本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，無人機(jī)的市場蓬勃發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。不論是農(nóng)業(yè)植保、電力巡檢、森林防火還是海事搜救，無人機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)在眾多傳統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

而在無人機(jī)產(chǎn)品的日常使用中，經(jīng)常會遇到起飛環(huán)境惡劣，如地面不平整或者地面風(fēng)速較大等情況，使得飛機(jī)起飛困難或者起飛失敗，大大限制了無人機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用場景及市場空間。

當(dāng)前市場中絕大部分的無人機(jī)產(chǎn)品提供兩種主流的操作模式：遙控器手動和地面站自動。

手動模式主要依賴于飛手的個人操作，遙控器的輸入信號直接決定了飛機(jī)油門的大小，在起飛過程中，手動操作需要在短時間內(nèi)給飛機(jī)一個很大的油門，這樣容易造成誤操作，給多少油門也是根據(jù)飛手自身的經(jīng)驗(yàn)水平來，油門給小了則無法起飛，在地面不平的情況下，飛機(jī)還容易出現(xiàn)側(cè)翻或者側(cè)滑等危險狀況，油門如果給的過大，那么起飛后，需要額外的操作來讓飛機(jī)油門以及高度回歸到正常水平，容易造成飛機(jī)高度上下劇烈起伏乃至直接觸地引起飛機(jī)起落部分損毀。

而在市場中較流行的是自動模式，該自動模式給飛機(jī)預(yù)定一個期望高度，然后逐漸的加大油門直到飛機(jī)離開地面，此種方法在剛剛開始啟動油門的還未離開地面的過程中，容易出現(xiàn)側(cè)滑或者側(cè)翻等危險狀況。因此，一般采用的是讓飛手手動讓飛機(jī)起飛后再切換成自動控制，而手動模式也存在前段所述一些問題，并且自動模式實(shí)質(zhì)上為半自動模式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種能夠使得無人機(jī)在惡劣的環(huán)境中快速安全的起飛，能夠避免無人機(jī)在離開地面時出現(xiàn)側(cè)滑、側(cè)翻的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)，其特征在于，包括：控制部，包含：用于設(shè)定控制信號的設(shè)定單元、以及用于發(fā)送起飛信號和控制信號的第一通信單元；以及飛行控制部，包含：存儲單元、與無人機(jī)上的空速管相連接用于采集無人機(jī)的豎直方向的豎直速度的采集單元、比較單元、微控單元、以及與第一通信單元通信連接且用于接收和發(fā)送信號的第二通信單元，其中，存儲單元存儲有豎直速度的閾值、油門與時間的比例系數(shù)、無人機(jī)成功起飛后的懸停高度，比較單元用于將豎直速度與所述閾值進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果，微控單元用于根據(jù)起飛信號和控制信號控制無人機(jī)的起飛和飛行，在起飛階段，微控單元不執(zhí)行所述控制部發(fā)送的控制信號，微控單元根據(jù)起飛信號控制產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)翼啟動，并根據(jù)比例系數(shù)控制油門隨著時間正比例增加，并根據(jù)比較結(jié)果控制油門停止隨時間正比例增加，控制無人機(jī)懸停，結(jié)束起飛階段，然后，微控單元根據(jù)控制信號控制無人機(jī)飛行。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，比較結(jié)果包含：豎直速度大于等于閾值，以及豎直速度小于閾值，當(dāng)比較結(jié)果為所述豎直速度小于閾值時，微控單元控制油門隨時間正比例增加；當(dāng)比較結(jié)果為豎直速度大于等于閾值時，微控單元控制油門停止隨時間正比例增加。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，旋轉(zhuǎn)翼的電機(jī)與電子速度控制器相連接，微控單元將油門大小信號發(fā)送到電子速度控制器，電子速度控制器根據(jù)接收的油門大小信號控制旋轉(zhuǎn)翼的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，在起飛階段控制部僅作為開關(guān)。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，控制部為遙控器或地面站，當(dāng)控制部為遙控器時，設(shè)定單元包含遙控器的油門操作桿。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)控制部為遙控器時，在起飛階段，當(dāng)將所述控制部的油門操作桿撥到60％以上時，遙控器向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送起飛控制信號，若否，遙控器不發(fā)送起飛信號。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)控制部為遙控器時，在豎直速度大于等于閾值后，無人機(jī)懸停前，將油門操作桿撥到50％處。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，當(dāng)控制部為地面站時，微控單元控制無人機(jī)飛到懸停高度處懸停。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，存儲單元還用于存儲油門的期望值。

