无人机的返航控制方法及装置、存储介质、电子设备
技术领域
本发明总体来说涉及一种无人机技术，具体而言，涉及一种无人机的返航控制方法及装置、存储介质、电子设备。
背景技术
随着无人机技术的发展和控制系统的逐渐成熟，越来越多的旋翼式无人机被用于物流、安防、植保、巡检等领域。以物流无人机为例，无人机在执行自主任务过程中，当遇到恶劣天气等特殊情况时，需要进行返航，保证无人机安全返回地面。
目前一般采由飞手(无人机操控人员)接管无人机，控制无人机降落到指定位置。当飞手接管无人机的瞬间容易出现速度突变而导致的飞行不稳定；此外，手动返航的有效控制距离受限于地面遥控器的通信距离，难以实现在需要进行返航时随时进行切换，也浪费了大量的人力物力。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明所要解决的一个技术问题为在切换返航模式后出现速度突变而导致的无人机飞行不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种无人机的返航控制方法，其包括：
响应于返航指令，以预设加速度将无人机的飞行速度降低到预设阈值以下；
控制无人机飞往指定位置，从所述指定位置进行垂直降落。
在本发明的一个实施例中，无人机的减速控制包括：
获取无人机的当前飞行速度，将期望速度设置成所述当前飞行速度；
均匀地降低无人机的期望速度直至无人机的实际飞行速度的值降低至预设阈值以下。
在本发明的一个实施例中，均匀降低无人机的期望速度直至无人机的实际速度的值降低至预设阈值以下，包括以下步骤：
步骤S121：以下列算式计算出v1的值，然后进入到步骤S122，
v1＝v0+a·Δt
其中，
v0为期望速度；
a为所述预设加速度；
Δt为一个期望速度调节周期的时长；
步骤S122：判断v1是否小于零，若是则进入步骤S124，否则进入到步骤S123；
步骤S123：将期望速度的数值设为v1，将期望速度的方向设置为与所述当前飞行速度的方向相同，进入到步骤S125；
步骤S124：将期望速度设置为零，进入到步骤S125；
步骤S125：获取无人机的所述实际飞行速度，判断该实际飞行速度是否在所述预设阈值以下，若是则停止减速控制，否则进入到步骤S121。
在本发明的一个实施例中，Δt的取值范围为0.0005～0.01s。
在本发明的一个实施例中，所述预设加速度的取值范围为大于等于-1.0m/s2且小于等于-5.0m/s2，所述预设阈值的取值范围为大于等于0.1m/s且小于等于0.5m/s。
在本发明的一个实施例中，控制无人机飞往指定位置包括以下步骤：
控制无人机按原路返回至原飞行线路的起始航点；
控制无人机从所述起始航点飞行沿直线飞行至所述指定位置，所述指定位置的经度等于无人机起飞位置的经度，所述指定位置的纬度等于无人机起飞位置的纬度，所述指定位置的海拔等于起始航点的海拔的位置。
在本发明的一个实施例中，控制无人机按原路返回至原飞行线路的起始航点的步骤包括：
获得原飞行线路中无人机已经通过的航点，控制无人机依次从最后通过的航点飞行至所述起始航点。
在本发明的一个实施例中，当无人机与地面控制中心通信失联的时间大于预设值时无人机生成所述返航指令；或
所述返航指令由地面控制中心发布。
本发明的一个实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的返航控制方法。
本发明的一个实施例还提出了一种电子设备，其包括：
处理器；以及
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求上述的返航控制方法。
本发明还提出了一种无人机的返航控制装置，其包括：
减速控制模块，用于在接收到返航指令后，以预设加速度将无人机的飞行速度降低到预设阈值以下；
返航飞行模块，用于控制无人机飞往指定位置进行垂直降落。
由上述技术方案可知，本发明的返航控制方法的优点和积极效果在于：
在切换成返航模式后先以预设加速度均匀地给无人机降速，在对无人机进行降速后再进行返航使得无人机能平稳地完成工作模式切换，这就避免了在切换返航模式后出现速度突变而导致的无人机姿态变化幅度过大的问题。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1是根据一示例性实施方式示出的一种返航控制方法的流程图；
图2是根据一示例性实施方式示出的一种返航控制方法的流程图；
图3是根据一示例性实施方式示出的一种返航控制装置的结构示意图；
图4是根据一示例性实施方式示出的一种电子设备的结构示意图；
图5是根据一示例性实施方式示出的一种程序产品的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
参照图1，图1为无人机的返航控制方法的流程图。该返航控制方法包括以下步骤：
步骤S10：响应于返航指令，以预设加速度将无人机的飞行速度降低到预设阈值以下。
无人机可以是多旋翼无人机。无人机能沿预定的飞行线路进行飞行，当遇到恶劣天气、航线规划有误、无人机故障等情况时地面控制中心可以采用无线通讯向无人机发送返航指令。返航指令也可以是无人机自动生成的，例如，当无人机与地面控制中心之间通信失联的时间大于预设值时无人机自动生成返航指令。
