專利名稱：一種無人機飛行操控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無人機控制領(lǐng)域，具體應(yīng)用在包括手機、平板電腦的智能移動設(shè)備與無人機組成的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無人機技術(shù)已進入全面發(fā)展時期，在導(dǎo)航方面已日趨成熟，但是在民用領(lǐng)域，特別是家庭用場所以及娛樂場合方面，仍舊沒有一種成熟的無人機系統(tǒng)出現(xiàn)，總結(jié)起來有三點原因制約了民用領(lǐng)域無人機的發(fā)展；第一點是由于無人機操作難度較大，新手無法快速上手使用，否則就會因為操作的生疏而隨時面臨炸機的風(fēng)險，這種結(jié)果既是金錢的浪費，又對用戶的人身安全造成了一定威脅；第二點是操作系統(tǒng)與無人機交互這一環(huán)節(jié)，現(xiàn)今大多數(shù)地面站均在電腦上面執(zhí)行，操作過程使用鼠標(biāo)、鍵盤這些外部設(shè)施，從而導(dǎo)致復(fù)雜的操作性 以及用戶的低體驗性，使得用戶對使用這類系統(tǒng)興趣缺乏；第三點，同樣是由于大多數(shù)地面站均在電腦上面執(zhí)行，這就制約了使用的場地環(huán)境，使得用戶只能在電腦能夠活動的一定范圍內(nèi)操作無人機。本系統(tǒng)針對上述三大問題，提出了一種新型無人機航跡控制方法，可以廣泛應(yīng)用于包含手機、平板電腦的智能移動設(shè)備上，大大提高了無人機系統(tǒng)的靈活性，通過傾斜、滾轉(zhuǎn)智能移動設(shè)備，采集設(shè)備上陀螺儀、加速度計輸出的角度數(shù)據(jù)，使無人機做出與設(shè)備相同的動作，通過觸摸屏來控制無人機的飛行狀態(tài)，使操作無人機系統(tǒng)變的像玩游戲一樣簡單，對于推廣民用無人機市場有很好的幫助。

實用新型內(nèi)容為了使無人機系統(tǒng)能夠提供給用戶更低的入門門檻，更好的操作體驗性以及更便利的使用環(huán)境，本實用新型提供了一種成本低、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的無人機航跡控制方法。本實用新型采用如下技術(shù)方案一種無人機飛行操控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包含如下兩大部分無人機和智能移動設(shè)備，智能移動設(shè)備上安裝有觸摸屏、陀螺儀和加速度計；無人機包括以下部分I)航姿參考系統(tǒng)航姿參考系統(tǒng)包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁羅盤；2) GPS 接收機；3)定高模塊，由氣壓高度傳感器、超聲波傳感器組成；4)通訊模塊，包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和Wi-Fi ;當(dāng)在遠距離時使用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，在近距離時使用Wi-Fi發(fā)送與接收數(shù)據(jù)；5)飛行控制板，核心處理器為單片機芯片，負責(zé)接收上述四種模塊發(fā)送的信息，數(shù)據(jù)處理，控制無人機飛行，同時通過串口與通訊模塊相連，與智能移動設(shè)備通訊；6)由電機、舵機、電子調(diào)速器、電池組成的無人機硬件系統(tǒng)。[0014]本實用新型的整體有益效果是I、采用智能移動設(shè)備作為載體，使本系統(tǒng)可以在更復(fù)雜環(huán)境下使用，并且移動性大大增強。2、使用智能移動設(shè)備上實現(xiàn)的兩種飛行模式，將帶給用戶更好的操作體驗性。3、降低了用戶的入門操作門檻，使用戶不必知道無人機的執(zhí)行過程，只需指定其飛行結(jié)果即可。4、無人機自主飛行功能與智能移動設(shè)備的有機結(jié)合，開創(chuàng)了一種新型的無人機操作方式，突破了之前在電腦上鼠標(biāo)、鍵盤的方式，使無人機飛行變得更加有趣。

