CN102582826A - 一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法和系统，该方法包括：地面站根据地形图规划导航信息，并将导航信息传输至机载自动驾驶控制单元；飞行器启动后，传感数据自动分析处理单元根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据，并发送至机载自动驾驶控制单元；机载自动驾驶控制单元根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。本发明在目标地图上规划无人飞行器的飞行航线，并在航线上规划多个间断的航点，解决了四旋翼无人飞行器的驾驶问题，高可靠性和安全性的优点保证其能够完成各种任务，具有硬件集成度高，灵活性高，系统稳定性高和维护成本低等优点。

Description

一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法和系统

技术领域

本发明涉及基于四旋翼结构的飞行器的驾驶，特别涉及一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法和系统。

背景技术

目前，UAV(Unmanned Aerial Vehicles，简称无人机)广泛应用于航空遥感、国土监察、城市规划、水利建设、林业管理、实时监控、空中侦察、影视航拍、广告摄影和军事等多个领域。由于无人机体积小、重量轻等优点得到了广泛的推广，但安全性、稳定性、性价比高和适应环境能力强等要求仍未能实现，这对无人机提出了很高要求。随着智能化程度的设计要求越来越高，全自动智能执行任务的要求成为整个无人机世界的技术趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法，用于解决四旋翼无人飞行器的驾驶问题。

本发明的另一目的在于提供一种四旋翼无人飞行器的驾驶系统，用于解决四旋翼无人飞行器的驾驶问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法，包括以下步骤：

A、地面站根据地形图规划导航信息，并将导航信息传输至机载自动驾驶控制单元；

B、飞行器启动后，传感数据自动分析处理单元根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据，并发送至机载自动驾驶控制单元；

C、机载自动驾驶控制单元根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。

优选的，规划导航信息包括以下步骤：

从地形图中提取出目标地图；

在目标地图确定飞行器飞行航线的多个间断的航点；

在目标地图确定每个航点的经纬度坐标值、高度值、方向值和任务动作值。

优选的，步骤C包括：

机载自动驾驶控制单元根据当前坐标值确定目标航点；

机载自动驾驶控制单元根据当前高度值确定飞行器的目标航点高度；

机载自动驾驶控制单元根据当前方向值确定飞行器的方向和每个航点的方向。

优选的，当飞行器处于人工切入自动驾驶控制状态时，机载自动驾驶控制单元通过远程控制单元控制飞行器的飞行，其所述要的飞行器飞行信息来自于地面站接收到的飞行器数据。

优选的，机载自动驾驶控制单元将当前飞行器数据通过数据传输单元发送至地面站，若地面站判断需人工控制飞行器的飞行，则进行人工切入自动驾驶。

优选的，人工切入自动驾驶的方法包括以下步骤：

人工驾驶装置通过远程控制单元将飞行器切换至人工切入自动驾驶控制状态；

人工驾驶装置通过远程控制单元向飞行器发送人工控制切换指令；

远程控制单元根据人工控制切换指令将其激活并开始工作，飞行器进入人工切入自动驾驶控制，停止全自动驾驶控制。

优选的，当前状态信息由传感器单元获取，包括坐标值、高度值、方向值、三维转动方向值、重力加速度值、温度值和经纬度值。

根据本发明的另一方面，提供了一种四旋翼无人飞行器的驾驶系统，包括：

地面站，用于根据地形图规划导航信息，将导航信息传输至机载自动驾驶控制单元，并接收来自于飞行器的飞行状态信息并以图形、数字的形式显示出来。

传感数据自动分析处理单元，用于在飞行器启动后，根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据并发送至机载自动驾驶控制单元；

机载自动驾驶控制单元，用于根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。

优选的，系统还包括：

数据传输单元，用于将当前飞行器数据发送至地面站；

数据存储单元，用于实时存储飞行器的导航信息、当前全部飞行器数据和远程控制指令；

远程控制单元，用于传输人工驾驶装置与飞行器间的指令；

动力驱动单元，用于根据导航信息对飞行器提供相应的动力驱动。

优选的，机载自动驾驶控制单元包括：

全自动驾驶子单元，用于根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行；

人工切入自动驾驶单元，用于通过远程控制单元接收到的地面站对飞行器的控制数据控制飞行器的飞行。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明在目标地图上规划无人飞行器的飞行航线，并在航线上规划多个间断的航点，解决了四旋翼无人飞行器的驾驶问题，高可靠性和安全性的优点保证其能够完成各种任务，具有硬件集成度高，灵活性高，系统稳定性高和维护成本低等优点。