当无人机接收到返航指令或者生成返航指令以后，即对正在飞行中的无人机进行减速。无人机的减速是以预设加速度进行减速，减速过程平稳。当无人机的飞行速度降低到预设阈值以下时，完成减速。该预设加速度的取值范围优选为大于等于-1.0m/s2且小于等于-5.0m/s2，该预设阈值的取值范围优选为大于等于0.1m/s且小于等于0.5m/s。
步骤S20：控制无人机飞往指定位置进行垂直降落。
该指定位置可以是无人机中预先存储的一个位置，也可以是由地面控制中心发送的返航指令中所指定的一个位置。无人机能沿返航线路从当前位置飞行到指定位置。返航线路可以是直线，也可以是由地面控制中心或无人机根据无人机的当前位置、指定位置以及当前位置与指定位置之间的地图规划而来的线路。当指定位置为无人机的起飞时所处地点的上空时，无人机还可以是按原路返回。
这样，无人机在沿预定的飞行线路飞行时，在接收到返航指令后切换成返航模式，在切换成返航模式后先以预设加速度均匀地给无人机降速，在对无人机进行降速后再进行返航使得无人机能平稳地完成工作模式切换，这就避免了在切换返航模式后出现速度突变而导致的无人机姿态变化幅度过大的问题。
进一步地，在步骤S10中，无人机的减速控制包括步骤S110和步骤S120。
步骤S110：获取无人机的当前飞行速度，将期望速度设置成该当前飞行速度。
无人机中通常通过PID算法对无人机的飞行速度进行调节以使得无人机的飞行速度能达到期望速度，为无人机设定一个期望速度，无人机能依照期望速度飞行。
在无人机进行减速前，先获取无人机沿原飞行线路飞行的当前飞行速度，该当前飞行速度可以通过无人机上的传感器对无人机的飞行速度实时测量而获得，然后将期望速度设置为与该当前飞行速度相等。这样，在进行切换成返航模式的瞬间，能维持无人机的速度不变，使得无人机在切换模式时能平稳飞行。
步骤S120：均匀地降低无人机的期望速度直至无人机的实际飞行速度的值降低至预设阈值以下。
通过改变期望速度来调节无人机的飞行速度更加简单、方便，均匀地降低无人机的期望速度使得无人机降速更加平稳。实时获取无人机的实际飞行速度，当无人机的实际飞行速度降低到预设阈值以下就停止降速。
进一步地，参照图2，周期性地降低期望速度，Δt为一个调节周期。步骤S120包括步骤S121～步骤S125。
步骤S121：以下列算式计算出v1的值，然后进入到步骤S122，
v1＝v0+a·Δt
其中，v1的单位为m/s；
v0为期望速度，单位m/s；
a为所述预设加速度，单位m/s2；
Δt为一个期望速度调节周期的时长，单位s；
第一次进入到步骤S121中，期望速度v0的数值等于步骤S110中所获得的当前飞行速度的数值。Δt为预设值，可以设置得尽可能小。
步骤S122：判断v1是否小于零，若是则进入步骤S124，否则进入到步骤S123；
步骤S123：将期望速度的数值设为v1，将期望速度的方向设置为与步骤S110中所测得的当前飞行速度的相同方向，进入到步骤S125；
步骤S124：将期望速度设置为零，进入到步骤S125；
步骤S125：获取无人机的所述实际飞行速度，判断该实际飞行速度是否在预设阈值以下，若是则停止减速控制，否则进入到步骤S121。
依次执行步骤S121、S122和S123时对期望速度进行一次减速，减速的时间间隔为Δt，减速的幅度为a·Δt，这样，期望速度均匀降低。同时，将减速的时间间隔Δt设置得尽量小时，无人机的飞行速度能趋近于以预设加速度进行降速。Δt的取值范围优选为0.0005～0.01s，在这个范围内既能保证无人机能平稳降速，又不至于使无人机计算负担过大。
执行步骤S124则代表前一次调节的期望速度已经小于a·Δt，这次调节直接将期望速度设置为零。
执行步骤S125时则表示无人机的实际飞行速度已经小于预设阈值，直接结束无人机的减速控制，然后进入到步骤S20。无人机的实际飞行速度可以通过无人机上的传感器对无人机的飞行速度的实时测量而获得。
进一步地，步骤S20包括步骤S210～230。
步骤S210：控制无人机按原路返回至原飞行线路的起始航点。
原飞行线路由多个连续排布的航点组成，无人机依次通过各个航点来完成飞行。起始航点在原飞行线路的起点，一个航点采用经度、纬度和海拔三个量来表示。在按照原飞行线路飞行时，从起始航点开始，无人机每通过一个航点便标记下该航点并记录在航点文件中。
在返航时，先获得原飞行线路中无人机已经通过的航点，控制无人机依次从最后通过的航点飞行至起始航点。具体地，无人机读取其内所存储的航点文件中已被标记出来的已通过航点，读取的顺序是逆序读取，即从最后一个已通过的航点向起始航点读取。每读取出一个已通过航点则无人机飞向该航点，待无人机到达该航点后再读取下一个已通过航点，直至无人机到达起始航点。无人机就能按原路返航到起始航点。
通常原飞行线路为较优的线路，返航发生碰撞的可能性小。尤其是，由于该无人机在返航时也不用先垂直爬升的特定高度，无人机返航耗电量小，无人机返航图中电量耗尽坠毁的风险小。
步骤S220：控制无人机从起始航点飞行至指定位置，指定位置的经度等于无人机起飞位置的经度，指定位置的纬度等于无人机起飞位置的纬度，指定位置的海拔等于起始航点的海拔的位置。
