一种油电混动多旋翼无人机控制方法与流程

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种油电混动多旋翼无人机控制方法。

背景技术：

油动多旋翼无人机能够有效提升无人机的载重量和续航时间，然而燃油驱动螺旋桨的响应时间较慢，对无人机的灵活性及操控性有一定的影响。因此，目前市场上也出现了一些以燃油驱动螺旋桨和电动螺旋桨作为混合动力的无人机，燃油驱动螺旋桨用于提供飞行用升力，电动螺旋桨用于控制飞行。但此类控制方式仍存在不足，例如，当燃油驱动螺旋桨或电动螺旋桨出现故障时，无法提供足够的控制操作的冗余度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种油电混动多旋翼无人机控制方法，能够安全有效应对燃油驱动螺旋桨或电动螺旋桨的故障状态，提高无人机控制的冗余度。

为实现上述目的，本发明提供一种油电混动多旋翼无人机控制方法，油电混动多旋翼无人机包括多对以所述机身为中点中心对称连接于所述机身的机臂；任一所述机臂的中部设有燃油驱动螺旋桨、末端设有电动螺旋桨；

所述方法包括：

检测所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨的工作状况；

在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的所述燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率。

优选地，所述机臂的数量为两对；所述在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率的步骤包括：

检测到仅一个所述燃油驱动螺旋桨故障停止时，关闭与故障的燃油驱动螺旋桨位于同一直线的另一所述燃油驱动螺旋桨，且提高与故障的所述燃油驱动螺旋桨位于同一直线的两个所述电动螺旋桨的功率，同时提高另一直线的两个所述燃油驱动螺旋桨的功率，且关闭另一直线的两个所述电动螺旋桨。

优选地，所述机臂的数量为两对；所述在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率的步骤包括：

检测到一条直线的两个所述燃油驱动螺旋桨均故障停止时，提高与故障的所述燃油驱动螺旋桨位于同一直线的两个所述电动螺旋桨的功率，同时提高另一直线的两个所述燃油驱动螺旋桨的功率，且关闭另一直线的两个所述电动螺旋桨。

优选地，所述机臂的数量为两对；所述在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率的步骤包括：

检测到两条直线分别仅一个所述燃油驱动螺旋桨故障停止时，提高未故障的两个所述燃油驱动螺旋桨的功率，提高与故障的所述燃油驱动螺旋桨位于同一所述机臂的两个所述电动螺旋桨，且关闭与未故障的所述燃油驱动螺旋桨位于同一所述机臂的所述电动螺旋桨。

优选地，所述机臂的数量为两对；所述在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率的步骤包括：

检测到三个所述燃油驱动螺旋桨故障停止时，提高未故障的所述燃油驱动螺旋桨的功率，且提高全部所述电动螺旋桨的功率。

优选地，所述机臂的数量为两对；所述在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率的步骤包括：

检测到一台所述电动螺旋桨故障停止时，调整与故障的所述电动螺旋桨位于同一所述机臂的所述燃油驱动螺旋桨的功率，以实现无人机平衡。

优选地，所述调整与故障的所述电动螺旋桨位于同一所述机臂的所述燃油驱动螺旋桨的功率，以实现无人机平衡的步骤具体包括：

按照故障的所述电动螺旋桨待提高的转速，以同一所述机臂的所述电动螺旋桨的力臂与所述燃油驱动螺旋桨的力臂之比为比例，提高同一所述机臂的所述燃油驱动螺旋桨的转速；

按照故障的所述电动螺旋桨待降低的转速，以同一所述机臂的所述电动螺旋桨的力臂与所述燃油驱动螺旋桨的力臂之比为比例，降低同一所述机臂的所述燃油驱动螺旋桨的转速。

优选地，所述方法还包括：

检测到全部所述燃油驱动螺旋桨和全部所述电动螺旋桨均未故障停止时，协调所述电动螺旋桨和所述燃油驱动螺旋桨实现飞行控制。

优选地，所述协调所述电动螺旋桨和所述燃油驱动螺旋桨实现飞行控制的步骤具体包括：

根据机身倾斜的控制信号，维持全部所述燃油驱动螺旋桨的转速不变，启动仅一个所述机臂的所述电动螺旋桨或启动相邻两个所述机臂的所述电动螺旋桨；

根据偏航的控制信号，启动同一直线上分别固定于不同所述机臂的全部所述电动螺旋桨；

根据机身升降的控制信号，启动全部所述电动螺旋桨并维持全部所述燃油驱动螺旋桨、以实现上升，或，停止全部所述电动螺旋桨并降低全部所述燃油驱动螺旋桨的转速、以实现下降；

