CN106814749A - 一种基于多点控制的无人机系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于多点控制的无人机系统及控制方法，通过在无人机的航程中交换对于无人机的控制权实现了对无人机的多点控制，从而确保当无人机超出某个控制端的视距范围后，其他控制端能够继续对无人机进行控制，进而确保无人机在航程中的安全性和稳定性。此外，主从控制端的划分以及控制权优先级的划分确保在无人机的航行过程中，对无人机的控制权不会出现空置，确保无人机的安全性。

Description

一种基于多点控制的无人机系统及控制方法

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，具体涉及一种基于多点控制的无人机系统及控制方法。

背景技术

目前，按照控制信号来源分类，无人机飞行控制方式主要有手动控制和程序控制；按照控制信号传输方式分类，无人机飞行控制方式主要包括线控和无线电遥控；而无线电遥控已经日渐成为了对于无人机的主流控制方法，无线电遥控依托于2.4GHz、WiFi、ZigBee、红外线、蓝牙或者移动4G/5G网络实现对于无人机的控制。

然而，现有技术中大都是以一对一的控制模式控制无人机，当无人机超出视距范围后，操控者很难去控制无人机安全稳定起降在一个指定区域，更无法轻易实现远程装卸货物并安全往返。

公布号为CN105575095A的专利申请公开了一种无人机双遥控器系统，该系统包括主遥控器和从遥控器，主遥控器操作指令具有高优级，当主遥控器操作时，从遥控的操作权限立即被剥夺。该系统的目的在于降低无人机教学过程中的操作风险，根据文献记载，现有的教学模式中即便教练在学员身边进行指导，由于涉及遥控器的交换，新手练习教学过程中仍然具有较大的风险，其发明目的在于避免遥控器传递操作，提高无人机操控的及时性，由于发明目的特殊性，主遥控器和从遥控器的使用者的距离就近不就远，不希望是超视距的远距离异地进行教学。并未揭示和解决多个控制端在远距离异地安全准确控制的技术问题。

公布号为CN105892484A的专利申请公开了一种至少具备两个控制端的无人机控制系统。根据文献记载，现有飞行器需要操控的因素更多，并且由于人机是分离的，需要控制人员具有较强的空间想象能力，若还要同时对无人飞行器上的搭载设备，如航拍设备、计量设备，进行额外控制的话，那就进一步增加了无人飞行器的控制难度。其发明目的在于使用多个控制端分解同一个无人机的控制指令或功能，简化控制。并未揭示和解决多个控制端在远距离异地安全准确控制的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于多点控制的无人机系统及控制方法，通过在无人机的航程中交换对于无人机的控制权实现了对无人机的多点控制，从而确保当无人机超出某个控制端的视距范围后，其他控制端能够继续对无人机进行控制，进而确保无人机在航程中的安全性和稳定性，尤其是能确保在航程目的地的起降安全。

本发明是以如下技术方案实现的，一种基于多点控制的无人机系统，包括多个控制端和无人机，所述无人机受控于持有控制权的所述控制端；

所述多个控制端包括主控制端和分控制端，所述主控制端具有所述控制权的分配权；

所述主控制端和所述分控制端分别具有用于获取位置信息的位置获取模块；

所述主控制端和所述分控制端分别具有无线通讯模块；所述主控制端能够通过所述无线通讯模块对所述分控制端进行所述控制权的权限分配；所述分控制端能够将其位置信息通过所述无线通讯模块发送至所述主控制端。

进一步地，所述主控制端用于分配各个所述分控制端对于所述无人机进行控制的优先权。

进一步地，默认无人机的控制权在主控制端，若主控制端将控制权分配给分控制端，则无人机只接受分控制端对其发出的操作指令直至主控制端收回控制权。

进一步地，所述主控制端对无人机发出的操作指令具备最高优先级。

进一步地，所述主控制端对无人机发出的紧急操作指令具备最高优先级。

进一步地，所述紧急操作指令包括控制无人机的悬停指令和/或紧急降落指令。

进一步地，所述主控制端、分控制端和无人机之间均通过卫星通讯、无线电和高速移动通讯网络系统中的最少一种进行通讯。

一种基于多点控制的无人机控制方法，包括：

由主控制端控制无人机飞行，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端将控制权分配至分控制端，由分控制端控制所述无人机飞行至目的地。

进一步地，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端控制无人机在所述中转位置上方的安全高度悬停，并将控制权分配至分控制端后，由分控制端控制无人机飞行至目的地。

进一步地，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端控制无人机在所述中转位置上方的安全高度悬停，由分控制端向主控制端申请对无人机的控制权后，由主控制端将控制权分配至分控制端。

