CN108128455A - 一种多旋翼无人机控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多旋翼无人机控制方法，所述无人机包括机头、机身以及多个可折叠的旋翼，所述控制方法包括一键返航控制方法、绕圈飞行控制方法以及自动跟随控制方法，本发明一键返航模式控制方法的设计，操作步骤简单，且设置了返航高度和返航距离，能够针对多种不同的环境飞行，且能够保证无人机的返航安全，方法简单，容易操控；绕圈飞行，特别针对于新手，能够很快掌握飞行技巧。通过设置两种不同的跟随模式，能够实现不同的拍摄效果，满足不同场合的拍摄需求，且在跟随过程中，用户也可根据需要，切换跟随目标或者停止跟随，方法灵活可变。无人机的手势自拍功能可以针对所有的人群实现更好的拍摄，且选择比人体微高的高度进行拍摄，会使拍摄效果更好。

Description

一种多旋翼无人机控制方法

技术领域

本发明涉及多旋翼无人机控制领域，具体涉及一种多旋翼无人机控制方法。

背景技术

得益于传感器、执行机构、处理器等技术的进步以及相关成本的减少，结合这部分的优点，使得半自动和全自动的多旋翼飞行器的建造成为可能。无人机控制技术的研究是目前国内外各无人机研发公司以及大学、研究机构的关注热点之一，如口袋无人机、自主避让跳舞无人机等，都使得无人机在小型化、智能化、自动控制精度化上迈向了一个很高的台阶，而且现有无人机也广泛深入到军事、民用等各个领域，例如自拍并同步发送朋友圈、航拍摄影、工厂高处设备运行状况巡查、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，随着无人机的逐步深入，大大降低了过去航拍时的成本以及危险环境作业下对操作人员的伤害带来的无法估量的损失，其有效克服了有人驾驶飞机空中作业的不足，降低了购买与维护成本，提高了运载工具的安全性。

随着消费级无人机技术的不断成熟，不断完善的自动避障系统可以极大的减少因操作失误而带来的各项损失，目前避障能力正逐渐成为了无人机自动化或智能化的关键点所在。而如何实现无人机自动避障，首先要实现的是如何精确的测量无人机与障碍物之间的距离，只有先测量出危险范围内的距离，才可以有时间在撞向障碍物之前停止无人机的前进动作，进而避免事故的发生。

随着无人机技术的快速发展，无人机能够实现的功能也越来越多，功能增多，不可避免的控制方法会越来越复杂，无人机自身的元器件也会越来越多，增加了无人机重量的同时，也使控制方法变得更加复杂，尤其针对多旋翼无人机，涉及的电机较多，控制程序更加复杂。特别对新手来说，阅读厚厚的一本说明书来弄清楚怎样控制飞行是很难的，而且一旦操作时出现失误，可能导致无人机损坏，造成用户损失。因此在无人机功能复杂多样的前提下，简化用户操作，实现多功能的控制方法尤为重要。

发明内容

本发明额目的在于提供一种方便、简单的无人机控制方法，该方法步骤少，操作便捷。

为了解决上述问题，本发明提供一种多旋翼无人机控制方法，所述无人机包括机头、机身以及多个可折叠的旋翼，所述控制方法包括一键返航控制方法、绕圈飞行控制方法以及自动跟随控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

一键返航控制方法：

A1：设置返航高度和返航距离；

A2：启动一键返航；

A3：无人机自动测定与返航点的高度和水平距离；

A4：自动返航；

绕圈飞行控制方法：

B1：启动绕圈飞行；

B2：通过遥控端设置绕圈速度、方向和半径；

B3：无人机绕圈飞行；

自动跟随控制方法：

所述自动跟随控制方法包括锁定模式和跟随模式；

C1：启动自动跟随；

C2：选择锁定模式或跟随模式；

C3：选择需要锁定或跟随的目标；

C4：根据步骤C3目标实现自动跟随。

本发明的控制方法主要针对多旋翼无人机，也可用于其他类型无人机实现类似功能。所述可折叠的旋翼一般设置为四个，对称设于机身的两侧，通过在机身设置卡位，实现旋翼的折叠。