根据变速的控制信号，控制机身倾斜后提高全部所述燃油驱动螺旋桨的转速、以实现水平加速，或，控制所述机身倾斜后降低全部所述燃油驱动螺旋桨的转速、以实现水平减速。

优选地，任一所述电动螺旋桨的最大拉力与任一所述燃油驱动螺旋桨的最大拉力之比设置为1:2。

相对于上述背景技术，本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法应用于油电混动多旋翼无人机。

所述油电混动多旋翼无人机包括多对以所述机身为中点中心对称连接于所述机身的机臂；任一所述机臂的中部设有燃油驱动螺旋桨、末端设有电动螺旋桨。

所述方法包括：检测所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨的工作状况；在所述燃油驱动螺旋桨和所述电动螺旋桨中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的所述燃油驱动螺旋桨和/或所述电动螺旋桨的功率。

该油电混动多旋翼无人机控制方法以油电混动多旋翼无人机为结构基础，通过获取飞行过程中燃油驱动螺旋桨和电动螺旋桨旋翼的故障情况，并根据不同的故障情况进行操作，或实现续航，或安全返航降落。在不同的飞行动作中，令燃油驱动螺旋桨和电动螺旋桨共同介入无人机的控制，为无人机提供充足的冗余度，实现控制效果的最优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在仅一个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；

图2为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在同一直线的两个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；

图3为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在相邻两个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；

图4为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在三个燃油驱动螺旋桨故障时实现旋降的操作示意图；

图5为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在全部燃油驱动螺旋桨故障时实现旋降的操作示意图；

图6为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在发动机故障时实现续航的操作示意图；

图7为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身向第一方向倾斜的操作示意图；

图8为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身向第二方向倾斜的操作示意图；

图9为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现偏航的操作示意图；

图10为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身上升的操作示意图；

图11为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身下降的操作示意图；

图12为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现水平加速飞行的操作示意图；

图13为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现水平减速飞行的操作示意图；

图14为本发明实施例所提供的第一种油电混动多旋翼无人机控制方法的流程示意图；

图15为本发明实施例所提供的第二种油电混动多旋翼无人机控制方法的流程示意图。

其中，1-机臂、2-燃油驱动螺旋桨、3-电动螺旋桨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图15，图1为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在仅一个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；图2为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在同一直线的两个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；图3为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在相邻两个燃油驱动螺旋桨故障时实现续航的操作示意图；图4为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在三个燃油驱动螺旋桨故障时实现旋降的操作示意图；图5为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在全部燃油驱动螺旋桨故障时实现旋降的操作示意图；图6为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在发动机故障时实现续航的操作示意图；图7为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身向第一方向倾斜的操作示意图；图8为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身向第二方向倾斜的操作示意图；图9为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现偏航的操作示意图；图10为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身上升的操作示意图；图11为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现机身下降的操作示意图；图12为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现水平加速飞行的操作示意图；图13为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法实现水平减速飞行的操作示意图；图14为本发明实施例所提供的第一种油电混动多旋翼无人机控制方法的流程示意图；图15为本发明实施例所提供的第二种油电混动多旋翼无人机控制方法的流程示意图。

针对图1至图13，需要说明的是，附图中的叉号表示该结构因故障关停，禁止符号表示该结构被操作关停，竖直向上的实线箭头表示该结构提高转速和/或功率，竖直向下的实线箭头表示该结构降低转速和/或功率，沿机身对称轴分布的虚线表示机身倾斜时的旋转轴，与机身对称轴相交的虚线表示偏航时的预期航向，竖直向上的虚线箭头表示机身上升，竖直向下的虚线箭头表示机身下降，与机身倾斜方向相同的水平虚线箭头表示水平加速，与机身倾斜方向相反的水平虚线箭头表示水平减速。

本发明提供一种油电混动多旋翼无人机控制方法，油电混动多旋翼无人机包括多对以机身为中点中心对称连接于机身的机臂1；任一机臂1的中部设有燃油驱动螺旋桨2、末端设有电动螺旋桨3；该油电混动多旋翼无人机控制方法包括：

检测燃油驱动螺旋桨2和电动螺旋桨3的工作状况；

在燃油驱动螺旋桨2和电动螺旋桨3中的任意一个或多个发生故障时，调整未故障的燃油驱动螺旋桨2和/或电动螺旋桨3的功率。

至于检测燃油驱动螺旋桨2和电动螺旋桨3的工作状况，可以对燃油驱动螺旋桨2、电动螺旋桨3的电路信号进行监控，以燃油驱动螺旋桨2的电路信号或电动螺旋桨3的电路信号异常作为燃油驱动螺旋桨2故障或电动螺旋桨3故障的判断参数；还可以对每个燃油驱动螺旋桨2和每个电动螺旋桨3设置监控装置，在飞行过程中通过前述监控装置对全部燃油驱动螺旋桨2和全部电动螺旋桨3进行监控，一旦任一燃油驱动螺旋桨2或任意电动螺旋桨3发生故障，与之对应的监控装置将采集到的故障信号进行传输、存储乃至显示，以便后续操作。