进一步地，在分控制端控制无人机飞行过程中，主控制端能够随时收回分控制端对于无人机的控制权。

进一步地，由主控制端或分控制端控制无人机返航。

进一步地，无人机根据出航路径和预设飞行速度计算飞行所需时间，并将所述时间传输至主控制端和分控制端。

进一步地，所述主控制端和所述分控制端共享所述无人机的飞行数据信息、视频信息和传感采集信息中的最少一种信息。

进一步地，所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述无人机同时向该选定的分控制端发送验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

进一步地，所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述主控制端同时向该选定的分控制端和所述无人机发送同样的验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

进一步地，检测所述无人机与所述主控制端和所述分控制端之间是否断线，若当前控制端断线，则无人机的控制权转移至与当前控制端距离最近的未断线的控制端。

进一步地，若无人机与所有控制端均断线，则执行悬停指令，若预定时间内仍无法与任一控制端建立通讯连接时执行返航指令，又或，直接执行返航指令。

本发明提出了一种基于多点控制的无人机系统及控制方法，具有如下有益效果：

(1)通过在无人机的航程中交换对于无人机的控制权实现了对无人机的多点控制，从而确保当无人机超出某个控制端的视距范围后，其他控制端能够继续对无人机进行控制，进而确保无人机在航程中的安全性和稳定性；

(2)利用卫星通讯、无线电或高速移动通讯网络系统，如4G或5G，通过移动通讯网络来实现多点控制无人机在安全区域内起降，能够保证无人机在操控者视野里安全、稳定进行起降；

(3)主从控制端的划分以及控制权优先级的划分确保在无人机的航行过程中，对无人机的控制权不会出现空置，确保无人机的安全性。

附图说明

图1是实施例1中提供的无人机系统逻辑示意图；

图2是实施例2中提供的无人机系统通讯示意图；

图3是实施例2中提供的无人机控制方法流程图；

图4是实施例3中提供的无人机控制方法流程图。

具体实施方法

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1：

一种基于多点控制的无人机系统，如图1所示，包括多个控制端和无人机，所述无人机受控于持有控制权的所述控制端；

所述多个控制端包括主控制端和分控制端，所述主控制端具有所述控制权的分配权；

所述主控制端和所述分控制端分别具有用于获取位置信息的位置获取模块；

所述主控制端和所述分控制端分别具有无线通讯模块；所述主控制端能够通过所述无线通讯模块对所述分控制端进行所述控制权的权限分配；所述分控制端能够将其位置信息通过所述无线通讯模块发送至所述主控制端。

进一步地，分控制端也可以通过发送位置信息给主控制端实现主控制端向分控制端的投送；反之主控制端也可以发送位置信息给分控制端实现分控制端向主控制端的投送；再者分控制端也可以发送位置信息给第二分控制端实现分控制端向第二分控制端的投送，以此类推，实现主控制端与分控制端，以及分控制端与分控制端之间的相互投送。

具体地，所述主控制端、分控制端和无人机之间均通过卫星通讯、无线电和高速移动通讯网络系统中的最少一种进行通讯。

进一步地，所述主控制端和所述分控制端还可以共享所述无人机的飞行数据信息、视频信息和传感采集信息中的最少一种信息。具体地，所述飞行数据信息包括无人机的机身各部为温度、环境温度、环境天气、飞行姿态、飞行高度、当前坐标位置、飞行速度、加速度、飞行方向、预定飞行轨迹、实际飞行轨迹、预定飞行时间、实际飞行时间、电量中的最少一种。

具体地，所述主控制端用于分配各个所述分控制端对于所述无人机进行控制的优先权。一般情况下，默认无人机的控制权在主控制端，若主控制端将控制权分配给分控制端，则无人机只接受分控制端对其发出的操作指令直至主控制端收回控制权。

进一步地，为提升无人机控制的安全性，所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述无人机同时向该选定的分控制端发送验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

进一步地，在其它可行的实施例中，为提升无人机控制的安全性，可以由所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述主控制端同时向该选定的分控制端和所述无人机发送同样的验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

具体地，所述主控制端对无人机发出的操作指令和紧急操作指令均具备最高优先级。所述紧急操作指令包括控制无人机的悬停指令和/或紧急降落指令。

进一步地，为提升无人机控制的安全性，本发明实施例还提供了断线情况下的紧急控制机制。具体地，若当前控制端断线，则无人机的控制权转移至与当前控制端距离最近的未断线的控制端。若无人机与所有控制端均断线，则执行悬停指令，若预定时间内仍无法与任一控制端建立通讯连接时执行返航指令，又或，直接执行返航指令。