圖I是無人機與智能移動設(shè)備的關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖圖2是無人機的系統(tǒng)流程圖圖3是無人機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖4是無人機的細分結(jié)構(gòu)框圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本實用新型作進一步的說明一種新型無人機航跡控制方法，如圖I所示，通過智能移動設(shè)備接收無人機發(fā)回的數(shù)據(jù)，在屏幕上面以直觀的儀表盤形式顯示其中一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如三軸姿態(tài)角、高度、速度信息，并根據(jù)觸摸屏來設(shè)置指令、飛行路徑控制信息，將控制信息通過外接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊或者Wi-Fi發(fā)送回?zé)o人機。無人機作為執(zhí)行端，通過各類傳感器測量機體的姿態(tài)角、經(jīng)緯度、高度各項信息，經(jīng)由內(nèi)部算法計算后，得出當(dāng)前無人機需要進行的具體操作(如電機轉(zhuǎn)速、舵機轉(zhuǎn)角)，并通過外接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊或者Wi-Fi發(fā)送給智能移動設(shè)備，同時接收智能移動設(shè)備發(fā)出的控制信息并執(zhí)行相應(yīng)的飛行操作。如圖2所示，操作方式分為兩種I、開機初始化并進入遠程同步飛行模式后，使用者通過傾斜、滾轉(zhuǎn)智能移動設(shè)備，智能移動設(shè)備采集自身傳感器計算后輸出的角度值，并將此角度值通過無線傳輸發(fā)送回?zé)o人機后進行限值處理，將處理后的角度值作為參考量，與當(dāng)前飛行姿態(tài)進行對比，輸出控制量，用來控制電機、舵機工作狀態(tài)，最終達到通過智能移動設(shè)備的姿態(tài)來同步操控?zé)o人機的飛行姿態(tài)。使用者在智能移動設(shè)備上的角度變化，需先除以2再帶入限值，限值處理的預(yù)設(shè)值為，航向角變化范圍(-25°，25° )，俯仰角變化范圍(-15°，25° )，橫滾角變化范圍(-25°，25° )。例如，使用者在智能移動設(shè)備上操縱滾轉(zhuǎn)得到的橫滾角為70°，則先除2后變?yōu)?5°，再帶入限值，變?yōu)?5°，這樣是為了避免無人機角度過度變化而導(dǎo)致的意外。2、在智能移動設(shè)備上設(shè)定無人機飛行所要經(jīng)過的經(jīng)緯度坐標(biāo)點，將這些坐標(biāo)點數(shù)據(jù)發(fā)送回飛行控制板，并與無人機上GPS接收機測得的當(dāng)前坐標(biāo)點進行對比，帶入導(dǎo)航算法模塊，計算出偏離設(shè)定航向的角度(偏航角)、偏離設(shè)定航向的距離(偏航距)，并將這兩個數(shù)據(jù)作為初始量，計算出控制量控制舵機轉(zhuǎn)角。將氣壓高度傳感器、超聲波傳感器、GPS所測高度進行數(shù)據(jù)融合，計算出當(dāng)前飛機高度，并與預(yù)設(shè)值進行對比，輸出電機控制量，實現(xiàn)定高。同時將無人機的姿態(tài)信息，實時傳回智能移動設(shè)備，并在其上顯示發(fā)回的信息。[0028]如圖3所示，無人機系統(tǒng)整體分為4個部分，分別為上位機I、控制器2、執(zhí)行端3、電源4。上位機I由智能移動設(shè)備、通訊模塊組成，控制器2由飛行控制板、航姿參考系統(tǒng)、定高模塊、GPS接收機、通訊模塊組成，執(zhí)行端3由四個舵機、無刷電機組成，電源4由電子調(diào)速器、鋰電池組成如圖4所示，無人機系統(tǒng)可進一步細分為如下幾個部分I)航姿參考系統(tǒng)I (AHRS)通過I2C總線發(fā)送數(shù)據(jù)給飛行控制板5。2) GPS接收機2，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給飛行控制板5。