進(jìn)一步，在本發(fā)明提供的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，在豎直速度大于等于閾值后，無人機(jī)懸停前，油門根據(jù)以下方法計算:

thrust_int＝thrust_sum-P*|V_Z|

其中，thrust_int為油門積分量，thrust_sum為隨時間線性增加得到的油門期望值，P為控制部控制無人機(jī)飛行時，飛行控制部控制的比例系數(shù)，|V_Z|為豎直方向速度的絕對值。

本發(fā)明提供了如下優(yōu)點(diǎn)：

根據(jù)本發(fā)明所涉及的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)，因?yàn)榇鎯卧鎯τ胸Q直速度的閾值、油門與時間的比例系數(shù)、無人機(jī)成功起飛后的懸停高度，采集單元能夠采集無人機(jī)的豎直速度，比較單元能夠?qū)⒇Q直速度與閾值進(jìn)行比較，微控單元根據(jù)起飛信號控制產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)翼啟動，根據(jù)所述比例系數(shù)控制油門隨著時間正比例增加，并根據(jù)比較單元的比較結(jié)果控制油門是否停止增加，從而使得無人機(jī)能夠迅速獲得一個豎直向上的速度，在短時間內(nèi)離開地面，所以，本發(fā)明的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)能夠使得無人機(jī)在惡劣的環(huán)境中快速安全的起飛且能夠避免無人機(jī)在離開地面時出現(xiàn)側(cè)滑、側(cè)翻,使得無人機(jī)更容易操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中操縱垂直起飛無人機(jī)輔助起飛的流程圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中手動模式時油門期望值-時間曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)作具體闡述。

如圖1所示，垂直起飛無人機(jī)輔助起飛系統(tǒng)100包含：控制部10和飛行控制部20。

控制部10用于控制無人機(jī)飛行，控制部10為遙控器或地面站?？刂撇?0包含：設(shè)定單元11和第一通信單元12。

設(shè)定單元11用于設(shè)定控制信號?？刂菩盘柊簾o人機(jī)各旋轉(zhuǎn)翼啟動的方式、油門的大小等，用于控制無人機(jī)飛行的速度、懸停、俯沖等。第一通信單元12用于與飛行控制部20通信連接，向無人機(jī)發(fā)送起飛信號和控制信號。

飛行控制部20用于控制無人機(jī)的電機(jī)的運(yùn)行，飛行控制部20安裝在無人機(jī)的機(jī)身內(nèi)，飛行控制部20包含：采集單元21、存儲單元22、比較單元23、微控單元24和第二通信單元25。

第一通信單元14與第二通信單元25通信連接，控制部10和飛行控制部20通過第一通信單元14和第二通信單元23實(shí)現(xiàn)信號的相互傳遞。

采集單元21與無人機(jī)的空速管相連接，用于采集無人機(jī)豎直方向的豎直速度。

存儲單元22用于存儲豎直速度的閾值、油門與時間的比例系數(shù)和無人機(jī)成功起飛后的懸停高度。

油門與時間的比例系數(shù)根據(jù)不同的機(jī)型調(diào)整。

比較單元23用于將采集單元21采集的豎直速度與存儲單元22存儲儲豎直速度的閾值進(jìn)行比較得到比較結(jié)果。比較結(jié)果包含兩種情況：豎直速度大于等于閾值，以及豎直速度小于閾值。在信號傳遞中，可以令豎直速度大于等于閾值為“0”，豎直速度小于閾值為“1”。

微控單元24用于根據(jù)起飛信號和控制信號控制無人機(jī)的起飛和飛行。

飛行控制部20與電子速度控制器相連接，旋轉(zhuǎn)翼的電機(jī)與電子速度控制器相連接，微控單元24將油門大小信號發(fā)送到電子速度控制器，電子速度控制器根據(jù)接收的油門大小信號控制旋轉(zhuǎn)翼的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

控制部10向飛行控制部20發(fā)送起飛信號，進(jìn)入起飛階段，在起飛階段微控單元24不執(zhí)行控制部10發(fā)送的控制信號，微控單元24控制產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)翼啟動，并根據(jù)油門與時間的比例系數(shù)控制油門隨著時間正比例增加，并根據(jù)比較單元的比較結(jié)果判斷油門是否繼續(xù)隨時間正比例增加，當(dāng)微控單元24接收到比較單元發(fā)送的信號為“1”，即豎直速度小于閾值時，油門繼續(xù)隨時間正比例增加，當(dāng)微控單元24接收到比較單元發(fā)送的信號為“0”，即豎直速度大于等于閾值時，油門停止增加，微控單元24控制無人機(jī)懸停，結(jié)束起飛階段，然后，微控單元24根據(jù)控制部10發(fā)送的控制信號控制無人機(jī)飛行。