具体地，无人机与其控制端之间可以通过心跳包的收发判断是否断线。若无人机预定时间内没有收到控制端的心跳包，即可判定相应的控制端断线，从而运行紧急控制机制。

本实施例提供了一种基于多点控制的无人机系统，能够实现对于无人机控制权的转移，从而为对于无人机的多点控制提供了条件。本实施例提供的基于多点控制的无人机系统能够实现在无人机的航程中交换对于无人机的控制权，从而确保当无人机超出某个控制端的视距范围后，其他控制端能够继续对无人机进行控制，进而确保无人机在航程中的安全性和稳定性。

实施例2：

一种基于多点控制的无人机控制方法，如图2所示，使用基于两点控制的无人机系统，所述无人机系统包括移动主控制端A、移动分控制端B和无人机C。无人机C与两个移动控制端均进行通讯，移动主控制端A与移动分控制端B之间也能够进行通讯。

本实施例中通过无人机C实现对于货物的运送，移动主控制端A位于出发点，移动分控制端B位于目的地，移动主控制端A与移动分控制端B在无人机起飞、航行以及到达过程中均可进行相互通信。在出发点向无人机C装载货物，到达目的地后卸载货物，然后控制无人机C返航。对于无人机C的控制方法如图3所示，包括：

S201.无人机C根据出航路径和预设飞行速度计算飞行所需时间，并将所述时间传输至移动主控制端A和移动分控制端B；

S202.由移动主控制端A控制无人机C飞行，当无人机C在出航过程中到达预设中转位置时，移动主控制端A控制无人机C在所述中转位置上方的安全高度悬停；

S203.移动分控制端B向移动主控制端A申请对于无人机C的控制权；

S204.移动主控制端A将对于无人机C的控制权转移至移动分控制端B，移动主控制端A保持与无人机C的通信并能够随时收回对于无人机C的控制权；

S205.移动分控制端B控制无人机C飞行至目的地并安全降落；

由移动分控制端B控制无人机C的过程中，若出现意外情况，移动主控制端A能够随时收回移动分控制端B对于无人机的控制权。

S206.返航时，移动分控制端B控制无人机C按照预设的轨迹避障返航至出发地。

本实施例中，在无人机C航行过程中，对于无人机C的控制权进行了切换。在飞机起飞时，无人机C位于移动主控制端A的视距之内，移动主控制端的控制者在能够看清无人机C的情况下对无人机C控制的起飞和悬停，从而能够实现优质的控制效果。当无人机C控制权被转移至移动从控制端B后，当无人机飞至目的地时，无人机位于移动从控制端B的视距之内，移动从控制端B的控制者在能够看清无人机C的情况下对无人机控制无人机降落。可见，无人机的起飞、悬停和降落等关键步骤均处于控制者的视距之内，从而有效保证无人机航行过程中的安全性和稳定性。此外，在出发点由移动主控制端的控制者安排装载货物，控制权转移后，移动从控制端B的控制者能够及时知晓无人机的航行进展，并可以安排无人机降落在有利于卸货的位置并及时安排卸载货物，可见，控制权的转移也能够显著提升无人机参与的相关作业的运转效率。

本实施例提供了一种基于多点控制的无人机控制方法，通过控制权的转移确保当无人机超出某个控制端的视距范围后，其他控制端能够继续对无人机进行控制，进而确保无人机在航程中的安全性和稳定性；进一步地，还能够使得无人机参与的工作有更加灵活的作业方式。

实施例3：

一种基于多点控制的无人机控制方法，使用基于两点控制的无人机系统，所述无人机系统包括移动主控制端A、移动分控制端B和无人机C。无人机C与两个移动控制端均进行通讯，移动主控制端A与移动分控制端B之间也能够进行通讯。

本实施例中通过无人机C实现对于货物的运送，移动主控制端A位于出发点，移动分控制端B位于目的地，移动主控制端A与移动分控制端B在无人机起飞、航行以及到达过程中均可进行相互通信。在出发点向无人机C装载货物，到达目的地后卸载货物，然后控制无人机C返航。对于无人机C的控制方法如图3所示，包括：

