CN105573334A - 无人机无头模式的实现方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，公开了一种无人机无头模式的实现方法及其控制系统。本发明中，包含以下步骤：手持遥控终端获取本终端的方向信息，手持遥控终端在向无人机发送飞行指令时，根据用户的操作指令和方向信息，得到方向指示信息，并在该飞行指令中携带方向指示信息，无人机在接收到飞行指令后，根据无人机获取的自身的方向信息和飞行指令中携带的方向指示信息计算无人机的飞行参考前方，执行飞行指令。提供了一种较简单的实现无人机无头模式的方法及系统，较为简便的将无头模式中的机身参考前方和遥控器的前方对应起来，实现无人机无头模式时摆脱了GPS的局限，而且也不受用户位置的影响，极大的提高了使用无头模式的用户体验。

Description

无人机无头模式的实现方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机无头模式技术。

背景技术

现有无人机的无头模式两种，第一种是根据无人机和遥控器两者的GPS位置信息，计算出两者的方位信息，并以遥控器为起点到飞机为终点这个方向作为无人机的前方。因此，用户不必在意无人机身本身的机头方向，只需要以遥控器和无人机之间的方位作为参考方向，从而达到控制更为简单的目的；第二种是根据无人机身上的磁传感器，飞机以起飞的时候机头的朝向或者在触发无头模式的某一时刻的机头的朝向，作为无头模式的参考前方。

然而这两种方式存在有以下问题：在第一种方式中，由于此时需要依靠遥控器和无人机双方的GPS位置信息才能准确的算出无人机无头模式的参考方向，所以只要有一方的GPS信息被干扰或者定位不准确，无头模式容易造成方向不精确或者失效。在第二种方式中需要用户在飞行的过程中一直记住参考前方，当用户自己转了方向后，不容易将用户直观的“前方”和无人机的“前方”对应，容易引起混乱，造成用户体验不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机无头模式的实现方法及其控制系统，使得可以较简单的实现无人机无头模式，较为简便的将无头模式中的机身参考前方和遥控器的前方对应起来，摆脱了GPS的局限，也不受用户位置的影响，真正能实现无人机无头模式，极大的提高了使用无头模式的用户体验。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种无人机无头模式的实现方法，包含以下步骤：手持遥控终端获取本终端的方向信息，手持遥控终端在向无人机发送飞行指令时，根据用户的操作指令和方向信息，得到方向指示信息，并在该飞行指令中携带方向指示信息，无人机在接收到飞行指令后，无人机获取自身的方向信息，并根据获取自身的方向信息和飞行指令中携带的方向指示信息，计算出无人机的飞行参考前方，然后执行飞行指令。

本发明的实施方式还提供了一种无人机无头模式的控制系统，包含：无人机和手持遥控终端，手持遥控终端包含：第一方向信息获取模块，用于获取本终端的方向信息；飞行指令生成模块，用于根据用户的操作指令和所述方向信息，得到方向指示信息，并在生成的飞行指令中携带方向指示信息；发送模块，用于将飞行指令生成模块生成的飞行指令发送至所述无人机；无人机包含：接收模块，用于接收飞行指令；第二方向信息获取模块，用于获取无人机的方向信息；命令处理模块，用于根据获取的自身方向信息和飞行指令中携带的方向指示信息，计算出无人机的飞行参考前方；执行模块，用于在无人机计算出飞行参考前方后，执行飞行指令。

本发明实施方式相对于现有技术而言，手持遥控终端获取本终端的方向信息，并结合用户的操作指及本终端的方向信息，得到方向指示信息，该方向指示信息为地理方向指示，并向无人机发送携带有方向指示信息的飞行指令，无人机根据接收的飞行指令，获取自身的方向信息，根据获取的自身方向信息和飞行指令中携带的方向指示信息，计算出无人机的飞行参考前方，执行飞行指令。不需要使用GPS就可以实现无人机的无头模式，用户也不需时刻记着参考前方，提供了一种以较简单的实现无人机无头模式的方法，较为简便的将无头模式中的机身参考前方和遥控器的前方对应起来，摆脱了GPS的局限，也不受用户位置的影响，真正能实现无人机无头模式。

