無人機的安全返回電壓的設置方法和模塊、無人機與流程
2023-10-17 11:27:24 1
本發明涉及無人機技術，具體而言，涉及無人機的安全返回電壓的設置方法、無人機的安全返回控制方法、無人機的安全返回電壓設置模塊、以及無人機。
背景技術：
現在無人機的應用日趨普及，為了提高無人機使用的安全性，無人機的控制系統會預留一定的電池電壓可以讓無人機安全返回，以避免無人機因為電壓不足而發生墜毀等問題。現有技術的做法是，設置一個固定的安全返回電壓，當無人機電池電壓低於此安全返回電壓時，無人機就會自動返回；為了確保無人機在輕載和重載的各種情況下都能夠安全返回，安全返回電壓會依據重載情況而設置成一個偏高的值，這不利於提高無人機的正常飛行時間。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種動態設置安全返回電壓的技術方案。
根據本發明的第一方面，提供了一種無人機的安全返回電壓的設置方法，包括以下步驟：
計算無人機的當前飛行速度S和當前位置到出發點的距離D；
根據所述當前飛行速度S和所述當前位置到出發點的距離D計算無人機返回出發點所需的時間T，其中，
計算無人機安全返回出發點所需的安全返回功率P，其中，p(t)為電池瞬時功率，v(t)是電池瞬時電壓，i(t)是電池瞬時電流，t為時間；
根據所述安全返回功率P計算安全返回電壓V，其中，I為平均電流，
可選地，所述計算無人機的當前飛行速度S，包括以下步驟：
在無人機飛行過程中採集環境溫度值和環境氣壓值；
根據當前環境溫度值和當前環境氣壓值計算發動機當前有效功率N，其中，N0是發動機地面有效功率，Param0和Param1為發動機校準參數，PH是當前環境氣壓值，P0是地面環境氣壓值，Temp0是地面環境溫度值，TempH是當前環境溫度值；
根據所述發動機當前有效功率N計算無人機的當前飛行速度S，其中，W是螺旋槳動力裝置發出的推力，u是螺旋槳效率。
可選地，通過無人機搭載的定位裝置對無人機進行定位，根據定位結果估算出當前位置到出發點的距離D；或者，根據無人機與無人機遙控設備之間的無線信號的強度估算出當前位置到出發點的距離D。
根據本發明的第二方面，提供了一種無人機的安全返回控制方法，包括根據前述任一項所述的安全返回電壓的設置方法，以及以下步驟：
判斷電池的當前電壓是否小於等於所述安全返回電壓，如果電池的當前電壓小於等於所述安全返回電壓，則控制無人機自動進行返回。
根據本發明的第三方面，提供了一種無人機的安全返回電壓設置模塊，包括以下單元：
飛行速度計算單元，用於計算無人機的當前飛行速度S；
飛行距離計算單元，用於計算當前位置到出發點的距離D；
返回時間計算單元，用於根據所述當前飛行速度S和所述當前位置到出發點的距離D計算無人機返回出發點所需的時間T，其中，
安全返回功率計算單元，用於計算無人機安全返回出發點所需的安全返回功率P，其中，p(t)為電池瞬時功率，v(t)是電池瞬時電壓，i(t)是電池瞬時電流，t為時間；
安全返回電壓計算單元，用於根據所述安全返回功率P計算安全返回電壓V，其中，I為平均電流，
可選地，所述飛行速度計算單元，用於根據當前環境溫度值和當前環境氣壓值計算發動機當前有效功率N，其中，N0是發動機地面有效功率，Param0和Param1為發動機校準參數，PH是當前環境氣壓值，P0是地面環境氣壓值，Temp0是地面環境溫度值，TempH是當前環境溫度值；根據所述發動機當前有效功率N計算無人機的當前飛行速度S，其中，W是螺旋槳動力裝置發出的推力，u是螺旋槳效率。
可選地，所述飛行距離計算單元，用於根據無人機定位結果估算出當前位置到出發點的距離D，或者，根據無人機與無人機遙控設備之間的無線信號的強度估算出當前位置到出發點的距離D。
根據本發明的第四方面，提供了一種無人機的安全返回控制模塊，包括根據前述任一項所述的安全返回電壓設置模塊和控制模塊：
