直起降固定翼无人机，如图2所示，所述方法包括：

S201，响应于控制垂直起降固定翼无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换。

值得说明的是，无人机依靠与空气之间的相对速度来使得其机翼的上下方产生压力差从而获得升力，当无人机的空速改变时，其所受到的升力、阻力均会发生变化。在垂直起降固定翼无人机的状态切换过程中，为所述无人机提供足够的升力是十分必要的。相关技术中，针对垂直起降固定翼无人机的飞行模式切换过程，是通过为其固定翼电机和旋翼电机分别设定固定的角加速度，使得固定翼电机以预设的固定角加速度加速转动，配合多旋翼电机以对应的预设角加速度减速转动来实现的。例如，所述无人机中的固定翼电机控制器可以响应飞控***的控制指令，控制固定翼的推进电机以预设角加速度加速转动，进而控制固定翼推进桨加速转动，从而为所述无人机提供升力。在这样的情况下，若所述无人机的空速发生变化(例如气流速度突然减小导致空速突变)，此时所述无人机将难以获得足够的升力来维持其姿态，甚至出现掉高的危险。

而本实施例提供的无人机模式切换控制方法是通过空速来调整不同电机对无人机的控制权重，在整个模式切换的过程中，所述固定翼电机对所述无人机的控制权重总体上是增加的。但是，在外界环境出现变化导致所述无人机的空速值发生突变的情况下，所述固定翼电机对所述无人机的控制权重也可以根据所述空速值的变化进行相应的增加或减小。对应的，所述旋翼电机的控制权重值也可以进行相应的减小或增加，从而对空速值变化导致的无人机升力的变化进行补偿和调整，最终提升所述无人机在面对气流等扰动时的稳定性。

此外值得注意的是，当所述无人机模式切换控制方法应用于无人机，例如无人机的飞控***时，所述飞行控制指令可以是由无人机地面站，服务器等无人机控制端发出的。当所述无人机降落控制方法应用于无人机控制端时，所述飞行控制指令可以是由用户的操作触发相应处理单元生成的。也就是说，所述无人机降落控制方法可以应用于无人机本身也可以应用于无人机控制端，本公开对此不做限定。

采用本实施例提供的无人机模式切换控制方法可以包括如下技术效果：

在无人机需要从旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式时，所述无人机可以获取自身的实时空速值，并根据所述实时空速值来不断地调整固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，最终完成飞行模式的切换。根据空速值来调整不同电机的控制权重的方式，相比于相关技术中固定翼电机和旋翼电机按照分别设定的固定角加速度转动实现模式切换的方式，在面对外界气流扰动时，能够快速的对所述无人机的升力进行补偿调整，从而增强了所述无人机在面对外界气流扰动时的稳定性。

在一种可能的实施方式中，参照图3所示出的一种无人机模式切换控制方法的流程示意图，所述无人机为垂直起降固定翼无人机，所述方法包括：

S301，响应于控制无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据所述无人机在开始响应所述飞行控制指令时刻的第一空速值确定切换空速值。

值得注意的是，空速值同时受到无人机本身的飞行速度以及所述无人机所处环境下气流速度的影响，因此，在不同环境下所述切换空速值可以根据实际情况来确定，即在不同的飞行条件下所述切换空速值可以是不同的。

S302，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值。

S303，若所述无人机的实时空速值达到所述切换空速值，则确定所述无人机成功由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式。

示例地，在具体实施时，可以通过设置在所述无人机上的空速计来获取所述无人机的实时空速值。所述无人机在响应所述飞行控制指令后，可以根据其开始响应所述飞行控制指令时刻的空速值来确定出一个切换空速值，并根据获取到的所述无人机的实时空速值V通过如下公式调整所述固定翼电机的控制权重值W₁和所述旋翼电机的控制权重值W₂：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值，所述切换空速值可以根据对所述无人机的外形进行气体动力学计算和飞行实验来确定。

这样，根据空速来调整固定翼电机以及旋翼电机对无人机姿态及位置的控制权重来完成状态切换，相对于相关技术中控制无人机的固定翼电机以设定的固定角加速度减速转动，并配合多旋翼电机以一定的角速度加速转动来完成切换过程的方式，能够更好地帮助所述无人机应对外界的气流扰动，从而提升了所述无人机状态切换过程的安全性和稳定性。

仍以图3进行说明，在一种可能的实施方式中，所述步骤S302包括：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值。

示例地，所述无人机可以按照预设的频率来获取所述无人机的实时空速值，再根据所述公式、每一次获取到的所述实时空速值以及所述切换空速值来计算出各电机最新的控制权重，最终根据所述控制权重来调整不同电机的转速，直至完成飞行模式的切换。在这个过程中，整体来看所述无人机的空速是逐渐增加的，其旋翼电机的转速整体变化趋势是减小，但对于风速突然降低导致无人机升力突然下降的情况，由闭环控制可知，所述无人机的旋翼电机转速也可以有短暂的增加以对升力进行补偿，从而维持无人机的当前高度。同理，固定翼电机在这个切换过程中转速整体趋势是增加，但如果风速突然上升导致无人机升力增加，其固定翼电机转速也可能出现短暂的下降以维持所述无人机的飞行高度。

也就是说，本实施例提供的无人机模式切换控制方法可以使得所述无人机能够根据空速的变化来对无人机的不同电机进行转速调整，从而根据具体情况对升力进行补偿或削减，有助于维持所述无人机的姿态和高度稳定，提升安全性。