另外，手持遥控终端利用磁传感器计算方向信息。磁传感器是以感应磁场强度来测量方向，灵敏度高，功耗低。

另外，手持遥控终端获取本终端的方向信息时，包含以下过程：判断手持遥控终端当前是否处于水平位置，如果处于水平位置，则手持遥控终端利用磁传感器计算方向信息；如果不处于水平位置，则手持遥控终端获取本终端的俯仰角度和横滚角度；手持遥控终端根据俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算手持遥控终端的方向信息。通过对非水平位置时，对手持遥控终端的方向信息进行误差校正，保证获取的该手持遥控终端的方向信息的准确度较高。

另外，无人机利用磁传感器计算自身的方向信息。磁传感器是以感应磁场强度来测量方向，灵敏度高，功耗低。

另外，无人机获取自身的方向信息时，包含以下过程：判断无人机当前是否处于水平位置，如果处于水平位置，则无人机利用磁传感器计算自身的方向信息；如果不处于水平位置，则无人机获取自身的俯仰角度和横滚角度；无人机端根据自身的俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算手持遥控终端的方向信息。通过对非水平位置时，对无人机的方向信息进行误差校正，保证获取的无人机的方向信息的准确度较高。

另外，手持遥控终端以本终端的方向信息作为参考方向，结合操作指令中指示的方向，得到方向指示信息；其中，操作指令中指示的方向包含以下任意一种：向前、向后、向左、向右。将操作指令中的方向转换为方向指示信息，便于无人机执行飞行指令。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的无人机无头模式的实现方法流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的无人机无头模式的实现方法流程图；

图3是根据本发明第三实施方式的无人机无头模式的控制系统的系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种无人机无头模式的实现方法，其流程如图1所示，具体如下：

步骤101，手持遥控终端获取本终端的方向信息。具体的说，手持遥控终端利用磁传感应器计算方向信息。在手持遥控终端上安装有磁传感器，磁传感器是以感应磁场强度来测量方向，通过磁传感器对当前所处位置的磁场进行测量，可获取到该位置在x、y、z三轴上的磁场强度，根据该磁场强度可获得手持遥控终端的方向信息。磁传感器具有灵敏度较高，功耗较低的特点。

步骤102，手持遥控终端向无人机发送携带方向指示信息的飞行指令。

具体的说，手持遥控终端根据用户操作指令和本终端的方向信息，得到方向指示信息，并向无人机发送携带有方向指示信息的飞行指令。

用户操作指令中带有指操控无人机过程中的指示方向，其中，指示方向包括以下任意一种：向前、向后、向左、向右，需要说明的是，所列出的四种指示方向只是为了便于说明，指示方向还可以在此基础上进行任意变形，比如，向左后、向左前、向右后、向右前，在此对指示方向不做限定。手持遥控终端在得出本终端的方向信息后，将该方向信息作为无人机的参考方向，比如说，手持遥控终端获取的方向信息中指示此时手持遥控终端的参考方向为“正北”，也即是认为此时手持遥控终端的朝向是正北，当手持遥控终端发出“向前”飞的操作指令时，手持遥控设备以本终端的方向信息作为参考方向，结合“向前”飞的操作指令得到“正北”的方向指示信息，然后将携带有“正比”方向的飞行指令发送给无人机。

步骤103，无人机获取飞行指令中携带的方向指示信息。在无人机中设置有接收模块，可以用来接收手持遥控终端发出的飞行指令，当无人机接收到飞行指令后，无人机对收到的飞行指令进行解析，获取到飞行指令中携带的方向指示信息。

步骤104，无人机获取自身的方向信息。具体的说，在无人机上安装有磁传感器，通过磁传感器对当前所处位置的磁场进行测量，可获取到该位置在x、y、z三轴上的磁场强度，根据该坐标可获得无人机的方向信息。

步骤105，无人机根据自身的方向信息与获取的方向指示信息，计算无人机的飞行参考方向。当无人机收到手持遥控终端发出的携带有方向指示信息的飞行指令时，不管当前无人机实际的飞行方向是朝向什么角度，无人机都可以根据自身的方向信息与获取的方向指示信息，计算出当前飞行方向与飞行指令中的飞行方向的偏差方向，从而得出实际的飞行方向。比如说，在某一时刻，无人机正朝向东飞行，在该时刻手持遥控终端发出“向前”飞的指令，此时该手持遥控终端的朝向为东偏北40度方向，那么，手持遥控终端携带在飞行指令中的方向执行信息为“东偏北40度”，在无人机接收到该指令后，会根据自身磁传感器计算出的方向信息，如正东方向，则无人机将计算出需要参考前方的偏北40度的方向信息。

