[发明专利]一种飞行机器人及其飞行控制方法

说明书

本发明提出了一种飞行机器人及其飞行控制方法；所述飞行机器人，其特征在于，包括气囊主体(100)，安装在气囊主体(100)上、用于驱动气囊主体(100)的旋翼动力系统(200)，安装在气囊主体(100)上且与旋翼动力系统(200)电性连接、用于控制旋翼动力系统(200)工作的控制系统(300)，与控制系统(300)通信连接、用于向控制系统(300)发出控制指令的地面系统(400)。本发明的飞行机器人通过把旋翼动力系统与气囊主体相结合，极大增加了续航时间。本发明的飞行控制方法可以消除柔性飞行机器人机动性和姿态调整的耦合。

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种飞行机器人及其飞行控制方法。

背景技术

过去十多年以来，基于水平共轴多旋翼技术的无人机迅猛发展，突破了固定翼和直升机技术体制的边界，开创一个具有悬停自稳、6自由度机动能力的无人机领域。当前无人机技术的重点发展方向是与固定翼结合的电动垂直起降无人机eVTOL，设计目标向长航程、大载重的传统航空器发展。然而另一个前沿发展方向是延续多旋翼技术体制的优势，设计目标是向超机动、安全易操纵、长航时的飞行机器人发展，其应用场景是在室外室内超低空复杂地面环境中，完成航拍监控、遥感监测、语音交互、视觉避障等空中作业，乃至充电换电、物流中继、工业清洗等发生物理接触、机械互动的多机器复杂协同。

飞行机器人传统上有基于转速差进行姿态控制的水平共轴四旋翼，后有基于涵道的垂直共轴双旋翼，但是都有自重大导致续航时间短，刚性结构带来炸机、撞机安全隐患的问题。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提供一种飞行机器人及其飞行控制方法。

本发明所提出的技术方案如下：

本发明提出了一种飞行机器人，包括气囊主体，安装在气囊主体上、用于驱动气囊主体的旋翼动力系统，安装在气囊主体上且与旋翼动力系统电性连接、用于控制旋翼动力系统工作的控制系统，与控制系统通信连接、用于向控制系统发出控制指令的地面系统。

本发明上述的飞行机器人中，旋翼动力系统还包括四套矢量推动旋翼，四套矢量推动旋翼均匀分布在气囊主体周向上；

矢量推动旋翼包括安装在气囊主体上并与控制系统电性连接的第一电机；第一电机具有水平朝向的螺旋桨。

本发明上述的飞行机器人中，旋翼动力系统包括四套水平共轴旋翼，四套水平共轴旋翼均匀分布在气囊主体周向上；

水平共轴旋翼包括挂载在气囊主体上的舵机以及安装在舵机上并与控制系统电性连接的第二电机；第二电机具有竖直朝向的螺旋桨。

本发明上述的飞行机器人中，四套水平共轴旋翼与四套矢量推动旋翼间隔交替排列。

本发明提出了一种如上所述飞行机器人的飞行控制方法，包括以下步骤：

步骤1、构建增量强化学习控制器，以飞行机器人的飞行状态和姿态信息以及飞行稳定性衡量值作为增量强化学习控制器的输入层节点，以与所述飞行机器人的飞行状态和姿态信息以及飞行稳定性衡量值对应的飞行控制参数为增量强化学习控制器的输出层节点；

同时，根据不同场景赋予的加权系数以及飞行机器人的飞行稳定性衡量值构造奖励函数RF；

步骤2、收集飞行机器人的历史飞行状态和姿态信息以及对应的历史飞行控制参数和历史飞行稳定性衡量值，并一起输入增量强化学习控制器中进行训练，得到初步训练好的强化学习控制器；

步骤3、通过初步训练好的强化学习控制器对飞行机器人进行飞行控制，并在所述飞行控制时，实时计算奖励函数RF；当实时计算得到的奖励函数RF超过预设阈值时，利用相应的飞行状态和姿态信息以及飞行稳定性衡量值对所述初步训练好的强化学习控制器进行迭代学习训练，产生对应的飞行控制参数；