一种垂直起落无人机的控制方法及系统

所属的技术人员知道，本技术可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本技术还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。在此基础上，可以对本技术进行多种替换和改进，这些均落入本技术的保护范围内。

背景技术：

1、垂直起落无人机，在技术上存在一些缺点。这些缺点主要源于其独特的设计和功能需求，主要有：

2、1.续航时间和巡航速度受限

3、续航时间较短：垂直起降需要消耗大量能量，这限制了无人机的航程。由于电池的能量存储和快速消耗问题，垂直起降固定翼无人机的续航时间相对较短，无法与传统固定翼无人机相比。

4、巡航速度较低：为了保持垂直起降和悬停的能力，无人机在设计上需要兼顾垂直起降系统和飞行系统，这可能导致其飞行速度和机动能力无法与单一功能的飞机相比。

5、2.载荷能力较小

6、有效载荷能力有限：由于垂直起降固定翼无人机需要携带额外的垂直起降系统和控制部件，这增加了无人机的整体重量，从而限制了其有效载荷能力。在需要携带较重设备或物资的任务中，这种限制可能尤为明显。

7、3.抗风能力较差

8、抗风性能不足：垂直起降固定翼无人机在设计和结构上可能相对复杂，这可能导致其在面对强风等恶劣天气条件时，抗风能力相对较差。这可能会影响无人机的稳定性和安全性。

9、4.设计复杂性和维护成本

10、设计复杂：垂直起降固定翼无人机需要同时满足垂直起降和固定翼飞行的需求，这增加了设计的复杂性。无人机需要更多的控制面、电机、传感器等部件来实现这些功能，这可能导致设计方案的复杂化和生产成本的增加。

11、维护成本高：由于设计复杂和部件众多，垂直起降固定翼无人机的维护成本也相对较高。这包括定期的检查、维修和更换部件等费用。

12、因此，亟需发明一种垂直起落无人机的控制方法及系统，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种垂直起落无人机的控制方法及系统，用以实现垂直起落无人机的有效控制，降低了垂直起落无人机控制系统的复杂性和维护成本。

2、第一方面，提供了一种垂直起落无人机的控制方法，包括以下步骤：

3、利用垂直/平飞飞行状态转换模块，对垂直起落无人机进行垂直飞行状态向水平飞行状态的转换，或者对垂直起落无人机进行水平飞行状态向垂直飞行状态的转换；

4、利用风向检测模块，在悬停飞行/位置控制的模式下将所述垂直起落无人机的机头调整到与风向垂直的角度，对所述垂直起落无人机的稳定性进行提高。

5、在上述技术方案中，通过利用垂直/平飞飞行状态转换模块，对垂直起落无人机进行垂直飞行状态向水平飞行状态的转换，或者对垂直起落无人机进行水平飞行状态向垂直飞行状态的转换；利用风向检测模块，在悬停飞行/位置控制的模式下将所述垂直起落无人机的机头调整到与风向垂直的角度，对所述垂直起落无人机的稳定性进行提高；实现了垂直起落无人机的有效控制，降低了垂直起落无人机控制系统的复杂性和维护成本。

6、在一个具体可实施方案中，还包括：

7、利用精准定位与避障模块，对所述垂直起落无人机进行位置的预测和定位，以及对障碍物进行判定并躲避。

8、在一个具体可实施方案中，对垂直起落无人机进行垂直飞行状态向水平飞行状态的转换的步骤，具体为：

9、首先对所述垂直起落无人机进行减速；

10、然后所述垂直起落无人机的副翼升高，使所述垂直起落无人机获得低头力矩，并在所述低头力矩的作用下使所述垂直起落无人机开始倾斜加速，

11、直到所述垂直起落无人机的俯仰角度满足水平飞行状态的要求并且所述垂直起落无人机的空速满足水平飞行最低空速，则完成垂直状态待水平飞行状态的转换。

12、在一个具体可实施方案中，利用风向检测模块，在悬停飞行/位置控制的模式下将所述垂直起落无人机的机头调整到与风向垂直的角度，对所述垂直起落无人机的稳定性进行提高的步骤，包括：

13、通过跟踪推力矢量的方向，对风向进行估算。

14、在一个具体可实施方案中，对风向进行估算的步骤，具体为：

15、使用惯性测量传感器，经机载状态估计模块计算出所述垂直起落无人机的当前姿态，

16、判断无人机控制器设定姿态的角度和所述当前姿态的角度的之间差异；

17、计算达到所述设定姿态的角度的推力方向，并将推力方向的反方向估算为风向；

18、利用所述风向检测模块，控制将所述垂直起落无人机的航向转向所述估算风向的偏航速率。

19、在一个具体可实施方案中，所述垂直起落无人机当前姿态包括俯仰角、横滚角、偏航角。

20、在一个具体可实施方案中，利用精准定位与避障模块，对所述垂直起落无人机进行位置的预测和定位，以及对障碍物进行判定并躲避的步骤，具体为：

21、利用实时动态测量模块，对所述垂直起落无人机进行位置的预测和定位；

22、利用测距传感器，感知所述垂直起落无人机与外部环境之间的相对距离，对障碍物进行判定；

23、利用避障模块，对导航路径进行重新规划，对障碍物进行躲避。

24、第二方面，提供了一种垂直起落无人机的控制系统，包括：

25、垂直/平飞飞行状态转换模块，用于对垂直起落无人机进行垂直飞行状态向水平飞行状态的转换，或者对垂直起落无人机进行水平飞行状态向垂直飞行状态的转换；

26、风向检测模块，用于在悬停飞行/位置控制的模式下将所述垂直起落无人机的机头调整到与风向垂直的角度，对所述垂直起落无人机的稳定性进行提高。

27、在上述技术方案中，通过利用垂直/平飞飞行状态转换模块，对垂直起落无人机进行垂直飞行状态向水平飞行状态的转换，或者对垂直起落无人机进行水平飞行状态向垂直飞行状态的转换；利用风向检测模块，在悬停飞行/位置控制的模式下将所述垂直起落无人机的机头调整到与风向垂直的角度，对所述垂直起落无人机的稳定性进行提高；实现了垂直起落无人机的有效控制，降低了垂直起落无人机控制系统的复杂性和维护成本。

28、在一个具体可实施方案中，还包括：

29、精准定位与避障模块，用于对所述垂直起落无人机进行位置的预测和定位，以及对障碍物进行判定并躲避。

30、在一个具体可实施方案中，所述精准定位与避障模块包括：

31、实时动态测量模块，用于对所述垂直起落无人机进行位置的预测和定位；

32、测距传感器，用于感知所述垂直起落无人机与外部环境之间的相对距离，对障碍物进行判定；

33、避障模块，用于对导航路径进行重新规划，对障碍物进行躲避。