S301.无人机C根据出航路径和预设飞行速度计算飞行所需时间，并将所述时间传输至移动主控制端A和移动分控制端B；

S302.由移动主控制端A控制无人机C飞行，当无人机C在出航过程中到达预设中转位置时，移动主控制端A控制无人机C在所述中转位置上方的安全高度悬停；

S303.移动主控制端A主动将对于无人机C的控制权转移至移动分控制端B，移动主控制端A保持与无人机C的通信并能够随时收回对于无人机C的控制权；

S304.移动分控制端B控制无人机C飞行至目的地并安全降落；

由移动分控制端B控制无人机C的过程中，若出现意外情况，移动主控制端A能够随时收回移动分控制端B对于无人机的控制权。

S305.返航时，移动分控制端B控制无人机C飞至预设位置的安全高度并悬停，并通知移动主控制端A；

S306.移动主控制端A取消移动分控制端B对于无人机C的控制权，并控制无人机C按照预设的轨迹避障返航至出发地。

本实施例中，移动主控制端A和移动分控制端B之间为超视距的存在关系，移动主控制端A对无人机有最高级控制权，同时还能释放对无人机的控制权并让移动分控制端B继续控制无人机，当移动分控制端B控制无人机完成相应工作后与移动主控制端A通讯，移动主控制端A取消移动分控制端B的控制权并重新控制无人机返航。在整个过程中，移动分控制端B需要向移动主控制端A申请并得到移动主控制端A的许可才可以操控无人机，移动主控制端A可以随时中断移动分控制端B对无人机的控制权。

本实施例提供了另一种基于多点控制的无人机控制方法，能实现多点远程移动控制无人机，即主机能通过交换对无人机的控制权，可以让不同地点的分机对无人机进行继续控制，从而让无人机在不同地方通过分机进行作业，在整个过程中主机始终保持对无人机的最高控制权。

本实施例能够利用卫星通讯、无线电或高速移动通讯网络系统，如4G或5G，通过移动通讯网络来实现多点控制无人机在安全区域内起降，这样可以保证无人机在操控者视野里安全、稳定进行起降并进行相关作业。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，包括多个控制端和无人机，所述无人机受控于持有控制权的所述控制端；

所述多个控制端包括主控制端和分控制端，所述主控制端具有所述控制权的分配权；

所述主控制端和所述分控制端分别具有用于获取位置信息的位置获取模块；

所述主控制端和所述分控制端分别具有无线通讯模块；所述主控制端能够通过所述无线通讯模块对所述分控制端进行所述控制权的权限分配；所述分控制端能够将其位置信息通过所述无线通讯模块发送至所述主控制端。

2.根据权利要求1所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，所述主控制端用于分配各个所述分控制端对于所述无人机进行控制的优先权。

3.根据权利要求1所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，默认无人机的控制权在主控制端，若主控制端将控制权分配给分控制端，则无人机只接受分控制端对其发出的操作指令直至主控制端收回控制权。

4.根据权利要求1所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，所述主控制端对无人机发出的操作指令具备最高优先级。

5.根据权利要求1所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，所述主控制端对无人机发出的紧急操作指令具备最高优先级。

6.根据权利要求5所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，所述紧急操作指令包括控制无人机的悬停指令和/或紧急降落指令。

7.根据权利要求1所述的一种基于多点控制的无人机系统，其特征在于，所述主控制端、分控制端和无人机之间均通过卫星通讯、无线电和高速移动通讯网络系统中的最少一种进行通讯。

8.一种基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，包括：

由主控制端控制无人机飞行，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端将控制权分配至分控制端，由分控制端控制所述无人机飞行至目的地。

9.根据权利要求8所述的一种基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端控制无人机在所述中转位置上方的安全高度悬停，并将控制权分配至分控制端后，由分控制端控制无人机飞行至目的地。

10.根据权利要求8所述的一种基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，当无人机在出航过程中到达预设中转位置时，主控制端控制无人机在所述中转位置上方的安全高度悬停，由分控制端向主控制端申请对无人机的控制权后，由主控制端将控制权分配至分控制端。

11.根据权利要求8所述的一种基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，在分控制端控制无人机飞行过程中，主控制端能够随时收回分控制端对于无人机的控制权。

12.根据权利要求8所述的一种基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，由主控制端或分控制端控制无人机返航。

13.根据权利要求8-12中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，无人机根据出航路径和预设飞行速度计算飞行所需时间，并将所述时间传输至主控制端和分控制端。

14.根据权利要求8-12中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，所述主控制端和所述分控制端共享所述无人机的飞行数据信息、视频信息和传感采集信息中的最少一种信息。

15.根据权利要求8-12中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述无人机同时向该选定的分控制端发送验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

16.根据权利要求8-12中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，所述主控制端向选定的分控制端分配控制权的同时，所述主控制端同时向该选定的分控制端和所述无人机发送同样的验证码，该分控制端向所述无人机返回验证码并通过验证后获取所述无人机的控制权。

17.根据权利要求8-12中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，若当前控制端断线，则无人机的控制权转移至与当前控制端距离最近的未断线的控制端。

18.根据权利要求1-17中任意一项所述的基于多点控制的无人机控制方法，其特征在于，若无人机与所有控制端均断线，则执行悬停指令，若预定时间内仍无法与任一控制端建立通讯连接时执行返航指令，又或，直接执行返航指令。