CN109101036A - 一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，包括数据源、云端控制中心、通讯模块和智能控制系统；所述数据源、所述通讯模块、所述智能控制系统均与所述云端控制中心相连，并且所述云端控制中心通过所述通讯模块发送信号至所述智能控制系统；其中，所述智能控制系统包括：身份识别模块，惯性测量模块，导航模块，飞行控制模块，动力模块。本发明采用根据驾驶员驾驶能力匹配相应控制模块的系统，在很大程度上避免了交通安全事故的发生，保证空中交通环境良好。

Description

一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，更具体的说是涉及多旋翼载人飞行器飞行控制系统。

背景技术

无人机简称UAV，指不载有操作人员就可以自主飞行或遥控驾驶的飞行器 ，现有多旋翼飞行器大多以多旋翼无人机为主，多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，其通过每个轴上的电动机，带动旋翼，从而产生升推力，通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。由于多旋翼无人机操控性强，可垂直起降和悬停，主要适用于低空、低速、有垂直起降和悬停要求的任务类型。

随着科学技术的不断发展及人们生活需求越来越高，现有的多旋翼无人机正朝着实现载人方向发展，2016年中国亿航公司推出世界上第一款载人无人机“亿航184”，实现了直接通过终端控制就能实现载人运行的无人机系统，载人无人机取得突破性进展。由于传统的无人机系统包含的无人机飞行平台、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统是基于非载人系统设计的，安全性能肯定较差，需要进一步完善；而且由于多旋翼载人飞行器现今仍处于发展阶段，飞行控制系统不完善，需要切实加大管理力度，通过对驾驶员进行严格的筛选管理，在源头上避免空中事故的发生，在载人飞行器发展的初始阶段即打造一个良好的空中交通环境，为之后多旋翼载人飞行器的发展打下良好的基础。

因此，如何提供一种安全性高并且易于管理的多旋翼载人飞行器飞行控制系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，采用根据驾驶员驾驶能力匹配相应控制模块的系统，在很大程度上避免了交通安全事故的发生，保证空中交通环境良好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，包括数据源、云端控制中心、通讯模块和智能控制系统；

所述数据源、所述通讯模块、所述智能控制系统均与所述云端控制中心进行数据交互，并且所述云端控制中心通过所述通讯模块发送信号至所述智能控制系统；

其中，所述智能控制系统包括：

身份识别模块，用于对位于驾驶位置的人员信息进行判断，并划分驾驶等级；

惯性测量模块，用于检测飞行器的飞行状态，并将状态信息传输至所述导航模块；

导航模块，与所述云端控制中心进行数据交互，将飞行器的飞行状态信息发送至所述云端控制中心；

飞行控制模块，根据所述云端控制中心发送的控制信号启动相应的飞行模式，并且控制信号根据飞行状态信息和驾驶员信息生成；

动力模块，与所述飞行控制模块相连，为飞行器运行提供驱动力，并进行驱动力之间的转换。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述数据源是由政府数据平台发布的驾驶员信息及相关驾驶信息；所述数据源以驾驶员面部信息和身份证号信息为关键词，指向一个确定的人。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：飞行器驾驶员若要对多旋翼载人飞行器进行驾驶操作，需要通过政府机关组织的测试，若测试合格，则人员信息公布于政府数据平台，并且之后的驾驶记录根据云端控制中心实时更新，根据驾驶记录确定驾驶水平，并且由于数据源以驾驶员面部信息和身份证号为关键词，可以指向一个确定的自然人，避免了人员信息混乱，影响之后驾驶级别的分析判断。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述身份识别模块包括：

图像采集单元：用于采集驾驶员人脸图像信息；

数据输入单元：用于输入驾驶员个人信息；

分析单元：将所述图像采集单元和所述数据输入单元获取的驾驶员信息与所述数据源信息比对，获取驾驶员相关驾驶信息，并对驾驶员的驾驶能力进行分析；

等级判断单元：接收所述分析单元的分析结果，并根据分析结果对驾驶员进行等级划分，将驾驶员划分为实习级、初级、中级和高级。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：图像采集单元采集的驾驶员面部信息和数据输入单元获取到的驾驶员个人信息分别与数据源信息进行比对，找到与之匹配的人员信息，确定驾驶员身份，并获取该驾驶员历次驾驶记录，通过驾驶记录对驾驶员的驾驶能力进行分析，并由等级判断单元根据分析结果对驾驶员进行等级的划分。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，驾驶员个人信息至少包括身份证号，还可以包括姓名、性别、行业、从事工作等信息。由于身份证号是每个人所特有的，再结合采集到的驾驶员面部特征，可以准确的确定到某一个人，避免了驾驶员使用假冒伪造身份对多旋翼载人飞行器进行驾驶。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述飞行控制模块包括：

