CN106125761B - 无人机导航系统和导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无人机导航系统和导航方法，无人机导航系统包括：无人机，后台主机，定位模块，姿态传感器，飞行控制模块，通话模块等，本发明与现有技术相比，其外壁为可弯曲柔性显示屏，整个外壁都是显示屏幕，易于获取文字信息和调整文字状态，并且增加了姿态传感器、定位模块等装置，可以解决无人机在动态飞行时候的信息显示问题，特别是在无人机盘旋、起伏、旋转、晃动过程中能跟随使用者位置，保证显示内容相对使用者的稳定，可以保证无人机上的显示内容可抗盘旋、抗旋转等效果，显示的内容稳定，并且通过对话模块实现的导航人性化、智能化。

Description

无人机导航系统和导航方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机导航系统应用该无人机导航系统的导航方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。目前的无人机不仅在军事领域广泛应用，而且在人们的日常生活中也起到良好的作用，例如，一种无人机可以在展览馆、汽车站、超市、停车场等场所的对用户进行导览、导游、导航。但是目前的此类无人机显示屏固定，而且处于飞行状态、旋转状态时，用户看不清楚甚至无法看到屏幕上的文字信息，无人机不具备调整显示屏的功能，十分不便。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此本发明的第一目的在于提供一种无人机导航系统，其具体技术方案如下：

一种无人机导航系统，包括无人机本体和定位模块，无人机本体包括主控电路、姿态传感器、飞行控制模块、无线收发模块及显示装置，其中，所述主控电路对姿态传感器、飞行控制模块、及显示装置进行控制；所述飞行控制模块，用于对无人机本体进行飞行控制；所述显示装置，用于显示导航信息；所述姿态传感器，用于检测无人机本体的倾斜角度和旋转角速度，所述主控电路根据姿态传感器获得的倾斜角度和旋转角速度调整所述显示屏的显示信息，使所述显示信息保持稳定可视状态；定位模块，其用于识别用户，并监测无人机与用户的相对位置，将该相对位置数据通过无线收发模块传送给所述主控电路或后台主机，主控电路或后台主机根据该相对位置数据控制无人机与用户的距离。

根据本发明的一个示例，当姿态传感器检测到无人机本体与用户相对静止时，所述主控电路控制所述显示装置面向用户的一面显示信息；当姿态传感器检测到无人机本体相对于水平面侧倾时，所述主控电路根据侧倾的角度反向纠正显示内容，使显示内容保持水平状态；当姿态传感器检测到无人机本体处于旋转状态时，所述主控电路根据旋转的角速度纠正显示内容，使显示内容始终朝向用户显示；当姿态传感器检测到无人机本体处于旋转状态、并相对于水平面侧倾时，所述主控电路根据侧倾的角度和旋转的角速度纠正显示内容，使显示内容朝向用户显示并保持水平状态。

根据本发明的一个示例，还包括通话模块，用于在主控电路或后台主机的控制下，接收用户发出的语音指令，并向用户发出语音导航信息。

根据本发明的一个示例，所述定位模块包括一个或多个定位摄像头。

根据本发明的一个示例，所述显示装置为柔性显示屏，该柔性显示屏环绕设置于无人机本体的外壁。

根据本发明的一个示例，所述姿态传感器包括陀螺仪和角速度传感器。

根据本发明的一个示例，显示屏的显示信息相对于无人机本体与人眼间的连线对称，即无人机本体的文字显示信息处于最佳显示位置。

根据本发明的无人机导航系统，与现有技术相比，其外壁为可弯曲柔性显示屏，整个外壁都是显示屏幕，易于获取文字信息和调整文字状态，并且增加了姿态传感器、定位模块等装置，可以解决无人机在动态飞行时候的信息显示问题，特别是在无人机盘旋、起伏、旋转、晃动过程中能跟随使用者位置，保证显示内容相对使用者的稳定，可以保证无人机上的显示内容可抗盘旋、抗旋转等效果，显示的内容稳定，并且通过对话模块实现的导航人性化、智能化。

另外，本发明的第二目的在于提供一种应用上述无人机导航系统的导航方法。其包括如下步骤：

以无人机和用户在地面的投影建立参考坐标系，其中，无人机的投影点为原点，用户与无人机连线的投影相对于X轴的夹角为θ；无人机识别用户是否出现，若用户未出现，则显示屏的像素点A不显示信息；若用户出现，则根据所述夹角θ调整像素点A的最佳显示位置，该最佳显示位置在显示屏上的坐标为(a*θ/360，b/2)，其中，显示屏的像素参数为a×b；设所述显示屏的像素点A的初始位置A1为(x，y)，姿态传感器检测无人机的瞬时旋转角速度ωt，则像素点A在旋转了时间t秒后的位置A2为(x-a*ωt/360，y)，所述主控电路根据A2的位置信息将像素点A相对于旋转方向反向调整a*ωt/360，获得像素A调整后的位置数据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的无人机导航系统的示意图；