附图说明

图1是本发明提供的四旋翼无人飞行器的驾驶方法的流程示意图；

图2是本发明提供的四旋翼无人飞行器的驾驶系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的四旋翼无人飞行器的驾驶系统的航线规划图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1显示了本发明提供的四旋翼无人飞行器的驾驶方法的流程示意，如图1所示：

步骤S101，地面站根据地形图规划导航信息，并将导航信息传输至机载自动驾驶控制单元。

在飞行器启动之前，地面站从地形图中提取出目标地图后，在目标地图上确定飞行器的飞行航线，再在飞行航线上确定多个航点，多个航点是间断的，然后在目标地图上确定每个航点的经纬度坐标值、高度值、方向值和任务动作值，最后将目标地图、航线、航点信息等数据传输至机载自动驾驶控制单元。

步骤S102，飞行器启动后，传感数据自动分析处理单元根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据，并发送至机载自动驾驶控制单元。

其中，当前状态信息由传感器获取，位置传感单元获取坐标值，高度传感单元获取高度值，方向传感单元获取方向值，陀螺传感单元获取三维转动角度值，温度传感单元获取温度值，重力传感单元获取重力加速度值，GPS传感单元获取经纬度值。

步骤S103，机载自动驾驶控制单元根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。

机载自动驾驶控制单元根据当前航点和最近下一个航点的相关数据确定飞行器的飞行路线，根据当前的坐标值确定目标航点，根据当前高度值确定飞行器的目标航点高度，根据当前方向值确定飞行器的方向和每个航点的方向。

机载自动驾驶控制单元将当前飞行器数据通过数据传输单元发送至地面站，若地面站根据当前飞行器数据判断需人工控制飞行器的飞行，则进行人工切入自动驾驶。

人工切入自动驾驶的方法如下：人工驾驶装置通过远程控制单元将飞行器切换至人工切入自动驾驶控制状态，然后，人工驾驶装置通过远程控制单元向飞行器发送人工控制切换指令，远程控制单元接收到切换指令后激活远程控制单元并开始工作，飞行器进入人工切入自动驾驶控制，停止全自动驾驶控制。

当飞行器处于人工切入自动驾驶控制状态时，机载自动驾驶控制单元通过远程控制单元控制飞行器的飞行，远程控制单元需要的飞行器飞行数据来自于地面站接收到的飞行器数据。

图2显示了本发明提供的四旋翼无人飞行器的驾驶系统的结构示意，如图2所示，该系统包括传感数据自动分析处理单元、机载自动驾驶控制单元、地面站、数据传输单元、远程控制单元、动力驱动单元、数据存储单元和多个传感单元。

地面站根据地形图规划导航信息，将导航信息传输至机载自动驾驶控制单元，并接收来自于飞行器的飞行状态信息并以图形、数字的形式显示出来。在飞行器启动之前，地面站从地形图中提取出目标地图后，在目标地图上确定飞行器的飞行航线，再在飞行航线上确定多个航点，多个航点是间断的，然后在目标地图上确定每个航点的坐标值、高度值、方向值和经纬度值，最后将目标地图、航线、航点信息等数据传输至机载自动驾驶控制单元。

传感数据自动分析处理单元在飞行器启动后，根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据并发送至机载自动驾驶控制单元。其中，飞行器当前状态信息由多个传感单元获取，位置传感单元获取坐标值，高度传感单元获取高度值，方向传感单元获取方向值，陀螺传感单元获取三维转动角度值，温度传感单元获取温度值，重力传感单元获取重力值，GPS传感单元获取经纬度值。

机载自动驾驶控制单元根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。机载自动驾驶控制单元包括全自动驾驶子单元和人工切入自动驾驶单元，全自动驾驶子单元根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行，人工切入自动驾驶单元通过远程控制单元接收到的地面站对飞行器的控制数据控制飞行器的飞行。

数据传输单元将当前飞行器数据发送至地面站。

数据存储单元实时存储飞行器的导航信息和当前飞行器数据。

远程控制单元传输人工驾驶装置与飞行器间的指令。

动力驱动单元根据导航信息对飞行器提供相应的动力驱动。

图3显示了本发明实施例提供的四旋翼无人飞行器的驾驶系统的航线规划，如图3所示，显示了在目标地图上规划了一条航线，并该航线上规划了间断的十个航点，飞行器当前位于航点1上，飞行器根据当前坐标值确定下一目标航点，即航点2，从机载自动驾驶控制单元读取航点2的经纬度坐标值、高度值、方向值和任务动作值，并结合当前高度值确定飞行器直线飞向航点2的爬升高度值或者是下降高度值，结合当前方向值确定飞行器直线飞向航点2的方向，飞行器根据确定的仰角和方向从航点1飞向航点2，采用同样的方法，飞行器在航点1起飞，依次飞过航点1、航点2、航点3、航点4、航点5、航点6、航点7、航点8、航点9，最后飞向航点10，并在航点10降落。