其中，需要说明的是，上述燃油驱动螺旋桨2指的是任意一台燃油发动机及其所连接的螺旋桨，电动螺旋桨3指的是任意一台电动机及其所连接的螺旋桨，因此，燃油驱动螺旋桨2故障包括燃油发动机故障和螺旋桨故障，对于本领域而言，通常指燃油发动机故障。电动螺旋桨3同理。

综上，本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法以油电混动多旋翼无人机为结构基础，通过获取并调节燃油驱动螺旋桨2、电动螺旋桨3的工作状态应对无人机的故障飞行问题，令燃油驱动螺旋桨2和电动螺旋桨3共同介入无人机的控制，或实现正常续航，或实现安全旋降，为无人机提供充足的冗余度，实现控制效果的最优化。

下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法做更进一步的说明。

上述实施例中，燃油驱动螺旋桨2和/或电动螺旋桨3因故障而停止的位置和数量不同，后续的调整方式也不同，因此，以机身连接有四个中心对称设置的机臂1为例，本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法可包括以下几种具体实施例：

在第一种具体实施例中，仅一个燃油驱动螺旋桨2故障停止，此时，调节未故障的燃油螺旋桨和/或电动螺旋桨3的方法具体包括：

关闭与故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一直线的另一燃油驱动螺旋桨2，且提高与故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一直线的两个电动螺旋桨3的功率，同时提高另一直线的两个燃油驱动螺旋桨2的功率，且关闭另一直线的两个电动螺旋桨3。

可参照图1，图1为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在仅一个燃油驱动螺旋桨2故障时实现续航的操作示意图，图1中位于右下角的燃油驱动螺旋桨2因故障而停止运行，此时首先关停左上角的燃油驱动螺旋桨2，保证机沿右上角至左下角这一对称轴受力平衡，再提高右上角的燃油驱动螺旋桨2和左下角的燃油驱动螺旋桨2的功率，并关停右上角的电动螺旋桨3和左下角的电动螺旋桨3，避免机身偏转。

在第二种具体实施例中，一条直线的两个燃油驱动螺旋桨2均故障停止，此时，调节未故障的燃油螺旋桨和/或电动螺旋桨3的方法具体包括：

提高与故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一直线的两个电动螺旋桨3的功率，同时提高另一直线的两个燃油驱动螺旋桨2的功率，且关闭另一直线的两个电动螺旋桨3。

可参照图2，图2为本发明实施例所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法在同一直线的两个燃油驱动螺旋桨2故障时实现续航的操作示意图，图1中位于左上角的燃油驱动螺旋桨2和位于右下角的燃油驱动螺旋桨2因故障而关停，此时，机沿右上角至左下角这一对称轴已经维持受力平衡，仅需提高右上角的燃油驱动螺旋桨2和左下角的燃油驱动螺旋桨2的功率，并关停右上角的电动螺旋桨3和左下角的电动螺旋桨3，避免机身偏转。

无论是仅一个燃油驱动螺旋桨2因故障而停止后关停对角的燃油驱动螺旋桨2，还是同一直线的两个燃油驱动螺旋桨2均因故障而停止，以图1和图2为例，位于右上角和左下角的燃油驱动螺旋桨2可提升至最大功率，每个燃油驱动螺旋桨2产生约0.3g的升力，四台电动螺旋桨3中，右上角和左下角的电动螺旋桨3关停，左上角和右下角的电动螺旋桨3分别产生0.15g的升力，并在其附近微调、以保持无人机平衡。其中，g为油电混动多旋翼无人机的总重。

在第三种具体实施例中，两条直线分别仅一个燃油驱动螺旋桨2故障停止，此时，调节未故障的燃油螺旋桨和/或电动螺旋桨3的方法具体包括：

提高未故障的两个燃油驱动螺旋桨2的功率，提高与故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一机臂1的两个电动螺旋桨3，且关闭与未故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一机臂1的电动螺旋桨3。

可参考图3，左上角和左下角的燃油驱动螺旋桨2因故障而停止，此时，提高与故障的两台燃油驱动螺旋桨2位于同一机臂1的电动螺旋桨3至最大功率，也就是提高左上角和左下角的电动螺旋桨3至最大功率，前述两个电动螺旋桨3弥补了故障的两台燃油驱动螺旋桨2的升力，实现油电混动多旋翼无人机的续航。

