CN102520730A - 一种用于无人飞行器操控终端的实现方法 - Google Patents

Abstract

该发明提供了一种用于无人飞行器操作终端的实现方法，属于机电技术领域，该操控终端系统由手控控制面板、平板计算机、无线数据链路传输电台组成。其中，手控控制面板为操控员提供实时控制飞行器飞行的功能，其按键摇杆设计与普通航模遥控器类似，为一般操控员所熟悉，便于掌握和使用。本发明的有益效果是：由于将飞行器的飞行状态和轨迹显示功能和手控控制功能合为一体，方便操控人员对照操作，因此可以使用成本较低的飞行增稳控制系统替换掉无人飞行器系统普遍采用的较昂贵的自驾飞控系统，同时能够最大限度的提供方便直观的控制辅助功能，简化操控难度，提高工作效率，减轻作业负担。

Description

一种用于无人飞行器操控终端的实现方法

技术领域

本发明设计一种运用于无人飞行器操控终端的实现方法，尤其是适用于需要控制成本的民间低端要求作业用无人飞行器。

背景技术

目前在无人飞行器领域进行无人飞行器操控终端的实现方法主要如下：

无人飞行器上安装有GPS导航装置和自驾飞控仪，地面工作人员配备无人飞行器地面操控站(一般是便携户外电脑)，在任务规划阶段，先在操控站的软件终端上定义好本次飞行任务的航线以及在各段航线中对应的作业行为，形成一份完整的任务指令文件，然后通过无线传输装置将任务指令文件传输到无人飞行器的自驾飞控仪上，自驾飞控仪则将按照此份任务流程操控无人飞行器执行任务。这种方式的缺点主要为：自驾飞控仪成本极高，几乎占整套系统成本的60％左右，大大增加了整套系统的成本，为使用单位的装备和采购增加了一定困难。而在执行民间普遍常见的近距短时任务时使用自驾飞行的优势相较人工操控方式优势并不十分明显，反而由于在任务执行前端单位上增加了高价值设备而导致意外损失成本的上升。

发明内容

为了解决现有的无人飞行器操控系统成本过高，不便用于民间低端作业应用场合的问题，本发明提供了一种适用于无人飞行器操控终端的实现方法，在不使用昂贵的自驾飞控仪的前提下，为无人飞行器操控人员提供最大限度的方便直观的控制辅助功能，简化操控难度，提高工作效率，减轻作业负担。

该发明由手控控制面板、平板计算机、无线数据链路传输电台组成。其中，手控控制面板为操控员提供实时遥控飞行器飞行的功能，其按键摇杆设计与普通航模遥控器类似，为一般操控员所熟悉，便于掌握和使用。

综合显示平板计算机主要担负综合信息显示和飞行任务规划的功能，在飞行任务开始之前操控员可在其上使用飞行任务规划软件制作本次飞行任务计划，包括航路图的设定、各种操作行为的触发设定、注意事项的标注等。在系统开始运行后将依靠GPS定位系统及无线数据链路传输电台实时显示出被控飞行器的飞行状态和轨迹以及主视角驾驶视野，方便操控员在遥控驾驶飞行器时对照观看，使飞行器按照预定计划运行。

本发明的另一个目的在于，提出了一种可由较低成本实现的无人飞行器操控方法，能够在降低无人飞行器系统采购和使用成本的同时，满足一般化的低端民间应用作业需求，依次包括以下步骤：

(1)使用者在操控终端系统上使用任务规划软件设计和标注好本次飞行任务的航路图和作业规划。

(2)无人飞行器开机后将本机GPS坐标、本机状态反馈信息、本机航拍摄像机航拍画面信息通过机载无线数据链路传输电台发送给操控终端系统，并显示给使用者。

(3)使用者使用操控终端系统的手控控制面板发出飞行控制指令，通过操控终端上无线数据链路传输电台发送给无人飞行器。

(4)无人飞行器上无线数据链路传输电台接收到指令后将指令传给飞行增稳控制系统，控制飞行器按照控制指令动作。

(5)在实施作业的过程中，操控终端系统一方面接收并显示来自无人飞行器的GPS坐标、本机状态反馈信息、本机航拍摄像机航拍画面信息，另一方面把使用者手控控制指令发送给无人飞行器，由使用者对照操控终端系统显示信息，操作手控控制面板的情况下使无人飞行器按照预设航路图和作业规划运行。