所述一键返航模式用于无人机在飞行过程中回到初始位置，当无人机进入一键返航时，用户最好不要动其他开关和按键，防止无人机指令交叉，导致失误；本发明中，当无人机丢失遥控器信息后会自动进入失控返航；当无人机电池电压过低且无人机与所需返航位置水平较远时，无人机会自动返航；当GPS信号不正常或GPS不工作时，无法实现返航，但会自动降落。如果在返航过程中，用户想取消返航，需要切换飞行模式。在进入一键返航模式之前，首先设定返航高度和返航距离，返航高度用于无人机在返航过程中对飞行做出下一步规划。设置好返航高度和返航距离后，所述无人机便能够自动回到返航点。

由于飞行环境的复杂多样，为了保证无人机在自动返航过程中能够智能避开障碍物，本发明设置了返航高度和返航距离。无人机飞行环境的选择决定了需要设定的返航高度和返航距离，如果处于空旷的场地，没有高大的建筑物的情况下，可将返航高度设置低一点，这样也能节约飞行能量，返航距离的设置是用来配合返航高度，使无人机有足够的缓冲距离。

绕圈飞行是无人机绕一定半径的类圆形的圈飞行，以一定半径环绕。这种操作方式非常实用，在专业航拍中，客户往往需要对某一个物体进行旋转拍摄，比如房屋、建筑等等。

绕圈飞行一般是在自动模式下进行，首先启动绕圈飞行模式后，无人机会处于静止状态，所述遥控端为遥控器和用户的移动端，一般为手机，用户通过遥控器对无人机进行控制。

自动跟随主要用于无人机在不用手动操作的情况下，能够根据之前设定的目标，进行跟随拍摄。自动跟随也有两种模式，锁定模式和跟随模式，两种模式的跟随方式不同，用户可根据需要进行选择和切换。用户可通过移动端启动自动跟随模式后，需要选择其中一种模式，模式选择后，需要设定需要跟随的目标，可以，由于需要跟随，因此一般为动态目标，可以是人或动物或移动的其他物体，选择完成后，无人机的摄像头会对该特征的目标进行跟随。该方法操作简单，且能实现不同的跟随效果，且在跟随过程中，用户也可根据需要，切换跟随目标或者停止跟随，方法灵活可变。

进一步的，所述步骤A4中，根据所述步骤A3的测定结果，所述无人机还包括垂直爬升步骤。

由于在飞行过程中，可能会遇到障碍物，因此为了能够避开障碍物，防止无人机碰撞到障碍物上，需要设置无人机垂直爬升的步骤。当无人机接收到一键返航的信息时，或者由于机器自身条件需要自动返航时，无人机会先垂直上升一段距离，然后再朝返航点飞行，直至降落至返航点，高度上升虽然会消耗一定的电量，但能最大程度上保证无人机的安全。

进一步的，所述垂直爬升步骤为当无人机与返航点水平距离大于返航距离，而无人机飞行高度小于返航高度时，所述无人机先垂直爬升至返航高度。

由于返航高度和返航距离是用户根据当时的飞行环境进行设定的，所述垂直爬升步骤为当无人机与返航点水平距离大于返航距离，而无人机飞行高度小于返航高度时，所述无人机先垂直爬升至返航高度，然后再在返航高度下飞到返航点位置，再垂直降落到返航点。由于返航距离用户可根据实际情况进行设置，一般用户可设置返航距离为离返航点没有障碍物的最远距离。当无人机在一键返航模式时，测定无人机与返航点的水平距离小于返航距离时，无人机不需要垂直爬升步骤便可直接回到返航点。