姿态控制模块，用于进行姿态控制；

位置控制模块，用于进行位置控制；

定点控制模块，用于对位置和姿态均进行控制；

定高控制模块，用于高度方向进行位置控制，水平方向进行姿态控制；

降落模块，用于降落时的位置和姿态控制；

应急降落模块，用于对发生故障或突发事件时作出的反应机制。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：飞行控制模块根据导航模块反馈的信息确定相应控制模块的启动，并且飞行控制模块这种分类方式有利于云端控制中心对各种驾驶等级的驾驶员进行控制信号的发送，使不同驾驶等级的驾驶员进行相应的操作。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块均包括自动模式和手动模式，所述自动模式根据所述云端控制中心的控制信号对飞行器进行自动控制，所述手动模式使驾驶员根据飞行状态直接对飞行器的运行进行控制。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，当所述等级判断单元将驾驶员划分为实习级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块都只能启动自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为初级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块能启动手动模式，所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块为自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为中级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块能启动手动模式，所述降落模块和所述应急降落模块为自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为高级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块能启动手动模式，所述应急降落模块为自动模式。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：根据驾驶员驾驶等级对飞行控制模块进行控制权限的分类，另外考虑到即使是高级驾驶员，其在紧急情况下也可能由于具体情况不能对多旋翼载人飞行器进行控制，所以在给予高级驾驶员手动操作降落模块的前提下，应急降落模块仍然设置为自动模式，方便在发生故障或突发事件时作出应急反应机制。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述惯性测量模块包括惯性测量处理器、陀螺仪传感器、加速度传感器和气压传感器，所述陀螺仪传感器、所述加速度传感器、所述气压传感器均与所述惯性测量处理器相连，所述惯性测量处理器与所述导航模块电连接。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：在飞行过程中，通过陀螺仪传感器、加速度传感器和气压传感器对多旋翼载人飞行器的飞行状态进行实时检测，并将检测结果传输至惯性测量处理器，对检测信息进行处理之后发送至导航模块，实现间接与云端控制中心的数据交互，为云端控制中心发送控制信号提供依据。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述陀螺仪传感器、所述加速度传感器、所述气压传感器和所述惯性测量处理器均设置有两组。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：可以获得两组数据信息，保证飞行状态信息数据的准确性，若有其中一个传感器失效，则还有另一套数据可进行参考，提高了整个导航系统的可靠性和稳定性。

优选的，在上述一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统中，所述动力模块包括用于提供动力的动力单元和用于切换供电方式的切换单元，所述动力单元与所述飞行控制模块相连，所述切换单元根据所述云端控制中心发出的控制信号对飞行器的动力源进行切换。

以上优选的技术方案所能达到的技术效果为：由于现有多旋翼飞行器有以油电混合动力进行驱动的动力装置，大多都是主旋翼采用油力进行驱动，副旋翼采用电力方式驱动，若某一种驱动资源耗尽，则导致飞行器整体调控性能下降，本发明切换单元可以实现不同驱动力之间的转换，在一种驱动资源耗尽的同时，保证另一种资源的供给，为后续操作提供一定的缓冲时间，保证了驾驶过程中的安全性、可靠性。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其所能达到的有益效果为：

（1）通过获取政府数据平台公布的数据源信息，与驾驶员的面部信息和身份信息进行匹配，确定唯一的驾驶员信息，从源头上保证数据的真实性，便于对飞行器的控制，以及之后驾驶员驾驶信息的记录；

（2）飞行控制模块根据多旋翼飞行器的运动方式设置有多种不同模块，并且各个模块均设置有手动和自动两种操作模式，其中手动模式允许驾驶员对飞行器进行手动操作，自动模式只能通过云端控制中心的预定程序进行飞行器飞行状态的控制，在很大程度上保证了行驶过程的安全性和可靠性，避免了安全事故的发生；

（3）动力模块可以根据具体情况进行动力源的切换，保证多旋翼飞行器在飞行过程中的动力供给，保证飞行过程的稳定性；

（4）本发明多旋翼载人飞行控制系统为空中交通管理提供了基础，保证了良好的空中交通环境，并且可以有效避免安全事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1 附图为本发明的整体结构示意图；

图2 附图为本发明的流程框架示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，采用根据驾驶员驾驶能力匹配相应控制模块的系统，在很大程度上避免了交通安全事故的发生，保证空中交通环境良好。

参见附图1，本发明提供了一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，包括数据源、云端控制中心、通讯模块和智能控制系统；