相对现有技术，本发明具备如下有益效果：由于将飞行器的飞行状态和轨迹显示功能和手控控制功能合为一体，方便操控人员对照操作，因此可以使用成本较低的飞行增稳控制系统替换掉无人飞行器系统普遍采用的较昂贵的自驾飞控系统，同时能够最大限度的提供方便直观的控制辅助功能，简化操控难度，提高工作效率，减轻作业负担。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的原理示意图

其中：

1.左操纵杆，用于进行无人飞行器水平转向和前进后退的控制；

2.右操纵杆，用于进行无人飞行器爬升下降和左右平移的控制；

3.无线数据链路传输电台(数据)接收天线，用于无人飞行器反馈状态信息的接收；

4.触摸显示屏，用于操作信息和辅助监控信息及导航地图的显示和功能操作；

5.无线数据链路传输电台(数据)发送天线，用于对无人飞行器控制指令的输出；

6.航拍图像接收电台，用于接收无人飞行器反馈的航拍图像，辅助指导操控作业；

7.计算机主板，是操控系统的中枢，用于处理操控指令，处理和显示各种辅助信息；

8.电池，用于户外工作时的电源；

9.手控控制板，用于采集操纵杆1、2转动偏移产生的电位计电压信号，并传送给计算机主板。

图2是本发明第一个实施例的结构图

其中：

1.操纵杆，2.触摸显示屏，3.无线数据链路传输电台(数据)接收天线，

4.触摸显示屏，5.无线数据链路传输电台(数据)发射天线，6.无线数据链路传输电台(图像)接收天线，8.电池仓。

图3是本发明手控控制板电路原理图

图4是图2中的实施例的使用方式示意图

其中：

10.无人飞行器操控终端装置，12.无人飞行器，13.无线数据链路传输电台(数据)，14.飞行增稳控制系统，15.无线数据链路传输电台(图像)，16.航拍摄像机，17.触摸显示屏显示的规划航线图，18.触摸显示屏显示的代表本机方位的图标，19.GPS定位系统。

图5是本发明的第二个实施例的结构图

其中：

1.2.操纵杆，3.无线数据链路传输电台接收天线(数据)，4.触摸显示屏，5.航拍图像接收天线，6.无线数据链路传输电台发送天线(图像)，8.电池仓。

具体实施方式

在图1中，左右操纵杆1、2连接到手控控制板9。该控制板9将两个操纵杆输出的电位计电压信号进行AD转换成数字信号，表示操纵杆偏移的角度，再通过数据传输口传输给计算机主板7。作为优选方案，该控制板电路包括Atmega8单片机、复位电路、程序下载接口、232通讯接口。两个操纵杆共四只电位计的输出电压信号接入Atmega8单片机的ADC0～ADC3数模转换通道，以20ms为周期采集四个操纵杆电位计的输出电压，并通过232通讯接口将采集的控制指令发送给平板计算机主板7。操纵杆输出的控制指令传输到计算机主板7之后经过数据格式转换再传输给无线数据链路传输电台(数据)发送天线5，通过该天线5将控制指令无线发送给空中的无人飞行器，控制无人飞行器的飞行。同时空中的无人飞行器将本机的飞行和运行状态下传给地面，通过无线数据链路传输电台(数据)接收天线3接收数据信息，通过无线数据链路传输电台(图像)6接收图像信息。实时接收到的空中传回的数据信息和图像信息都传输给计算机主板7，经过计算机的数据处理，再通过触摸显示屏4显示出来。在触摸显示屏4上显示规划航路图、本机飞行状态，机体各部分运行情况、飞行器航摄图像信息，以辅助操控手控制和把握形势。由于无人飞行器的作业均为外场环境，因此配有电池8进行外场供电。