进一步的，所述返航高度为25~100m；所述返航距离为20~40m。

由于无人机的飞行环境，周边的建筑物如果太高，会影响无人机的磁场，可能导致GPS定位也不准确，甚至导致偏航，因此在选择飞行环境尽量在较为空旷的地点。因此，一方面需要避开障碍物返航，另一方面需要最大可能的节约电池能量，因此设定返航高度为25~100m；所述返航距离为20~40m。

进入一键返航模式后，当无人机与返航点水平距离大于返航高度时，且当无人机的飞行高度高于返航高度时，无人机将保持原有高度，自动返航至返航点上方，然后垂直降落至返航点；当无人机与返航点水平距离大于返航高度时，且当无人机的飞行高度低于返航高度时，所述无人机先爬升至返航点上方，然后垂直降落至返航点。当无人机与返航点的水平距离小于返航距离时，无论此时无人机的飞行高度高于或低于返航高度，所述无人机都会以原有高度飞行至返航点上方，再垂直降落至返航点。

进一步的，所述遥控端为无人机遥控器，所述遥控器设有副翼摇杆和升降摇杆，所述副翼摇杆左右拨动用于设定绕圈速度和绕圈方向，所述升降摇杆用于设定绕圈的半径。

所述遥控器设有两个摇杆，每个摇杆能够实现不同的功能。通过向左或向右拨动副翼摇杆可以设定绕圈的速度和方向。通过拨动升降摇杆向上或向下改变绕圈的半径。其中设定绕圈速度时，拨动的幅度越大，且保持的时间越长，则绕圈速度越快，反之，则越小。

进一步的，所述步骤B1中，所述绕圈速度设置范围为0m/s~5m/s，所述绕圈方向为顺时针或逆时针，所述绕圈半径范围为5~50m。

绕圈飞行的目的也是拍摄全方位的照片，因此绕圈的速度不能太快，速度太快可能造成拍摄的画面模糊，因此绕圈速度设置范围为0m/s~5m/s，该范围的设定能够保证无人机的拍摄画面足够清楚，且用户能够获得很好的体验效果。无人机绕圈飞行可以是顺时针或者逆时针，用户可以根据需要灵活切换。绕圈的半径也可进行切换，本发明可设置范围为5~50m，能够拍摄足够广的画面，基本能够满足各种拍摄需求。

进一步的，所述自动跟随控制方法中，所述锁定模式为无人机位置保持不变，仅航向锁定跟随目标；所述跟随模式为无人机位置和航向均锁定跟随目标。

在自动跟随模式中，设有锁定模式和跟随模式，二者能够满足不同的拍摄需求。所述锁定模式为航行锁定，在指定自动跟随目标后，所述无人机的摄像头会一直跟随目标进行拍摄，但是无人机机身保持位置不变，但是，当锁定的目标移动时，无人机机身会根据目标的移动可能会转动或仅仅是拍摄角度的变化，而无人机机体整体位置不会有变化，这样能够拍摄出跟随目标的运动状态。另一种是跟随拍摄，在锁定跟随目标后，无人机的位置会随着跟随目标的移动而移动，但飞行高度一般会保持不变。通过设置两种不同的跟随模式，能够实现不同的拍摄效果，满足不同场合的拍摄需求。

进一步的，所述无人机控制方法还包括手势自拍控制方法，所述手势自拍控制方法包括以下步骤：

D1：启动手势自拍；

D2：设定拍照框；

D3：做手势自拍。

随着自拍的流行，无人机也加入了自拍行列，且由于无人机高度和距离可调节，不在受限于自拍杆的长度，因此也收到了越来越多的关注。本发明控制方法中，自拍步骤简单。首先启动手势拍照，进入手势拍照模式，此时用户需要在移动端设定拍照框，再做拍照手势进行自拍。拍摄框和拍照手势可根据用户需求进行设定，在设定拍照框的同时，设定拍照手势，当需要自拍时，用户只需要摆出拍照手势即可实现自拍。