在第四种具体实施例中，三个燃油驱动螺旋桨2故障停止，此时，调节未故障的燃油螺旋桨和/或电动螺旋桨3的方法具体包括：

提高未故障的燃油驱动螺旋桨2的功率，且提高全部电动螺旋桨3的功率。

可参考图4，左上角、左下角和右上角的燃油驱动螺旋桨2均因故障而停止，此时，提高与故障的燃油驱动螺旋桨2位于同一机臂1的电动螺旋桨3至最大功率，也就是提高左上角、左下角和右上角的电动螺旋桨3至最大功率，并提高右下角的燃油驱动螺旋桨2和电动螺旋桨3至最大功率，机身受力不平衡，最终旋转并下降，实现安全降落。

同理，图5为四台也即全部燃油驱动螺旋桨2故障时实现安全降落的操作方式。

在第五种具体实施例中，一台电动螺旋桨3故障停止，此时，调节未故障的燃油螺旋桨和/或电动螺旋桨3的方法具体包括：

调整与故障的电动螺旋桨3位于同一机臂1的燃油驱动螺旋桨2的功率，以实现无人机平衡。

可参考图6，图6中右下角的电动螺旋桨3因故障而停止，此时，提高右下角的燃油驱动螺旋桨2，令燃油驱动螺旋桨2的升力弥补故障的电动螺旋桨3的升力。

在第五种具体实施例中，可结合故障的电动螺旋桨3的原工作状态、电动螺旋桨3的力臂与燃油驱动螺旋桨2的力臂之比进行调节，例如，故障的电动螺旋桨3原本应当提高转速，则前述电动螺旋桨3故障后，按照其待提高的转速，以同一机臂1的电动螺旋桨3的力臂与燃油驱动螺旋桨2的力臂之比为比例，提高同一机臂1的燃油驱动螺旋桨2的转速；故障的电动螺旋桨3原本应当降低转速，则前述电动螺旋桨3故障后，按照其待降低的转速，以同一机臂1的电动螺旋桨3的力臂与燃油驱动螺旋桨2的力臂之比为比例，降低同一机臂1的燃油驱动螺旋桨2的转速。

上述任一实施例中，所采用的电动螺旋桨3和燃油驱动螺旋桨2可选型为二者的最大拉力之比为1:2。

在上述任一实施例的基础上，本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法还包括：

检测到全部燃油驱动螺旋桨2和全部电动螺旋桨3均未故障停止时，协调电动螺旋桨3和燃油驱动螺旋桨2实现飞行控制。简单来说，本发明在上述内容中具体阐述了如何在燃油驱动螺旋桨2和/电动螺旋桨3故障后控制该油电混动多旋翼无人机正常飞行或安全降落，而在以下实施例中具体阐述如何在全部燃油驱动螺旋桨2和全部电动螺旋桨3未故障时操作该油电混动多旋翼无人机。

由于该该油电混动多旋翼无人机在正常飞行时，接收到的控制信号可包括机身倾斜、偏航、机身升降、变速这四类。因此，在本发明所提供的另一种具体实施例中，

针对机身倾斜的控制信号，可参考7和图8，图7和图8中机身沿虚线所指示的方向为对称轴，对称轴的一侧向另一侧翻转，简单来说，机身绕对称轴旋转一定角度。

图7中全部燃油驱动螺旋桨2的转速不变，启动相邻两个机臂1的电动螺旋桨3，也就是图7中右上角和右下角的电动螺旋桨3，令虚线以右的半个机身向上抬升，而虚线以左的半个机身向下沉降，实现机身的倾斜。

图8中全部燃油驱动螺旋桨2的转速不变，启动仅一个机臂1的电动螺旋桨3，也就是图8中左上角的电动螺旋桨3，令虚线以左的半个机身向上抬升，而虚线以右的半个机身向下沉降，实现机身的倾斜。

针对偏航的控制信号，可参考图7和图9，其中，偏航可以理解为原本沿图7中虚线所指示的方向飞行的无人机，转而沿图9中虚线所指示的方向飞行。实现偏航的具体操作如图9所示，启动同一直线上分别固定于不同机臂1的全部电动螺旋桨3，也就是图9中左上角和右下角的电动螺旋桨3，令这两个电动螺旋桨3对机身产生力矩，使机身在飞行平面内旋转一定角度，实现航向从图7到图9的变化。

针对机身升降的控制信号，可参考图10和图11。图10表示机身上升时的具体操作，启动全部电动螺旋桨3并维持全部燃油驱动螺旋桨2。图11表示机身下降时的具体操作，停止全部电动螺旋桨3并降低全部燃油驱动螺旋桨2的转速。

针对变速的控制信号，可参考图12和图13。图12表示水平向左加速，操作包括控制机身倾斜，再提高全部燃油驱动螺旋桨2的转速。图13表示水平向右减速，操作包括控制机身倾斜，再降低全部燃油驱动螺旋桨2的转速。

在上述实施例中，实现机身倾斜的方式可以参考图7所示的操作方式实现，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的油电混动多旋翼无人机控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。