在一种可能的实施方式中，所述飞行控制指令用于控制所述无人机由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式，所述无人机模式切换控制方法包括：

示例地，在响应于所述飞行控制指令之后，所述无人机可以关闭固定翼电机并通过旋翼电机来控制所述无人机的高度和姿态，在所述旋翼电机将所述无人机的飞行速度降低到预设阈值之后，则确定所述无人机成功由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式。

在另一种可能的实施方式中，所述无人机模式切换控制方法还包括：

应当理解的是，在对垂直起降固定翼无人机的位置进行调整的过程中，所述垂直起降固定翼无人机的姿态也会发生变化，而垂直起降固定翼无人机由于机翼较长的原因，更容易受到气流等扰动的影响。并且，无人机模式切换的过程极不稳定，在这种情况下如果出现较大的气流扰动，持续对所述无人机进行位置控制可能会导致无人机出现较大的姿态变化，甚至有被强风吹翻的风险。也就是说，在所述无人机进行模式切换的过程中，停止对所述无人机位置的控制更有利于维持所述无人机的稳定，提升安全性。

图4是本公开一示例性实施例示出的一种无人机模式切换控制装置的框图，参照图4，所述装置400包括：

调整模块401，用于响应控制所述无人机由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式的飞行控制指令，根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换。

采用上述装置，可以获得如下技术效果：

在无人机需要从旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式时，所述无人机可以获取自身的实时空速值，并由调整模块根据所述实时空速值来不断地调整固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，最终完成飞行模式的切换。根据空速值来调整不同电机的控制权重的方式，相比于相关技术中固定翼电机和旋翼电机按照分别设定的固定角加速度转动实现模式切换的方式，在面对外界气流扰动时，能够快速的对所述无人机的升力进行补偿调整，从而增强了所述无人机在面对外界气流扰动时的稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述调整模块包括：

可选地，所述调整子模块包括：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值。

可选地，所述装置还包括：

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可以实现任一项所述无人机模式切换控制方法的步骤。

本公开提供一种电子设备，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现所述任一项无人机模式切换控制方法的步骤。

图5是上述电子设备的一种示意图。如图5所示，该电子设备500可以包括：处理器501，存储器502。该电子设备500还可以包括多媒体组件503，输入/输出(I/O)接口504，以及通信组件505中的一者或多者。

其中，处理器501用于控制该电子设备500的整体操作，以完成上述的无人机模式切换控制方法的全部或部分步骤。存储器502用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备500的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备500上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如无人机的位置信息，无人机的高度信息，无人机状态信息，空速值数据等等。

该存储器502可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件503可以包括屏幕和音频组件。I/O接口504为处理器501和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件505用于该电子设备500与无人机之间进行通信。

在一示例性实施例中，电子设备500可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的无人机模式切换控制方法。

此外，上述提供的计算机可读存储介质即可以为上述包括程序指令的存储器602，该程序指令可由电子设备600的处理器601执行以完成上述无人机模式切换控制方法。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如将实施例中的固定翼电机控制权重的计算公式进行参数、指数修改，或是对所述无人机模式切换控制方法进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims

1.一种无人机模式切换控制方法，其特征在于，所述无人机是垂直起降固定翼无人机，所述方法包括：

其中，所述控制权重值表征对应电机对所述无人机所获得的升力的影响程度，并且所述固定翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小正相关，所述旋翼电机的控制权重值与所述实时空速值的大小负相关；

其中，所述根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，直至所述无人机完成飞行模式的切换包括：

根据所述无人机在开始响应所述飞行控制指令时刻的空速值确定切换空速值，所述空速值同时受到所述无人机本身的飞行速度以及所述无人机所处环境下气流速度的影响；

若所述无人机的实时空速值达到所述切换空速值，则确定所述无人机成功由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式；

其中，所述根据获取到的所述无人机的实时空速值调整所述无人机的固定翼电机和旋翼电机对所述无人机的控制权重值，包括：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值；

其中，所述无人机按照预设的频率来获取所述无人机的实时空速值，再根据所述公式、每一次获取到的所述实时空速值以及所述切换空速值来计算出各电机最新的控制权重，根据所述控制权重来调整不同电机的转速，直至完成飞行模式的切换，在这个过程中，整体来看所述无人机的空速是逐渐增加的，所述无人机的旋翼电机的转速整体变化趋势是减小，但对于风速突然降低导致所述无人机升力突然下降的情况，所述无人机的旋翼电机转速也可以有短暂的增加以对升力进行补偿，从而维持所述无人机的当前高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行控制指令用于控制所述无人机由固定翼飞行模式切换至旋翼飞行模式，所述方法还包括：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.一种无人机模式切换控制装置，其特征在于，所述无人机是垂直起降固定翼无人机，所述装置包括：

其中，所述调整模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述无人机在开始响应所述飞行控制指令时刻的空速值确定切换空速值，所述空速值同时受到所述无人机本身的飞行速度以及所述无人机所处环境下气流速度的影响；

第二确定子模块，用于在所述无人机的实时空速值达到所述切换空速值时，确定所述无人机成功由旋翼飞行模式切换至固定翼飞行模式；其中，所述调整子模块包括：

W₂＝1-W₁；其中，V₁为所述切换空速值；

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，该程序指令被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。