CN105867400A - 无人机的飞行控制方法和装置 - Google Patents

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张利军
李玉刚
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Abstract

本发明涉及一种无人机的飞行控制方法和装置。该无人机的飞行控制方法主要包括：以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。本发明可以精确控制无人机和拍摄对象之间的相对角度位置关系，更准确地控制无人机的飞行动作。

Description

无人机的飞行控制方法和装置
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机的飞行控制方法和装置。
背景技术
随着技术的日新月异，无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle，简称无人机)得到普及，广泛应用于航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等领域。
无人机拍摄不同于采用卫星、飞机或者直升机拍摄到的效果，为人们展现了世界的一个全新角度。目前，基于无人机的视频拍摄或图像采集，一般采用的是三维坐标系，控制的参数可以是无人机的距离坐标信息。在无人机拍摄视视频的过程中，采用上述三维坐标系无法描述无人机和拍摄对象之间的相对角度位置关系。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何准确地控制无人机的飞行动作。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种无人机的飞行控制方法，包括：
以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；
获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；
判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；
在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
对于上述无人机的飞行控制方法，在一种可能的实现方式中，以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系，包括：
将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系。
对于上述无人机的飞行控制方法，在一种可能的实现方式中，将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系，包括：
以所述用户选择的目标位置为原点，以重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上或YZ平面上。
对于上述无人机的飞行控制方法，在一种可能的实现方式中，判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作，包括：
根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；
判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
对于上述无人机的飞行控制方法，在一种可能的实现方式中，在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作，包括：
根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；
根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；
根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
为了解决上述技术问题，根据本发明的另一实施例，提供了一种无人机的飞行控制装置，包括：
建立模块，用于以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；
获取模块，与所述建立模块连接，用于获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；
判断模块，与所述获取模块连接，用于判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；
调整模块，与所述判断模块连接，用于在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
对于上述无人机的飞行控制装置，在一种可能的实现方式中，所述建立模块具体用于，
将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系。
对于上述无人机的飞行控制装置，在一种可能的实现方式中，所述建立模块具体用于，
以所述用户选择的目标位置为原点，以重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上或YZ平面上。
对于上述无人机的飞行控制装置，在一种可能的实现方式中，所述判断模块包括：
动作确定单元，用于根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；
判断单元，与所述动作确定单元连接，用于判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
对于上述无人机的飞行控制装置，在一种可能的实现方式中，所述调整模块包括：
调整值确定单元，用于根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；
计算单元，与所述调整值确定单元连接，用于根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；
飞行姿态调整单元，与所述计算单元连接，用于根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
有益效果
本发明实施例的无人机的飞行控制方法，通过在建立的角度坐标系中获取无人机的角度位置，从而调整无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。本发明可以精确控制无人机和拍摄对象之间的相对角度位置关系，更准确地控制无人机的飞行动作。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制方法的流程图；
图2示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制方法的另一流程图；
图3示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制方法的角度坐标系图；
图4示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制方法的另一流程图；
图5示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制装置的结构框图；
图6示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制装置的另一结构框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
图1示出根据本发明一实施例的无人机的飞行控制方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括步骤101至步骤104。在本实施例中，步骤101至步骤104主要在无人机侧完成。
步骤101、以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系。
其中，角度坐标系可以指通过角度表述某一点位置的坐标系。目标位置可以指无人机作出相对飞行运动的目标物(地点、人物、景物等)所处的具体位置。本实施例不限制目标位置的选取方式，可以由用户根据地图显示位置或输入位置名称等类似方式在客户端选取。客户端是指可以与无人机进行信息交互的程序或设备，控制设备包括但不限于遥控器、电脑、平板电脑以及手机等。
本实施例限制角度坐标系的原点为用户选取的目标位置，不限制X轴、Y轴和Z轴的选取方式。优选地，无人机的起始位置位于建立的角度坐标系的一个平面。其中，无人机的起始位置可以指无人机在开始执行飞行动作之前所处的位置。采用上述角度坐标系建立方式，可以使得无人机在初始角度位置中，与某个轴的角度坐标值为90度，方便运算，简化处理过程。
需要说明的是，角度坐标系在无人机执行一个或一整套飞行动作之前建立。在无人机的飞行过程中，角度坐标系的原点(目标位置)可以移动，从而更接近实际操作需求。举例来说，在无人机拍摄视频的过程中，选取拍摄物例如操控者所处的位置作为目标位置。以操控者所处的位置为原点，建立角度坐标系。具体而言，可以选择重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上(与Y轴的角度坐标值为90度)或YZ平面上(与X轴的角度坐标值为90度)。
步骤102、获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置。
在角度坐标系中，无人机的角度位置可以通过其与X轴、Y轴和Z轴的角度坐标值表示。无人机的角度位置可以提供无人机与目标位置的相对角度关系。本实施例不限制获取无人机在角度坐标系中的角度位置的方法。例如，可以通过视频反馈、设置双摄像头等类似方式获取无人机预设时间间隔例如0.5s或1s的角度位置，以实现精确的控制。需要说明的是，因为无人机与目标位置之间的距离不确定，仅通过角度位置无法判断无人机的具体位置。
步骤103、判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作(步骤103)，主要可以包括：
步骤201、根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；