所述控制模塊，用於判斷電池的當前電壓是否小於等於所述安全返回電壓，如果電池的當前電壓小於等於所述安全返回電壓，則控制無人機自動進行返回。
根據本發明的第五方面，提供了一種無人機，包括根據前述任一項所述的安全返回控制模塊。
可選地，所述無人機還包括定位模塊和驅動系統控制模塊；
所述定位模塊，用於對無人機進行定位，並且將定位結果發送給所述安全返回控制模塊；
所述安全返回控制模塊，用於在電池的當前電壓小於等於所述安全返回電壓時，對所述驅動系統控制模塊進行控制，以控制無人機自動進行返回。
本發明的安全返回電壓的設置方案，可以依據無人機的狀態動態設置無人機的安全返回電壓，從而優化無人機最長飛行時間。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定。對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1示出了本發明實施例提供的無人機的安全返回電壓的設置方法的流程圖。
圖2示出了本發明實施例提供的無人機的安全返回電壓的設置模塊的框圖。
圖3示出了本發明實施例提供的無人機的控制系統的框圖。
具體實施方式
現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發明的範圍。
以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
對於相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
在這裡示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
參考圖1說明本發明實施例提供的無人機的安全返回電壓的設置方法。在無人機飛行過程中，實時記錄電池瞬時電壓v(t)和電池瞬時電流i(t)，無人機的安全返回電壓的設置方法包括以下步驟：
101、計算無人機的當前飛行速度S和當前位置到出發點的距離D。
102、根據所述當前飛行速度S和所述當前位置到出發點的距離D計算無人機返回出發點所需的時間T，其中，
103、計算無人機安全返回出發點所需的安全返回功率P，其中，p(t)為電池瞬時功率，v(t)是電池瞬時電壓，i(t)是電池瞬時電流，t為時間。
104、根據所述安全返回功率P計算安全返回電壓V，其中，I為平均電流，
在一個實施例中，為了計算無人機的當前飛行速度S，可以在無人機飛行過程中利用傳感器等裝置採集無人機所在環境的環境溫度值和環境氣壓值，步驟101計算無人機的當前飛行速度S包括以下步驟1011-1012：
1011、根據當前環境溫度值和當前環境氣壓值計算發動機當前有效功率N，其中，N0是發動機地面有效功率，Param0和Param1為發動機校準參數，PH是當前環境氣壓值，P0是地面環境氣壓值，Temp0是地面環境溫度值，TempH是當前環境溫度值。
1012、根據所述發動機當前有效功率N計算無人機的當前飛行速度S，其中，W是螺旋槳動力裝置發出的推力，u是螺旋槳效率。
在一個實施例中，步驟101計算無人機當前位置到出發點的距離D，可以通過無人機搭載的定位裝置對無人機進行定位，根據定位結果估算出當前位置到出發點的距離D。在另一個實施例中，步驟101計算無人機當前位置到出發點的距離D，可以根據無人機與無人機遙控設備之間的無線信號的強度估算出當前位置到出發點的距離D，例如根據無人機與無人機遙控設備之間的WIFI信號的強度估算出當前位置到出發點的距離D。