数据源、通讯模块、智能控制系统均与云端控制中心相连，并且云端控制中心通过通讯模块发送信号至智能控制系统；

其中，智能控制系统包括：

身份识别模块，用于对位于驾驶位置的人员信息进行判断，并划分驾驶等级；

惯性测量模块，用于检测飞行器的飞行状态，并将状态信息传输至导航模块；

导航模块，与云端控制中心进行数据交互，将飞行器的飞行状态信息发送至云端控制中心；

飞行控制模块，根据云端控制中心发送的控制信号启动相应的飞行模式，并且控制信号根据飞行状态信息和驾驶员信息生成；

动力模块，与飞行控制模块相连，为飞行器运行提供驱动力，并进行驱动力之间的转换。

为了进一步优化上述技术方案，数据源是由政府数据平台发布的驾驶员信息及相关驾驶信息；数据源以驾驶员面部信息和身份证号信息为关键词，指向一个确定的人。

为了进一步优化上述技术方案，身份识别模块包括：

图像采集单元：用于采集驾驶员人脸图像信息；

数据输入单元：用于输入驾驶员个人信息；

分析单元：将图像采集单元和数据输入单元获取的驾驶员信息与数据源信息比对，获取驾驶员相关驾驶信息，并对驾驶员的驾驶能力进行分析；

等级判断单：接收分析单元的分析结果，并根据分析结果对驾驶员进行等级划分，将驾驶员划分为实习级、初级、中级和高级。

需要注意的是，若数据源中匹配不到对应的人员面部信息，则系统自动将该驾驶员确认为零驾驶经验，自动确定为实习级驾驶员。

为了进一步优化上述技术方案，驾驶员个人信息至少包括身份证号。

为了进一步优化上述技术方案，飞行控制模块包括：

姿态控制模块，用于进行姿态控制；

位置控制模块，用于进行位置控制；

定点控制模块，用于对位置和姿态均进行控制；

定高控制模块，用于高度方向进行位置控制，水平方向进行姿态控制；

降落模块，用于降落时的位置和姿态控制；

应急降落模块，用于对发生故障或突发事件时作出的反应机制。

为了进一步优化上述技术方案，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块、降落模块和应急降落模块均包括自动模式和手动模式，自动模式根据云端控制中心的控制信号对飞行器进行自动控制，手动模式使驾驶员根据飞行状态直接对飞行器的运行进行控制。

为了进一步优化上述技术方案，当等级判断单元将驾驶员划分为实习级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块、降落模块和应急降落模块都只能启动自动模式；

当等级判断单元将驾驶员划分为初级时，姿态控制模块、位置控制模块能启动手动模式，定点控制模块、定高控制模块、降落模块和应急降落模块为自动模式；

当等级判断单元将驾驶员划分为中级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块能启动手动模式，降落模块和应急降落模块为自动模式；

当等级判断单元将驾驶员划分为高级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块、降落模块能启动手动模式，应急降落模块为自动模式。

为了进一步优化上述技术方案，惯性测量模块包括惯性测量处理器、陀螺仪传感器、加速度传感器和气压传感器，陀螺仪传感器、加速度传感器、气压传感器均与惯性测量处理器相连，惯性测量处理器与导航模块电连接。

为了进一步优化上述技术方案，陀螺仪传感器、加速度传感器、气压传感器和惯性测量处理器均设置有两组。

为了进一步优化上述技术方案，动力模块包括用于提供动力的动力单元和用于切换供电方式的切换单元，动力单元与飞行控制模块相连，切换单元根据云端控制中心发出的控制信号对飞行器的动力源进行切换。

利用上述多旋翼载人飞行器飞行控制系统的控制方法如下：

（1）通过身份识别模块对驾驶员进行等级的划分

a.图像采集单元对驾驶员进行面部信息采集，同时驾驶员通过提示输入其个人信息，至少输入身份证号码，还可以输入的信息为性别、年龄、行业、等；

b.分析单元根据云端控制中心获取的数据源信息，与驾驶员图像信息、身份证号进行匹配，确定唯一的一个人，获取驾驶员相关驾驶信息，包括驾龄、驾驶次数、事故信息等，并依据驾驶信息对驾驶员的驾驶能力进行分析；

c.等级判断单元根据驾驶员的驾驶能力进行等级的划分，依据能力强弱分为实习级、初级、中级和高级。

（2）根据驾驶员等级确定飞行控制模块各个模块的控制方式

a.当等级判断单元将驾驶员划分为实习级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块、降落模块和应急降落模块都只能启动自动模式；

b.当等级判断单元将驾驶员划分为初级时，姿态控制模块、位置控制模块能启动手动模式，定点控制模块、定高控制模块、降落模块和应急降落模块为自动模式；

c.当等级判断单元将驾驶员划分为中级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块能启动手动模式，降落模块和应急降落模块为自动模式；

d.当等级判断单元将驾驶员划分为高级时，姿态控制模块、位置控制模块、定点控制模块、定高控制模块、降落模块能启动手动模式，应急降落模块为自动模式；

若飞行过程中遇到突发事件或紧急危险，除高级驾驶员可以随降落模块进行操作外，其他等级驾驶员均需切换为自动模式的应急降落模块，按照预定程序进行降落，以保证飞行器中人员的安全。