步骤202、判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
优选地，在客户端内可以预先设置多种与各飞行动作对应的控制指令，作为飞行控制指令，例如向上/向下运动指令，俯视/仰视运动指令，向前/向后运动指令等。具体而言，客户端可以通过例如WIFI、无线电或蓝牙等无线通讯方式向无人机的飞行控制系统发送飞行控制指令。无人机机载的飞行控制系统在接收到飞行控制指令后，按照无人机的通用协议例如MAVLINK(Micro Air Vehicle Link，微型航空器连接协议)解析并执行对应的飞行动作。其中，飞行控制系统可以是安装在无人机上的一个或多个处理设备，例如单片机、数字信号处理器、现场可编程阵列或计算机等。
步骤104、在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作(步骤104)，主要可以包括：
步骤203、根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；
步骤204、根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；
步骤205、根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
其中，无人机的飞行姿态可以指在飞行过程中无人机机体轴相对于地面的角位置，飞行姿态数据具体可以包括俯仰角、偏航角和滚转角。具体而言，俯仰角可以表示无人机机体纵轴与水平面的夹角；偏航角可以表示无人机机体纵轴在水平面上的投影与该面上参数线之间的夹角；滚转角可以表示无人机对称平面与通过无人机机体纵轴的铅垂平面间的夹角。
本实施例以操控者采用无人机自拍为例进行示例性说明。如图3所示，无人机根据操控者所处的具体位置和无人机的初始位置，建立角度坐标系(步骤101)。其中，操控者所处的具体位置为角度坐标系的原点0，无人机用圆圈表示。无人机的初始角度位置(图3中的位置1)位于YZ平面上。此时，无人机的初始角度位置中，与X轴的角度坐标值为90度。
如图4所示，无人机收到俯视运动指令(步骤401)。无人机获取当前需要执行的俯视飞行动作对应的X轴、Y轴、Z轴的角度坐标值(图3中的位置2对应角度坐标值的(90，θ2，θ3))(步骤402)。根据惯性传感器和位置传感器获取的实时数据，计算当前时刻无人机在X轴、Y轴、Z轴的角度坐标值(图3中的位置3对应的角度坐标值(θ’1，θ’2，θ’3))(步骤403)。判断当前时刻无人机的角度坐标值是否符合俯视运动的飞行动作(步骤404)。如果符合，无人机直接根据飞行控制指令计算下一时刻无人机的飞行姿态数据(步骤406)，控制无人机的飞行姿态(步骤407)。如果不符合，无人机根据角度坐标值的变化确定角度调整值(步骤405)，并根据角度调整值计算补偿后对应的无人机的飞行姿态数据(步骤406)，控制无人机的飞行姿态(步骤407)。其中，惯性传感器可以用来测量无人机的加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动。位置传感器可以用来测量无人机的位置。
本发明实施例的无人机的飞行控制方法，通过在建立的角度坐标系中获取无人机的角度位置，从而调整无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。本发明可以精确控制无人机和拍摄对象之间的相对角度位置关系，更准确地控制无人机的飞行动作。
实施例2
图5示出根据本发明另一实施例的无人机的飞行控制装置的结构框图。如图5所示，该装置主要包括：建立模块11，用于以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；获取模块13，与所述建立模块11连接，用于获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；判断模块15，与所述获取模块13连接，用于判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；调整模块17，与所述判断模块15连接，用于在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。具体原理和示例可以参见实施例1以及图1的相关描述。
在一种可能的实现方式中，建立模块11具体用于，将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系。
在一种可能的实现方式中，建立模块11具体用于，以所述用户选择的目标位置为原点，以重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上或YZ平面上。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，判断模块15包括：动作确定单元151，用于根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；判断单元153，与所述动作确定单元连接，用于判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。具体原理和示例可以参见实施例1以及图2的相关描述。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，调整模块17包括：调整值确定单元171，用于根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；计算单元173，与所述调整值确定单元连接，用于根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；飞行姿态调整单元175，与所述计算单元连接，用于根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。具体原理和示例可以参见实施例1以及图2的相关描述。
本发明实施例的无人机的飞行控制装置，通过在建立的角度坐标系中获取无人机的角度位置，从而调整无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。本发明可以精确控制无人机和拍摄对象之间的相对角度位置关系，更准确地控制无人机的飞行动作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机的飞行控制方法，其特征在于，包括：
以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；
获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；
判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；
在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系，包括：
将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系，包括：
以所述用户选择的目标位置为原点，以重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上或YZ平面上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作，包括：
根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；
判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作，包括：
根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；
根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；
根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
6.一种无人机的飞行控制装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于以用户选择的目标位置作为原点，建立角度坐标系；
获取模块，与所述建立模块连接，用于获取所述无人机在所述角度坐标系中的角度位置；
判断模块，与所述获取模块连接，用于判断所述角度位置的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作；
调整模块，与所述判断模块连接，用于在不符合的情况下，根据所述角度位置的变化控制所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述建立模块具体用于，
将所述用户选择的目标位置作为所述角度坐标系的原点，并且，使所述无人机的起始位置位于所述角度坐标系的一个平面，建立所述角度坐标系。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立模块具体用于，
以所述用户选择的目标位置为原点，以重力方向为Z轴，X轴、Y轴分别与所述Z轴垂直，所述X轴与所述Y轴垂直，并且，所述无人机的起始位置位于XZ平面上或YZ平面上。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：
动作确定单元，用于根据来自客户端的飞行控制指令，确定所述无人机当前需要执行的飞行动作；
判断单元，与所述动作确定单元连接，用于判断所述无人机在所述X轴、所述Y轴和所述Z轴的角度坐标值的变化是否符合所述无人机当前需要执行的飞行动作。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：
调整值确定单元，用于根据所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度坐标值的变化，确定所述无人机在所述X轴、所述Y轴与所述Z轴的角度调整值；
计算单元，与所述调整值确定单元连接，用于根据所述角度调整值，计算所述无人机的飞行姿态数据；
飞行姿态调整单元，与所述计算单元连接，用于根据所述飞行姿态数据调整所述无人机的飞行姿态，以使得所述无人机符合当前需要执行的飞行动作。
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