在图2所示的实施例中，触摸显示屏4通过转轴和手持机壳部分相连，可以翻转一定角度，方便了使用者观看屏幕。操纵杆1、2的设计近似于航模遥控器的摇杆，方便了接受过航模培训的操控者迅速掌握操作手感。无线数据链路传输电台接收和发送天线通过转轴连接在机壳上，可以根据使用情况调整角度。

在图3所示的手控控制板电路原理图中，两个操纵杆共四只电位计R1、R2、R4、R7将操纵杆的偏移转换为电压信号输出，此四路电压信号分别接入Atmega8单片机的ADC0、ADC1、ADC2、ADC3引脚，进行数模转换，将转换结果通过通过芯片MAX232ACPE(U3)转换为232通讯数据格式，通过连接到计算机主板的接口P1发送给计算机主板。

在图4所示的实施例使用方式示意图中，无人飞行器12装设有成本较低的飞行增稳控制器14，无线数据链路传输电台(数据)13，航拍摄像机16和无线数据链路传输电台(图像)15，GPS天线19。无人飞行器通过无线数据链路传输电台13接收地面上的操控终端实例11的控制指令，同时将本机状态数据信息通过电台13发送给操控终端实例11，将本机航拍图像通过电台15发送给操控终端实例11。操控终端实例11在触摸显示屏上显示出规划航路图和本机方位，方便操控者控制飞行器向预设航线靠拢。

在图5所示的第二实施例中，显示屏4和操纵杆1、2整合在一个紧凑型壳体上，以获得外形小巧便于携行的优点。操纵杆1、2操控手感舒适。

上面所述的实施例仅仅对本发明的优选实施方式进行了描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域的技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种无人飞行器系统使用的操控终端的实现方法，由具有操纵杆以控制无人飞行器的飞行，具有显示器以显示无人飞行器状态反馈信息，以及操控终端系统与无人飞行器之间的通讯以无线数据链路传输电台等装置予以实现，其特征是：通过引入一台平板计算机将操控手柄和显示器以及无线通讯装置整合为一台手持操控终端系统，操控指令通过平板计算机处理后发送给无人飞行器，无人飞行器反馈信息传输给计算机主板处理后经由显示器显示输出。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器操控终端系统，其特征是：规划航路图、飞行器状态监测信息、航拍图像显示均整合在手持操控终端所具有的显示器上进行显示输出。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器操控终端系统，其特征是：所述操控手柄包括两个手控操控杆，手控操控杆的输出信号进入平板计算机主板进行指令解析处理，再通过无线通讯装置发送给无人飞行器。

4.一种可由较低成本实现的无人飞行器操控方法，在降低无人飞行器系统采购和使用成本的同时，满足一般化的低端民间应用作业需求，依次包括以下步骤：

(1)使用者在操控终端系统上使用任务规划软件设计和标注好本次飞行任务的航路图和作业规划；

(2)无人飞行器开机后将本机GPS坐标、本机状态反馈信息、本机航拍摄像机航拍画面信息通过机载无线数据链路传输电台发送给操控终端系统，并显示给使用者；

(3)使用者使用操控终端系统的手控控制面板发出飞行控制指令，通过操控终端上无线数据链路传输电台发送给无人飞行器；

(4)无人飞行器上无线数据链路传输电台接收到指令后将指令传给飞行增稳控制系统，控制飞行器按照控制指令动作；

(5)在实施作业的过程中，操控终端系统一方面接收并显示来自无人飞行器的GPS坐标、本机状态反馈信息、本机航拍摄像机航拍画面信息，另一方面把使用者手控控制指令发送给无人飞行器，由使用者对照操控终端系统显示信息，操作手控控制面板的情况下使无人飞行器按照预设航路图和作业规划运行。

Images