无人机在解锁起飞时记录下起飞位置的经度和纬度。指定位置的经度等于无人机起飞位置的经度，指定位置的纬度等于无人机起飞位置的纬度，指定位置的海拔等于起始航点的海拔的位置，这样，指定位置实际上是无人机起飞位置的上空中海拔高度与起始航点的海拔相同的一个点。由于指定位置的海拔与起始航点的海拔相同，从起始航点飞到指定位置时只需沿水平直线飞行即可，待无人机飞行到指定位置即可进行垂直降落。
步骤S230：无人机飞行到指定位置后进行垂直降落。
无人机垂直降落后即降落到起飞位置，只需要到起飞位置回收无人机即可。
在本发明的一个实施例中，还提供了一种无人机的返航控制装置1。
参照图3，该返航控制装置1包括减速控制模块11和返航飞行模块12。
减速控制模块11用于在接收到返航指令后，以预设加速度将无人机的飞行速度降低到预设阈值以下。返航飞行模块12用于在无人机的飞行速度降低到预设阈值以下后，控制无人机飞往指定位置进行垂直降落。
进一步地，减速控制模块11包括过渡模块111和降速模块112。
过渡模块111用于获取无人机的当前飞行速度，将期望速度设置成当前飞行速度；
降速模块112用于均匀地降低无人机的期望速度直至无人机的实际飞行速度的值降低至预设阈值以下。
进一步地，返航飞行模块12还包括原路返航模块121、水平飞行模块122和垂直降落模块123。
原路返航模块121用于控制无人机按原路返回至原飞行线路的起始航点。
水平飞行模块122用于控制无人机从起始航点飞行沿直线飞行至所述指定位置，指定位置的经度等于无人机起飞位置的经度，指定位置的纬度等于无人机起飞位置的纬度，指定位置的海拔等于起始航点的海拔的位置。
垂直降落模块123用于控制无人机从指定位置进行垂直降落。
在本发明的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述无人机的返航控制方法的电子设备。
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
下面参照图4来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备800。图4显示的电子设备800仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，电子设备800以通用计算设备的形式表现。电子设备800的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元810、上述至少一个存储单元820、连接不同系统组件(包括存储单元820和处理单元810)的总线830。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元810执行，使得所述处理单元810执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
存储单元820可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)8201和/或高速缓存存储单元8202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)8203。
存储单元820还可以包括具有一组(至少一个)程序模块8205的程序/实用工具8204，这样的程序模块8205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线830可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备800也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备800能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备800还可以通过网络适配器860与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器860通过总线830与电子设备800的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
参考图5所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述无人机的返航控制方法的程序产品900，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，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。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、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。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。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