进一步的，所述步骤D3中，所述手势为用户的双手置于脸的前方，且摄像对象必须面对无人机。

为了进一步限定拍照手势，在本发明中默认用户双手置于脸的前方时为拍照手势，且此时拍摄对象必须面对无人机。该方法更加有针对性，特别对于人物的自拍，方便快捷。

进一步的，所述步骤D1中，还包括调节无人机飞行高度的步骤，调节所述无人机飞行高度在1.5~3m以上。

为了保证自拍的效果，当开启自拍模式后，无人机会自行检测高度，并控制飞行高度在1.5~3m以上，优选的为3m。由于人体身高在都在3m以下，设置在3m，可以针对所有的人群实现更好的拍摄，且选择比人体微高的高度进行拍摄，会使拍摄效果更好。

本发明的有益效果：

（1）一键返航模式控制方法的设计，操作步骤简单，且设置了返航高度和返航距离，能够针对多种不同的环境飞行，且能够保证无人机的返航安全，方法简单，容易操控。

（2）本发明设计了绕圈飞行，只需要控制遥控器的摇杆就可实现绕圈的速度、半径以及绕圈方向，特别针对于新手，能够很快掌握飞行技巧。

（3）通过设置两种不同的跟随模式，能够实现不同的拍摄效果，满足不同场合的拍摄需求。该方法操作简单，且能实现不同的跟随效果，且在跟随过程中，用户也可根据需要，切换跟随目标或者停止跟随，方法灵活可变。

（4）无人机的手势自拍功能可以针对所有的人群实现更好的拍摄，且选择比人体微高的高度进行拍摄，会使拍摄效果更好。

附图说明

图1为本发明可折叠多旋翼无人机立体图。

图2为本发明一键返航控制方法示意图。

图3为本发明一键返航部分控制方法示意图。

图4为本发明一键返航部分控制方法示意图。

图5为本发明绕圈飞行控制方法示意图。

图6为本发明自动跟随控制方法示意图。

图7为本发明手势自拍控制方法示意图。

具体实施例

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

一种多旋翼无人机控制方法，如图1所示，所述无人机包括机头1、机身2以及四个可折叠的旋翼3，所述控制方法包括一键返航控制方法、绕圈飞行控制方法以及自动跟随控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

如图2所示，一键返航控制方法：

A1：设置返航高度为25m，返航距离30m；

A2：启动一键返航；

A3：无人机自动测定与返航点的高度和水平距离；

A4：自动返航。

进一步的，如图3所示，所述步骤A4中，根据所述步骤A3的测定结果，当所述无人机还包括垂直上升步骤。当无人机与返航点水平距离大于30m时，而无人机飞行高度小于25m时，所述无人机先垂直上升至30m，在自动返回至返航点上方，再垂直降落，实现返航。如图4所示，当无人机与返航点水平距离大于30m时，而无人机飞行高度大于25m时，所述无人机保持原有高度自动返回至返航点上方，再垂直降落，实现返航。当无人机与返航点的水平距离小于30m时，无论此时无人机飞行高度如何，所述无人机都直接按照原高度返回至返航点上方，然后垂直降落至返航点。