3)定高模塊3，由氣壓高度傳感器、超聲波傳感器組成，氣壓高度傳感器的氣壓以及溫度數(shù)據(jù)、超聲波傳感器的高度數(shù)據(jù)分別通過I2C總線發(fā)送給飛行控制板5。4)通訊模塊4，當(dāng)在遠距離時使用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，通過串口與飛行控制板5連接，通過USB轉(zhuǎn)串口模塊與智能移動設(shè)備連接；在近距離時使用Wi-Fi發(fā) 送與接收數(shù)據(jù)，兩種通訊方式均需在無人機和智能移動設(shè)備兩端加入通訊模塊，以便能夠接收并且發(fā)送數(shù)據(jù)。5)飛行控制板5，負責(zé)接收上述四種模塊發(fā)送的信息，并且通過內(nèi)部算法計算出最終控制量，控制無人機飛行。6)智能移動設(shè)備6，負責(zé)顯示無人機飛行軌跡與狀態(tài)，并可由用戶操作，指定無人機的飛行軌跡與飛行狀態(tài)。7)由電機、舵機、電子調(diào)速器、電池、機身組成的無人機硬件系統(tǒng)，其中電池通過插頭與電子調(diào)速器相連，電子調(diào)速器的5V輸出電源與飛行控制板5相接，為飛行控制板5供電；電子調(diào)速器的三向插頭與電機相接，為電機供電；飛行控制板5的輸出端口與舵機相連，為舵機供電。
權(quán)利要求1.一種無人機飛行操控系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包含如下兩大部分無人機和智能移動設(shè)備，智能移動設(shè)備上安裝有觸摸屏、陀螺儀和加速度計； 無人機包括以下部分 1)航姿參考系統(tǒng)航姿參考系統(tǒng)包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁羅盤； 2)GPS接收機； 3)定高模塊，由氣壓高度傳感器、超聲波傳感器組成； 4)通訊模塊，包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和Wi-Fi;當(dāng)在遠距離時使用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，在近距離時使用Wi-Fi發(fā)送與接收數(shù)據(jù)； 5)飛行控制板，核心處理器為單片機芯片，負責(zé)接收上述四種模塊發(fā)送的信息，數(shù)據(jù)處理，控制無人機飛行，同時通過串ロ與通訊模塊相連，與智能移動設(shè)備通訊； 6)由電機、舵機、電子調(diào)速器、電池組成的無人機硬件系統(tǒng)。
專利摘要一種無人機飛行操控系統(tǒng)涉及無人機控制領(lǐng)域。本系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于包含手機、平板電腦的智能移動設(shè)備上。系統(tǒng)可分為兩大部分無人機作為執(zhí)行端，測量機體的姿態(tài)角、經(jīng)緯度、高度信息，并將信息通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊或者Wi-Fi模塊發(fā)送給智能移動設(shè)備，同時接收智能移動設(shè)備發(fā)回的控制信息并執(zhí)行相應(yīng)的飛行操作。通過傾斜、滾轉(zhuǎn)智能移動設(shè)備，采集設(shè)備上陀螺儀、加速度計輸出的角度數(shù)據(jù)，使無人機做出與設(shè)備相同的動作，智能移動設(shè)備具有接收、顯示數(shù)據(jù)，根據(jù)觸摸屏設(shè)置指令、飛行信息，將信息通過外接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊或者Wi-Fi發(fā)送回?zé)o人機這些功能。本系統(tǒng)提高了無人機系統(tǒng)的靈活性，也使得操作無人機系統(tǒng)變的像玩游戲一樣簡單。
文檔編號G05D1/10GK202758243SQ20122045390
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者左國玉, 王愷, 阮曉鋼, 李振 申請人:北京工業(yè)大學(xué)