在上述無人機的安全返回電壓的設置方法的基礎上，本發明還提出了一種無人機的安全返回控制方法，判斷電池的當前電壓是否小於等於所述安全返回電壓，如果電池的當前電壓小於等於所述安全返回電壓，則控制無人機自動進行返回。也就是說，當電池電壓小於等於安全返回電壓時，就會啟動無人機飛行返回保護機制，控制無人機自動進行返回。在一個實施例中，可以根據定位模塊提供的無人機當前位置，規劃無人機返迴路徑，例如，規劃無人機保持水平高度向出發點位置飛，途中利用無人機的避障算法避開障礙物，在無人機到達出發點上空時，再控制無人機降落到地面。
對於本領域技術人員來說，可以通過硬體方式、軟體方式或軟硬體結合的方式實現前述無人機的安全返回電壓的設置方法和無人機的安全返回控制方法。基於同一發明構思，參考圖2說明本發明實施例提供的無人機的安全返回電壓的設置模塊。
無人機的安全返回電壓的設置模塊，包括以下單元：
飛行速度計算單元11，用於計算無人機的當前飛行速度S
飛行距離計算單元12，用於計算當前位置到出發點的距離D；
返回時間計算單元13，用於根據所述當前飛行速度S和所述當前位置到出發點的距離D計算無人機返回出發點所需的時間T，其中，
安全返回功率計算單元14，用於計算無人機安全返回出發點所需的安全返回功率P，其中，p(t)為電池瞬時功率，v(t)是電池瞬時電壓，i(t)是電池瞬時電流，t為時間；
安全返回電壓計算單元15，用於根據所述安全返回功率P計算安全返回電壓V，其中，I為平均電流，
在一個實施例中，飛行速度計算單元11，用於根據當前環境溫度值和當前環境氣壓值計算發動機當前有效功率N，其中，N0是發動機地面有效功率，Param0和Param1為發動機校準參數，PH是當前環境氣壓值，P0是地面環境氣壓值，Temp0是地面環境溫度值，TempH是當前環境溫度值；根據所述發動機當前有效功率N計算無人機的當前飛行速度S，其中，W是螺旋槳動力裝置發出的推力，u是螺旋槳效率。
在一個實施例中，飛行距離計算單元12，用於根據無人機定位結果估算出當前位置到出發點的距離D，或者，根據無人機與無人機遙控設備之間的無線信號的強度估算出當前位置到出發點的距離D。
本發明還提出了一種安全返回控制模塊，包括上述安全返回電壓的設置模塊和控制模塊，所述控制模塊，用於判斷電池的當前電壓是否小於等於所述安全返回電壓，如果電池的當前電壓小於等於所述安全返回電壓，則控制無人機自動進行返回。
基於同一發明構思，參考圖3說明本發明實施例提供的無人機的控制系統，包括驅動系統控制模塊21、控制權管理模塊22、飛行控制模塊23、安全返回控制模塊24、定位模塊25、通信模塊26、以及傳感器模塊27。
驅動系統控制模塊21，用來控制無人機的馬達來驅動螺旋槳動作，以控制無人機進行例如加速、減速、拐彎、升空或降落等操作。
定位模塊25，用於對無人機進行定位，並且將定位結果發送給安全返回控制模塊24。
WIFI模塊26，用於和無人機遙控設備進行通信，安全返回控制模塊24可以利用無人機與無人機遙控設備之間的WIFI信號的強度估算出無人機的當前位置到出發點的距離D。
傳感器模塊27，可以包括溫度傳感器和氣壓傳感器，將環境溫度值和環境氣壓值發送給安全返回控制模塊24。
飛行控制模塊23，是無人機在正常飛行模式下的主控置系統，在正常飛行模式下，飛行控制模塊23通過控制權管理模塊22來控制驅動系統控制模塊21，從而控制馬達來驅動螺旋槳動作。
安全返回控制模塊24，用於按照前述方法動態設定安全返回電壓，以及當電池的當前電壓小於等於安全返回電壓時，通過控制權管理模塊22來來控制驅動系統控制模塊21，以控制無人機自動進行返回。安全返回控制模塊24，還可以利用定位模塊25的定位結果，規劃返迴路徑，以便無人機可以安全返回；
本發明的安全返回電壓的設置方案和無人機安全返回方案，可以動態設置無人機的安全返回電壓，當電池的當前電壓小於等於安全返回電壓時，控制無人機自動進行返回，如此一方面既可以達到低電壓安全返回保護機制，又可以優化無人機最長飛行時間。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。