如图5所示，本发明无人机绕圈飞行控制方法：

B1：启动绕圈飞行；

B2：通过遥控端设置绕圈速度为5m/s、方向为顺时针和半径为50m；

B3：无人机绕圈飞行；

所述遥控端为无人机遥控器，所述遥控器设有副翼摇杆和升降摇杆，所述副翼摇杆左右拨动用于设定绕圈速度和绕圈方向，所述升降摇杆用于设定绕圈的半径。

如图6所示，本发明自动跟随控制方法：

所述自动跟随控制方法包括锁定模式和跟随模式；

C1：启动自动跟随；

C2：选择锁定模式或跟随模式；

C3：选择需要锁定或跟随的目标；

C4：根据步骤C3目标实现自动跟随。

所述自动跟随控制方法中，所述锁定模式为无人机位置保持不变，仅航向锁定跟随目标；所述跟随模式为无人机位置和航向均锁定跟随目标。

如图7所示，所述无人机控制方法还包括手势自拍控制方法，所述手势自拍控制方法包括以下步骤：

D1：启动手势自拍，无人机调节飞行高度为3m；

D2：设定拍照框；

D3：做手势自拍。

所述步骤D3中，所述手势为用户的双手置于脸的前方，且摄像对象必须面对无人机。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，一键返航控制方法中，

A1：设置返航高度为100m，返航距离20m；

A2：启动一键返航；

A3：无人机自动测定与返航点的高度和水平距离；

A4：自动返航。

进一步的，如图2所示，所述步骤A4中，根据所述步骤A3的测定结果，当所述无人机还包括垂直爬升步骤。当无人机与返航点水平距离大于20m时，而无人机飞行高度小于100m时，所述无人机先垂直爬升至100m，在自动返回至返航点上方，再垂直降落，实现返航。当无人机与返航点水平距离大于20m时，而无人机飞行高度大于100m时，所述无人机保持原有高度自动返回至返航点上方，再垂直降落，实现返航。当无人机与返航点的水平距离小于20m时，无论此时无人机飞行高度如何，所述无人机都直接按照原高度返回至返航点上方，然后垂直降落至返航点。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，绕圈飞行控制方法：

B1：启动绕圈飞行；

B2：通过遥控端设置绕圈速度为5m/s、方向为顺时针和半径为5m；

B3：无人机绕圈飞行；

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机控制方法，所述无人机包括机头、机身以及多个可折叠的旋翼，其特征在于，所述控制方法包括一键返航控制方法、绕圈飞行控制方法以及自动跟随控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

一键返航控制方法：

A1：设置返航高度和返航距离；

A2：启动一键返航；

A3：无人机自动测定与返航点的高度和水平距离；

A4：自动返航；

绕圈飞行控制方法：

B1：启动绕圈飞行；

B2：通过遥控端设置绕圈速度、方向和半径；

B3：无人机绕圈飞行；

自动跟随控制方法：

所述自动跟随控制方法包括锁定模式和跟随模式；

C1：启动自动跟随；

C2：选择锁定模式或跟随模式；

C3：选择需要锁定或跟随的目标；

C4：根据步骤C3目标实现自动跟随。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤A4中，根据所述步骤A3的测定结果，所述无人机还包括垂直爬升步骤。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述垂直爬升步骤为当无人机与返航点水平距离大于返航距离，而无人机飞行高度小于返航高度时，所述无人机先垂直爬升至返航高度。

4.根据权利要求1~3任一项所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述返航高度为25~100m；所述返航距离为20~40m。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述遥控端为无人机遥控器，所述遥控器设有副翼摇杆和升降摇杆，所述副翼摇杆左右拨动用于设定绕圈速度和绕圈方向，所述升降摇杆用于设定绕圈的半径。

6.根据权利要求5所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤B1中，所述绕圈速度设置范围为0m/s~5m/s，所述绕圈方向为顺时针或逆时针，所述绕圈半径范围为5~50m。

7.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述自动跟随控制方法中，所述锁定模式为无人机位置保持不变，仅航向锁定跟随目标；所述跟随模式为无人机位置和航向均锁定跟随目标。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述无人机控制方法还包括手势自拍控制方法，所述手势自拍控制方法包括以下步骤：

D1：启动手势自拍；

D2：设定拍照框；

D3：做手势自拍。

9.根据权利要求8所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤D3中，所述手势为用户的双手置于脸的前方，且摄像对象必须面对无人机。

10.根据权利要求8所述的多旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述步骤D1中，还包括调节无人机飞行高度的步骤，调节所述无人机飞行高度在1.5~3m以上。