[发明专利]一种小型无人直升机飞行控制方法

摘要

本发明公开了一种小型无人直升机飞行控制方法，包括飞行执行单元、状态传感器单元、降落伞单元、飞行控制单元、地面控制终端及遥控器单元，能够实现避障飞行；降落避水面；飞行姿态自适应控制；动力监测；发动机熄火自动开伞；飞控板控制飞行；信号板产生飞行轨迹等。本发明能够提高小型无人直升机的自适应避障飞行能力，使其能在超视距范围内根据预置指令工作，并在突遇发动机空中熄火时能够利用降落伞缓慢降落，保护无人直升机不被损坏，同时在降落时能自动避开水面降落。

主权项

一种小型无人直升机飞行控制方法，其特征在于通过小型无人直升机飞行控制系统来实现飞行控制过程，该小型无人直升机飞行控制方法包括飞行执行单元、状态传感器单元、降落伞单元、飞行控制单元、地面控制终端及遥控器单元，飞行执行单元包括升降舵机（17‑1）、左副翼舵机（17‑2）、右副翼舵机（17‑3）、尾舵机（17‑4）、油门舵机（17‑5）、右油箱（25）、发动机（26）、舵机电池（18‑2）；状态传感器单元包括激光测距传感器（1）、CCD摄像头（2）、图像处理单元（2‑1）、超声波测距传感器（3）、方位角速率传感器（5‑1）、俯仰角速率传感器（5‑2）、横滚角速率传感器（5‑3）、俯仰/横滚角度传感器（6）、电子罗盘（7）、GPS（8）、高度计（9）、测速传感器（14）、油量传感器（15）、缸温传感器（16）；降落伞单元由降落伞盒（4）组成；飞行控制单元包括飞控板（10）、飞控板蓝牙模块（10‑1）、信号板（11）、数传电台（12）、遥控接收机（13）和控制电池（18‑1）；无人直升机操作员闭合地面控制终端（19）电源开关后，在地面控制终端（19）的电子地图显示界面上设置无人直升机的飞行轨迹航点参数；通过地面数传电台（19‑1）将所有飞行轨迹航点参数传输至无人直升机上数传电台（12）；数传电台（12）与信号板（11）相连，信号板（11）将地面控制终端（19）发送来的飞行轨迹航点参数存贮在飞行参数单元内；信号板（11）定时将各航点经度、纬度解算成以地理正北为0°，北——东——南——西——北为0°～360°的飞行航向角H_A，并存贮在飞行参数单元内，信号板（11）定时采样GPS（8）、高度计（9），得到无人直升机经度、纬度即得到无人直升机的航点序号，根据GPS（8）、高度计（9）的值得到无人直升机的高度与航点高度的差值△H；飞控板（10）定时从信号板（11）得到飞行轨迹航点参数；飞控板（10）定时采样方位角速率传感器（5‑1）、俯仰角速率传感器（5‑2）、横滚角速率传感器（5‑3）值并对采样值积分累加得到飞行方位角S_A、飞行俯仰角S_E、飞行横滚角S_R、将飞行方位角S_A与飞行航向角HA比较得到无人直升机是否偏航，将飞行俯仰角S_E、飞行横滚角S_R与飞行状态比较得到无人直升机是否纵倾、侧倾，根据△H确定无人直升机对否爬升/或下降，飞控板（10）控制左副翼舵机（17‑2）、右副翼舵机（17‑3）、升降舵机（17‑1）、尾舵机（17‑4）动作，使无人直升机按航点轨迹飞行，同时判断方位/俯仰/横滚角速率传感器（5‑1、5‑2、5‑3）是否有输出，控制升降/左/右副翼/尾舵机（17‑1、17‑2、17‑3、17‑4）向方位/俯仰/横滚角速率传感器（5‑1、5‑2、5‑3）反向的方向转动一个小角度，使无人直升机机身保持平衡不晃动、不抖动；飞控板（10）定时采样俯仰/横滚角度传感器（6），在判断无人直升机机身平衡时，利用俯仰/横滚角度传感器（6）、电子罗盘（7）的值对方位速率传感器（5‑1）、俯仰速率传感器（5‑2）、横滚速率传感器（5‑3）的积分值S_A、S_E、S_R进行“清零”，使S_A=电子罗盘输出值，S_E/S_R=俯仰/横滚角度传感器输出值；使上述三个角速率传感器的积分值真实反映无人直升机的飞行方位角、飞行俯仰角、飞行横滚角，无人直升机在前进飞行时，飞控板（10）定时采样激光测距传感器（1）、CCD摄像头（2），判断飞行前方是否有障碍物，若飞行前方有障碍物则执行避障飞行；无人直升机在下降飞行时，飞控板（10）定时采样激光测距传感器（1）、超声波测距传感器（3），判断无人直升机下方是否为水面，若无人直升机下方是水面则执行避水面降落飞行；飞控板（10）定时采样测速传感器（14），判断发动机（26）是否滑车不转，一旦检测确认发动机（26）停转，则中断请求信号板（11）得到无人直升机的高度值，若无人直升机在设定值以下，控制飞控板蓝牙模块（10‑1）发出开伞指令，降落伞盒（4）内伞蓝牙模块（4‑2）收到开伞指令，控制电磁锁（4‑11）打开降落伞盒盖板（4‑9）使引导伞（4‑7）与主伞（4‑8）弹出降落伞盒外，迫使无人直升机缓缓下降，保证无人直升机落地时安全；信号板（11）定时采样油量传感器，判断油量是否支持无人直升机返航，若油量到达临界值则中断请求飞控板（10）使无人直升机返航飞行；信号板（11）定时采样缸温传感器（16），判断发动机缸温是否正常，若确认缸温超过临界值，则中断请求飞控板（10）使无人直升机降落；飞控板（10）定时将无人直升机姿态参数通过232串口传输至信号板（11）；信号板（11）定时将飞控板（10）传输至无人直升机的姿态参数及无人直升机高度、经度、纬度、油量、缸温参数通过数传电台（12）、地面数传电台（19‑1）传输至地面控制终端（19），并在地面控制终端（19）的电子地图显示界面上显示上述参数；无人直升机操作员通过地面控制终端（19）在数传电台（12）、地面数传电台（19‑1）的有效通信距离内，对无人直升机的飞行轨迹航点参数进行修改，使无人直升机按新飞行轨迹飞行；操作员在遥控接收机（13）的有效作用范围内，对无人直升机的飞行状态自动/遥控进行切换。