如圖2所示，操作垂直起飛無人機(jī)彈跳式輔助起飛時的流程如下：

步驟S1，解鎖無人機(jī)，使無人機(jī)處于怠速狀態(tài)，無人機(jī)進(jìn)入起飛階段，根據(jù)控制部的類型向無人機(jī)發(fā)送起飛控制信號。

步驟S1-1，當(dāng)控制部為遙控器，選用手動模式時，將遙控器上的油門操作桿撥到60％以上的位置，遙控器即向無人機(jī)發(fā)送起飛信號。在起飛階段，遙控器上的油門操作桿不控制無人機(jī)油門大小，僅作為開關(guān)使用，只控制起飛信號發(fā)送與否，即當(dāng)油門操作桿低于60％的位置，不發(fā)送起飛信號，高于60％以上的位置發(fā)送起飛信號。油門的大小由微控制單元控制。

步驟S1-2，當(dāng)控制部為地面站，當(dāng)選用自動模式時，地面站直接發(fā)送起飛信號。在起飛階段，地面站不控制無人機(jī)油門大小，僅作為開關(guān)使用，只控制起飛信號發(fā)送與否。油門的大小由微控制單元控制。

步驟S2，飛行控制部控制無人機(jī)產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)動，控制無人機(jī)的油門隨著時間逐漸變大，其中，如圖3所示，油門的期望值(油門的大小)與時間呈正比例關(guān)系。

其中，產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)翼所產(chǎn)生的合力僅在豎直方向，沒有水平方向的分力。即當(dāng)沒風(fēng)時，無人機(jī)水平方向的速度相對于地面為0，當(dāng)有風(fēng)時，無人機(jī)受風(fēng)力的影響在水平方向會有一定速度。

步驟S3，比較單元將無人機(jī)的豎直方向的豎直速度與閾值進(jìn)行比較，如果豎直速度小于閾值，則微控單元控制油門繼續(xù)隨時間增加，否則，控制油門停止隨時間正比例增加，進(jìn)入下一步驟。存儲單元將此時的油門的大小進(jìn)行存儲。

其中，當(dāng)無人機(jī)處于起飛階段時，無人機(jī)不接收除了起飛控制信號的任何控制信號。

步驟S4，無人機(jī)懸停，進(jìn)入飛行階段，無人機(jī)根據(jù)飛行控制信號飛行。

當(dāng)控制部為遙控器，選用手動模式時，在豎直速度大于等于閾值后，無人機(jī)懸停前，將油門操作桿撥到50％處。即操作者觀察到無人機(jī)不再迅速上升時，將油門操作桿拉回50％的位置，當(dāng)無人機(jī)豎直方向的速度降為0時，即可保持此高度懸停。

當(dāng)控制部為地面站，選用自動模式時，微控單元24控制無人機(jī)飛到存儲單元存儲的懸停高度處懸停。

在豎直速度大于等于閾值后，無人機(jī)懸停前，為保證油門和豎直速度保持連續(xù)，微控單元24根據(jù)以下計算方法對油門的大小進(jìn)行控制:

thrust_int＝thrust_sum-P*|V_Z|

其中，thrust_int為油門積分量，thrust_sum為隨時間線性增加得到的油門期望值，P為控制部控制無人機(jī)飛行時，飛行控制部控制的比例系數(shù)，|V_Z|為豎直方向速度的絕對值。

當(dāng)豎直速度大于等于閾值后，油門開始響應(yīng)遙控器的控制，此時因?yàn)閼T性豎直速度繼續(xù)增大，豎直速度增大的最大值約為兩倍的豎直速度的閾值，然后豎直速度開始減小，直到完全響應(yīng)遙控器的控制。

V_zmax＝2*V_limit

其中，V_zmax為豎直方向的速度值，V_limit為豎直速度的閾值。

無人機(jī)進(jìn)入飛行階段，根據(jù)控制部10發(fā)送的飛行控制信號飛行。

在飛行階段，當(dāng)遙控器控制無人機(jī)飛行時，油門操作桿在50％的位置，則無人機(jī)懸停，高于50％無人機(jī)向上飛行，低于50％無人機(jī)向下飛行。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。