图2为本发明实施例的无人机导航系统的无人机的内部结构示意图；

图3为本发明实施例的无人机导航系统的无人机的工作状态图(一)；

图4为本发明实施例的无人机导航系统的无人机的工作状态图(二)；

图5为本发明实施例的无人机导航系统的无人机与用户处于相对静止状态的示意图；

图6为本发明实施例的无人机导航系统的无人机处于倾斜状态的示意图；

图7为本发明实施例的无人机导航系统的无人机处于旋转状态的示意图；

图8为本发明实施例的无人机导航系统的图像稳定显示算法的示意图(一)；

图9为本发明实施例的无人机导航系统的图像稳定显示算法的示意图(二)；

图10为本发明实施例的无人机导航系统的图像稳定显示算法的示意图(三)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

结合附图1-10所示，本发明公开了一种无人机导航系统和应用该无人机导航系统的导航方法，无人机导航系统包括：无人机、定位模块、后台主机及无人机上设置的姿态传感器、飞行控制模块、主控电路、通话模块等。

如图1和2所示，无人机本体内设置有主控电路和定位模块，无人机本体的外形类似于圆柱形，当然也可以为其他形状，无人机本体的外壁均为可弯曲柔性的显示屏，方便用户在各个角度观察显示屏的文字信息；后台主机与主控电路和定位模块通过无线数据控制连接，用于操作整个无人机导航系统；外置摄像头与后台主机数据连接，外置摄像头获取用户位置信息，并将该位置信息传输至后台主机，后台主机根据该位置信息及定位模块发出的定位信息，通过主控电路驱动无人机靠近用户。定位模块监测无人机与用户的相对位置，并将该相对位置的数据信息传输至后台主机，后台主机根据该数据信息调整无人机本体与用户的相对位置，需要说明的是，定位模块可以是无人机本体自身的传感设备，也可以是控制端跟无人机本体自身一起完成对任务，也可以是外部的其他设备提供的精确定位数据，只要能够满足获取用户与无人机的相对位置的数据即可。本实施例的姿态传感器设置在无人机本体上，姿态传感器与主控电路相连接，姿态传感器用于检测无人机本体的倾斜角度和旋转角速度，主控电路根据无人机的倾斜角度和旋转角速度调整显示屏的文字信息，使文字信息保持稳定可视状态；飞行控制模块，其设置在无人机本体上，并与主控电路相连接，主控电路通过飞行控制模块对无人机本体进行飞行控制；通话模块，其设置在无人机上，并与主控电路相连接，主机通过通话模块与用户沟通，获得用户想去的目的地，并引导用户行走。

如图3和4所示，本实施例的无人机导航系统的具体过程如下：首先无人机本体处于待机状态，后台主机通过外置摄像头获取信息，获得用户位置，定位模块检测用户与无人机本体的相对位置，后台主机通过主控电路驱动无人机本体飞近用户，当无人机本体跟人接近2米时候跟用户打招呼，通过通话模块发出声音，显示欢迎内容，并悬停于用户1.5米处。随后主机通过无人机麦克风、扬声器与用户沟通，获得用户想去的目的地，告知用户跟随他，中途显示导航信息，主机根据用户目的地，驱动无人机引导用户行走。在无人机本体的行走过程中，当无人机本体位置变化，内容最佳显示有变化时，姿态传感器检测无人机的倾斜角度和旋转角速度，主控电路根据无人机的倾斜角度和旋转角速度调整显示屏的文字信息，使文字信息保持稳定可视状态，即时刻使无人机本体显示屏的文字处于用户最佳可视位置，需要说明的是，该用户最佳可视位置为无人机和人眼连线的轴线处。

如图2所示，具体的，在本实施例中，通话模块包括麦克风和扬声器，麦克风和扬声器分别与主控电路相连接。用户通过麦克风向无人机本体和后台主机传输指令，无人机通过扬声器向用户发出指示或提示语音。

如图5、6、7所示，具体的，在本实施例中，主控电路根据无人机本体的倾斜角度和旋转角速度调整显示屏的文字信息，文字信息与用户视线相匹配的情况包括以下三种情况：如图5所示，当无人机本体与用户相对静止时，显示屏面向用户的一面显示文字信息。又如图6所示，当无人机相对于用户侧倾时，根据该侧倾的角度，反向纠正显示屏的显示内容，使文字信息保持稳定可视状态。又如图7所示，当无人机处于旋转状态时，根据旋转的角速度纠正显示内容，使文字信息朝向用户显示，并保持稳定可视状态。当姿态传感器检测到无人机本体处于旋转状态、并相对于水平面侧倾时，所述主控电路根据侧倾的角度和旋转的角速度纠正显示内容，使显示内容朝向用户显示并保持水平状态。

如图8、9、10所示，具体的，在本实施例中，使文字信息保持稳定可视状态的方法，即为使显示屏的文字处于用户最佳可视位置的方法为图像稳定显示算法，图形稳定显示，是无人机本体显示屏上显示的字符相对于用户相对稳定。以无人机本体与用户所在地(包括展览馆、汽车站、超市、停车场等等)的坐标系为参考平面坐标系，无人机本体与用户之间有两个重要的动态变量：变量1：无人机与人的连线与房间坐标系的夹角θ；变量2：无人机与房间的相对角度运动ω。