需要注意的是，系统最初的手动模式可以切换为自动模式，但是系统最初的自动模式不可以被切换为手动模式。

（3）确定多旋翼载人飞行器的飞行路径

惯性测量处理器根据陀螺仪传感器、加速度传感器、气压传感器获取飞行器飞行状态信息，并将经过处理的飞行状态信息通过导航模块发送至云端控制中心，云端控制中心根据飞行器飞行状态信息和运行路线将控制信号发送至飞行控制模块，对飞行姿势、位置和高度等进行调整，以顺利到达目的地。

（4）动力源的切换

动力单元为飞行控制模块提供动力支持，若在飞行过程中出现主旋翼或副旋翼动力源不足的情况时，切换单元进行动力源电驱动或油驱动的切换，保证短时间内动力的持续供应。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，包括数据源、云端控制中心、通讯模块和智能控制系统；

所述数据源、所述通讯模块、所述智能控制系统均与所述云端控制中心进行数据交互，并且所述云端控制中心通过所述通讯模块发送信号至所述智能控制系统；

其中，所述智能控制系统包括：

身份识别模块，用于对位于驾驶位置的人员信息进行判断，并划分驾驶等级；

惯性测量模块，用于检测飞行器的飞行状态，并将状态信息传输至所述导航模块；

导航模块，与所述云端控制中心进行数据交互，将飞行器的飞行状态信息发送至所述云端控制中心；

飞行控制模块，根据所述云端控制中心发送的控制信号启动相应的飞行模式，并且根据飞行状态信息和驾驶员信息生成相应的控制信号；

动力模块，与所述飞行控制模块相连，为飞行器运行提供驱动力，并进行驱动力之间的转换。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述数据源是由政府数据平台发布的驾驶员信息及相关驾驶信息；所述数据源以驾驶员面部信息和身份证号信息为关键词，指向一个确定的人。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述身份识别模块包括：

图像采集单元：用于采集驾驶员人脸图像信息；

数据输入单元：用于输入驾驶员个人信息；

分析单元：将所述图像采集单元和所述数据输入单元获取的驾驶员信息与所述数据源信息比对，获取驾驶员相关驾驶信息，并对驾驶员的驾驶能力进行分析；

等级判断单：接收所述分析单元的分析结果，并根据分析结果对驾驶员进行等级划分，将驾驶员划分为实习级、初级、中级和高级。

4.根据权利要求3所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，驾驶员个人信息至少包括身份证号。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制模块包括：

姿态控制模块，用于进行姿态控制；

位置控制模块，用于进行位置控制；

定点控制模块，用于对位置和姿态进行控制；

定高控制模块，用于高度方向进行位置控制，水平方向进行姿态控制；

降落模块，用于降落时的位置和姿态控制；

应急降落模块，用于对发生故障或突发事件时作出的反应机制。

6.根据权利要求5所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块均包括自动模式和手动模式，所述自动模式根据所述云端控制中心的控制信号对飞行器进行自动控制，所述手动模式使驾驶员根据飞行状态直接对飞行器的运行进行控制。

7.根据权利要求3或6所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，当所述等级判断单元将驾驶员划分为实习级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块都只能启动自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为初级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块能启动手动模式，所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块和所述应急降落模块为自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为中级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块能启动手动模式，所述降落模块和所述应急降落模块为自动模式；

当所述等级判断单元将驾驶员划分为高级时，所述姿态控制模块、所述位置控制模块、所述定点控制模块、所述定高控制模块、所述降落模块能启动手动模式，所述应急降落模块为自动模式。

8.根据权利要求1所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述惯性测量模块包括惯性测量处理器、陀螺仪传感器、加速度传感器和气压传感器，所述陀螺仪传感器、所述加速度传感器、所述气压传感器均与所述惯性测量处理器相连，所述惯性测量处理器与所述导航模块电连接。

9.根据权利要求8所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述陀螺仪传感器、所述加速度传感器、所述气压传感器和所述惯性测量处理器均设置有两组。

10.根据权利要求1所述的一种多旋翼载人飞行器飞行控制系统，其特征在于，所述动力模块包括用于提供动力的动力单元和用于切换供电方式的切换单元，所述动力单元与所述飞行控制模块相连，所述切换单元根据所述云端控制中心发出的控制信号对飞行器的动力源进行切换。