[發(fā)明專利]無人機(jī)的外部擾動分類方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110758135.4
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113408646B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 敬忠良;孫印帥;董鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F17/16;G06F17/11;G01L5/16;B64C39/02;B64C27/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種無人機(jī)的外部擾動分類方法，其特征在于包括如下步驟：

設(shè)置單自由度機(jī)械臂模塊以使配置的所述無人機(jī)的機(jī)械臂垂直于接觸面，設(shè)置力傳感器模塊配置在所述單自由度機(jī)械臂模塊上實時測量所述接觸面的法向力；

待預(yù)檢測外部擾動時，通過配置所述單自由度機(jī)械臂模塊到預(yù)設(shè)接觸面位置，所述單自由度機(jī)械臂模塊前端的所述力傳感器模塊實時測量所述無人機(jī)與接觸面的法向接觸力；

根據(jù)所述無人機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和狀態(tài)信息，通過總擾動估計子模塊估計所述無人機(jī)受到的總擾動；

其中，所述估計所述無人機(jī)受到的總擾動進(jìn)一步包括：

定義參數(shù)：

m_b為所述無人機(jī)質(zhì)量；

I_b為所述無人機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；

為所述無人機(jī)狀態(tài)量，為所述無人機(jī)位置，η_b為所述無人機(jī)歐拉角；

為所述無人機(jī)狀態(tài)一階導(dǎo)數(shù)，為所述無人機(jī)速度，為所述無人機(jī)角速度；

為所述無人機(jī)狀態(tài)二階導(dǎo)數(shù)，為所述無人機(jī)加速度，為所述無人機(jī)角加速度；

W^b＝[f^b τ^b]^T為所述無人機(jī)的電機(jī)輸出，f^b為電機(jī)輸出力，τ^b為電機(jī)輸出力矩；

為所述無人機(jī)受到的總擾動，為總擾動力，為總擾動力矩；

為所述無人機(jī)受到的風(fēng)擾動，f_t^w為風(fēng)擾動力，為風(fēng)擾動力矩；

所述無人機(jī)的動力學(xué)方程為的分解形式為：

其中g(shù)為重力常數(shù)，一般設(shè)為9.81；e₃＝[0 0 1]^T為單位向量；S(*)為對應(yīng)向量的反對稱矩陣；為旋轉(zhuǎn)矩陣；為矩陣Q_b的轉(zhuǎn)置；

式中φ_b、θ_b、ψ_b分別為所述無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)角、向前傾斜的俯仰角和偏航角；s表示sin()函數(shù),c表示cos()函數(shù)；

動力學(xué)方程的矩陣形式為：

其中0_m*n表示m*n階的零矩陣，I_m*n表示m*n的單位對角陣；

根據(jù)定義的變量簡化得：

式中，M為慣性矩陣，C為阻尼矩陣，G為重量矩陣；

W_u^w＝W_i^w+W_t^w

其中，所述無人機(jī)受到的真實總擾動可表示為接觸擾動和風(fēng)擾動的和；

所述無人機(jī)外受到的真實總擾動的表達(dá)式：

定義為估計的總擾動，其中，為無人機(jī)的動量的一階導(dǎo)數(shù)；

定義的估計的總擾動與真實總擾動的關(guān)系為一階形式：

其中K₁為對角正定矩陣；

將積分得：

為估計的總擾動，其中dt為兩次解算之間的時間間隔；

根據(jù)估計的總擾動和所述力傳感器模塊測量的接觸擾動進(jìn)行分類，通過風(fēng)擾動和接觸擾動分類子模塊解算估計的風(fēng)擾動和接觸擾動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)的外部擾動分類方法，其特征在于，所述解算估計的風(fēng)擾動和接觸擾動進(jìn)一步包括：

接觸力f_i^w＝[-f_ccosθ_b 0 f_csinθ_b]，其中θ_b為所述無人機(jī)向前傾斜的俯仰角，f_c為所述力傳感器模塊測量到接觸力；

為所述無人機(jī)受到的接觸擾動；

其中，為估計的總擾動，為通過力傳感器模塊解算的估計接觸擾動，為估計的風(fēng)擾動。