步骤106，无人机根据计算出的飞行参考方向，执行飞行指令。该飞行指令中还携带有油门信息，可以控制无人机的飞行速度。

不难发现，在本实施方式中，手持遥控终端获取本终端的方向信息，并结合用户的操作指及本终端的方向信息，得出方向指示信息，该方向指示信息为地理方向指示，并向无人机发送携带有方向指示信息的飞行指令，无人机根据接收的飞行指令，获取方向指示信息，无人机得到自身的方向信息，根据自身的方向信息与获取的方向指示信息，计算出无人机的飞行参考前方，得到实际飞行方向，并执行飞行指令。不需要使用GPS就可以实现无人机的无头模式，用户也不需时刻记着参考前方，提供了一种以较简单的实现无人机无头模式的方法，较为简便的将无头模式中的机身参考前方和遥控器的前方对应起来，摆脱了GPS的局限，也不受用户位置的影响，真正能实现无人机无头模式。

本发明的第二实施方式涉及一种无人机无头模式的实现方法。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：手持遥控终端与无人机在获取各自的方向信息时，分别检测各自是否处于水平位置，若处于非水平位置，则进行误差校正。保证获取的方向信息的准确度较高。其流程如图2所示，具体步骤如下：

步骤2011，手持遥控终端判断当前是否处于水平状态。若是，进入步骤2014；若否，进入步骤2012。

若判断结果为是，即当手持遥控终端当前处于水平状态时，进入步骤2014，利用磁传感器计算手持遥控终端的方向信息。

若判断结果为否，即当手持遥控终端当前不处于水平状态时，进入步骤2012，获取手持遥控终端的俯仰角度和横滚角度。

步骤2013，根据获取的仰俯角度和横滚角度、以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算手持遥控终端的方向信息。

在实际应用中，可以通过陀螺仪传感器和加速度传感器得出仰俯角度α和横滚角度β，磁传感器检测出当前在三轴上的磁场强度X、Y、Z，计算过程如下：

Xr＝Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα

Yr＝Xcosβ+Zsinβ

A＝arcTan(Yr/Xr)

其中，Xr、Yr分别为手持遥控终端经过校正之后的俯仰角度和横滚角度；A指与正北方向的夹角，即手持遥控终端的朝向。

步骤202至步骤203分别与第一实施方式中的步骤102至103相对应，在此不再赘述。

步骤2041，判断无人机当前是否处于水平状态。若是，进入步骤2044；若否，进入步骤2042。

若判断结果为是，即当无人机处于水平状态时，进入步骤2044，利用磁传感器计算无人机的方向信息。

若判断结果为否，即当无人机不处于水平状态时，进入步骤2042，获取无人机的俯仰角度和横滚角度。

步骤2043，根据获取的仰俯角度和横滚角度、以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算无人机的方向信息。具体计算方式与步骤2013类似，在此不再赘述。

步骤205至步骤206分别与第一实施方式中的步骤105至106相对应，在此不再赘述。

通过以上内容，不难发现，在手持遥控终端与无人机在获取各自的方向信息时，分别检测各自是否处于水平位置，若处于非水平位置，则进行误差校正。保证获取的方向信息的准确度较高。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种无人机无头模式的控制系统，如图3所示，包含：无人机和手持遥控终端，手持遥控终端包含：第一方向信息获取模块，用于获取本终端的方向信息；飞行指令生成模块，用于根据用户的操作指令和所述方向信息，得到方向指示信息，并在生成的飞行指令中携带方向指示信息；发送模块，用于将飞行指令生成模块生成的飞行指令发送至所述无人机；无人机包含：接收模块，用于接收飞行指令；第二方向信息获取模块，用于获取无人机的方向信息；命令处理模块，用于根据获取的自身方向信息和飞行指令中携带的方向指示信息，计算出无人机的飞行参考前方；执行模块，用于在无人机计算出飞行参考前方后，执行飞行指令。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种无人机无头模式的控制系统。第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：第一方向信息获取模块还包括判断子模块和计算子模块，手持遥控终端获取本终端的方向信息时，检测手持遥控终端是否处于水平位置，若处于非水平位置，则进行误差校正。保证获取的方向信息的准确度较高。