在飞行器的飞行过程中，可以在规划好的航点位置进行不同角度和不同变焦系数的拍照，也可照全景，并可改变高度进行拍照。可以规划在飞行时在不同航线区域间的垂直或水平的飞行速度。在对兴趣点进行拍照时，可对兴趣点进行360度的监视与拍照，并可自动拍照具体区域的正射图像。

综上所述，本发明具有以下技术效果：本发明实现了全自动起降、全自动飞行功能，在自动起飞后能够根据绝对定位与相对定位查找所需要到达的目的位置，并在位置传感单元、高度传感单元、方向传感单元、陀螺传感单元、温度传感单元、重力传感单元和GPS传感单元等多种传感数据的协助下计算并实现对目的位置的飞行。在任务执行完成后能按预定航线返航，能在回归点准确自动降落，任何时刻无需人工操作。在飞行器飞行时可以随时进行人工切入，使飞行器进入人工切入飞行器自动驾驶控制状态，使四旋翼无人飞行器能在地面恶劣的不利于自动起飞与降落的情况下能安全进入自动驾驶状态。本发明具有硬件集成度高，灵活性高，系统稳定性高和维护成本低等优点，高可靠性和安全性的优点保证其能够完成各种任务。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四旋翼无人飞行器的驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、地面站根据地形图规划导航信息，并将所述导航信息传输至机载自动驾驶控制单元；

B、飞行器启动后，传感数据自动分析处理单元根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据，并发送至机载自动驾驶控制单元；以及

C、机载自动驾驶控制单元根据所述导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规划导航信息包括以下步骤：

从所述地形图中提取出目标地图；

在所述目标地图确定飞行器飞行航线的多个间断的航点；以及

在所述目标地图确定每个航点的经纬度坐标值、高度值、方向值和任务动作值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

机载自动驾驶控制单元根据当前坐标值确定目标航点；

机载自动驾驶控制单元根据当前高度值确定飞行器的目标航点高度；以及

机载自动驾驶控制单元根据当前方向值确定飞行器的方向和每个航点的方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当飞行器处于人工切入自动驾驶控制状态时，机载自动驾驶控制单元通过远程控制单元控制飞行器的飞行，所述远程控制单元需要的飞行器飞行信息来自于地面站接收到的飞行器数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述机载自动驾驶控制单元将所述当前飞行器数据通过数据传输单元发送至地面站，若地面站判断需人工控制飞行器的飞行，则进行人工切入自动驾驶。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述人工切入自动驾驶的方法包括以下步骤：

人工驾驶装置通过远程控制单元将飞行器切换至人工切入自动驾驶控制状态；

所述人工驾驶装置通过远程控制单元向飞行器发送人工控制切换指令；以及

远程控制单元根据所述人工控制切换指令将其激活并开始工作，飞行器进入人工切入自动驾驶控制，停止全自动驾驶控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当前状态信息由传感器单元获取，包括坐标值、高度值、方向值、三维转动角度值、重力加速度值、温度值和经纬度值。

8.一种四旋翼无人飞行器的驾驶系统，其特征在于，包括：

地面站，用于根据地形图规划导航信息，将所述导航信息传输至机载自动驾驶控制单元，并接收来自于飞行器的飞行状态信息并以图形、数字的形式显示出来。

传感数据自动分析处理单元，用于在飞行器启动后，根据飞行器当前状态信息生成当前飞行器数据并发送至机载自动驾驶控制单元；以及

机载自动驾驶控制单元，用于根据所述导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据传输单元，用于将所述当前飞行器数据发送至地面站；

数据存储单元，用于实时存储所述飞行器的导航信息、当前全部飞行器数据和远程控制指令；

远程控制单元，用于传输人工驾驶装置与飞行器间的指令；

动力驱动单元，用于根据导航信息对飞行器提供相应的动力驱动。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述机载自动驾驶控制单元包括：

全自动驾驶子单元，用于根据导航信息和当前飞行器数据控制飞行器的飞行；以及

人工切入自动驾驶单元，用于通过远程控制单元接收到的地面站对飞行器的控制数据控制飞行器的飞行。

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