如图8所示，无人机本体与人的关系为三维空间关系，把问题简化，从俯图看，用户无外乎在无人机本体的前后左右。都以房间坐标系为参考坐标系。以显示屏的像素点A的显示为例，把显示屏展开，就是一个矩形，显示屏的像素参数为a×b，共ab个像素点，将无人机本体与用户所在地点的平面坐标系为参考平面坐标系，以无人机本体的位置作为原点，以a为横坐标，b为纵坐标。

如图9所示，当用户未出现时候，像素点A不显示，当人出现后，可确定无人机与人形成的角度θ，并调整像素点A至位置(a*θ/360，b/2)。

如图10所示，当无人机相对于用户旋转时，像素点A上的初始位置A1为(x，y)，像素点A在旋转了时间t秒后的位置A2(x-a*ωt/360，y)，则将像素点A相对于旋转方向反向调整a*ωt/360，像素A调整后的位置为(x-a*ωt/360，y)，需要注意的是，由于ω是动态的，需要对这个变化进行积分，防止计算误差的积累，可对这个过程在一段时间内清零重新计算(如15秒)，重新显示结果。

需要说明的是，本实施例中的无人机的数量可以为多个，多个无人机本体均与后台主机相匹配，即一个后台主机可以匹配操控多个无人机。

综上所述，根据本发明的无人机导航系统，与现有技术相比，其外壁为可弯曲柔性显示屏，整个外壁都是显示屏幕，易于获取文字信息和调整文字状态，并且增加了姿态传感器、定位模块等装置，可以解决无人机在动态飞行时候的信息显示问题，特别是在无人机盘旋、起伏、旋转、晃动过程中能跟随使用者位置，保证显示内容相对使用者的稳定，可以保证无人机上的显示内容可抗盘旋、抗旋转等效果，显示的内容稳定，并且通过对话模块实现的导航人性化、智能化。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种无人机导航系统，包括无人机本体和定位模块，其特征在于，

无人机本体包括主控电路、姿态传感器、飞行控制模块、无线收发模块及显示装置，其中，所述主控电路对姿态传感器、飞行控制模块、及显示装置进行控制；所述飞行控制模块，用于对无人机本体进行飞行控制；所述显示装置，用于显示导航信息；所述姿态传感器，用于检测无人机本体的倾斜角度和旋转角速度，所述主控电路根据姿态传感器获得的倾斜角度和旋转角速度调整所述显示屏的显示信息，使所述显示信息保持稳定可视状态；

定位模块，其用于识别用户，并监测无人机与用户的相对位置，将该相对位置数据通过无线收发模块传送给所述主控电路或后台主机，主控电路或后台主机根据该相对位置数据控制无人机与用户的距离；

当姿态传感器检测到无人机本体与用户相对静止时，所述主控电路控制所述显示装置面向用户的一面显示信息；

当姿态传感器检测到无人机本体相对于水平面侧倾时，所述主控电路根据侧倾的角度反向纠正显示内容，使显示内容保持水平状态；

当姿态传感器检测到无人机本体处于旋转状态时，所述主控电路根据旋转的角速度纠正显示内容，使显示内容始终朝向用户显示；

当姿态传感器检测到无人机本体处于旋转状态、并相对于水平面侧倾时，所述主控电路根据侧倾的角度和旋转的角速度纠正显示内容，使显示内容朝向用户显示并保持水平状态。

2.根据权利要求1所述的无人机导航系统，其特征在于，

还包括通话模块，用于在主控电路或后台主机的控制下，接收用户发出的语音指令，并向用户发出语音导航信息。

3.根据权利要求1所述的无人机导航系统，其特征在于，所述定位模块包括一个或多个定位摄像头。

4.根据权利要求1所述的无人机导航系统，其特征在于，所述显示装置为柔性显示屏，该柔性显示屏环绕设置于无人机本体的外壁。

5.根据权利要求1所述的无人机导航系统，其特征在于，所述姿态传感器包括陀螺仪和角速度传感器。

6.根据权利要求4所述的无人机导航系统，其特征在于，优选的，显示屏的显示信息相对于无人机本体与人眼间的连线对称。

7.利用了权利要求6所述的无人机导航系统的导航方法，其特征在于包括如下步骤：

以无人机本体和用户在地面的投影建立参考坐标系，其中，无人机本体的投影点为原点，用户与无人机本体连线的投影相对于X轴的夹角为θ；

无人机本体识别用户是否出现，若用户未出现，则显示屏的像素点A不显示信息；若用户出现，则根据所述夹角θ调整像素点A的最佳显示位置，该最佳显示位置在显示屏上的坐标为(a*θ/360，b/2)，其中，显示屏的像素参数为a×b；

设所述显示屏的像素点A的初始位置A1为(x，y)，姿态传感器检测无人机本体的瞬时旋转角速度ωt，则像素点A在旋转了时间t秒后的位置A2为(x-a*ωt/360，y)，所述主控电路根据A2的位置信息将像素点A相对于旋转方向反向调整a*ωt/360，获得像素A调整后的位置数据。