具体的说，判断子模块，用于判断手持遥控终端当前是否处于水平位置；计算子模块，用于在判断子模块判定处于水平位置时，利用磁传感器计算方向信息；在判断子模块判定不处于水平位置时，获取本终端的俯仰角度和横滚角度，并根据俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算手持遥控终端的方向信息。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

值得一提的是，第三、第四实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无人机无头模式的实现方法，其特征在于，包含以下步骤：

手持遥控终端获取本终端的方向信息；

所述手持遥控终端在向无人机发送飞行指令时，根据用户的操作指令和所述方向信息，得到方向指示信息，并在该飞行指令中携带所述方向指示信息；

所述无人机在接收到所述飞行指令后，所述无人机获取自身的方向信息，并根据所述获取的自身的方向信息和所述飞行指令中携带的所述方向指示信息，计算出所述无人机的飞行参考前方，执行所述飞行指令。

2.根据权利要求1所述的无人机无头模式的实现方法，其特征在于，所述手持遥控终端获取本终端的方向信息的步骤中，所述手持遥控终端利用磁传感器计算所述方向信息。

3.根据权利要求1所述的无人机无头模式的实现方法，其特征在于，所述手持遥控终端获取本终端的方向信息的步骤中，包含以下子步骤：

判断所述手持遥控终端当前是否处于水平位置；

如果处于水平位置，则所述手持遥控终端利用磁传感器计算所述方向信息；

如果不处于水平位置，则所述手持遥控终端获取本终端的俯仰角度和横滚角度；

所述手持遥控终端根据所述俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算所述手持遥控终端的方向信息。

4.根据权利要求1所述的无人机无头模式的实现方法，其特征在于，所述无人机获取自身的方向信息的步骤中，所述无人机利用磁传感器计算自身的方向信息。

5.根据权利要求1所述的无人机无头模式的实现方法，其特征在于，所述无人机获取自身的方向信息的步骤中，包含以下子步骤：

判断所述无人机当前是否处于水平位置；

如果处于水平位置，则所述无人机利用磁传感器计算自身的方向信息；

如果不处于水平位置，则所述无人机获取自身的俯仰角度和横滚角度；

所述无人机端根据自身的俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算所述无人机的方向信息。

6.根据权利要求1所述的无人机无头模式的实现方法，其特征在于，所述根据用户的操作指令和所述方向信息，得到方向指示信息的步骤中，包含以下子步骤：

所述手持遥控终端以本终端的方向信息作为参考方向，结合所述操作指令中指示的方向，得到所述方向指示信息；

其中，所述操作指令中指示的方向包含以下任意一种：

向前、向后、向左、向右。

7.一种无人机无头模式的控制系统，包含无人机和手持遥控终端，其特征在于，所述手持遥控终端包含：

第一方向信息获取模块，用于获取本终端的方向信息；

飞行指令生成模块，用于根据用户的操作指令和所述方向信息，得到方向指示信息，并在生成的飞行指令中携带所述方向指示信息；

发送模块，用于将所述飞行指令生成模块生成的飞行指令发送至所述无人机；

所述无人机包含：

接收模块，用于接收所述飞行指令；

第二方向信息获取模块，用于获取无人机的方向信息；

命令处理模块，用于根据获取的自身方向信息和所述飞行指令中携带的所述方向指示信息，计算出所述无人机的飞行参考前方；

执行模块，用于在所述无人机计算出所述飞行参考前方后，执行所述飞行指令。

8.根据权利要求7所述的无人机无头模式的控制系统，其特征在于，所述第一方向信息获取模块、和/或所述第二方向信息获取模块各利用磁传感器计算所述方向信息。

9.根据权利要求7所述的无人机无头模式的控制系统，其特征在于，所述第一方向信息获取模块包含：

判断子模块，用于判断所述手持遥控终端当前是否处于水平位置；

计算子模块，用于在所述判断子模块判定处于水平位置时，利用磁传感器计算所述方向信息；在所述判断子模块判定不处于水平位置时，获取本终端的俯仰角度和横滚角度，并根据所述俯仰角度和横滚角度，以及磁传感器检测到的三轴上的磁场强度，计算所述手持遥控终端的方向信息。