基于gps的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航模無人機領(lǐng)域，具體是一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多旋翼無人機也叫多軸無人機，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，對操作者的技術(shù)要求較低，近幾年在個人用戶中備受歡迎。隨著傳感器及智能硬件技術(shù)的發(fā)展，許多企業(yè)正力圖將原來針對專業(yè)及模型愛好者領(lǐng)域的產(chǎn)品向個人大眾市場推廣。隨著多旋翼無人機逐漸進入影視拍攝領(lǐng)域，越來越多的人開始關(guān)注并注入資本更加速了這一產(chǎn)品的普及速度。
[0003]多旋翼無人機簡單易用、性能穩(wěn)定對個人市場來講是最基本的要求。在多旋翼無人機的硬件結(jié)構(gòu)中，多旋翼控制器直接決定著多旋翼無人機的飛行效果。目前市場上的多旋翼飛行控制器各種各樣，自動起飛、自動降落、自動返航、定點盤旋功能都有不少廠家的產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)。但是尚未有產(chǎn)品能實現(xiàn)控制多旋翼無人機能夠自動跟蹤移動的目標自主飛行功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了使多旋翼無人機智能化，提高多旋翼無人機的操控安全性和簡便靈活性，本發(fā)明提供了一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，成本適宜，很大程度地增加了產(chǎn)品的市場競爭力。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，包括多旋翼飛行控制器和分別與該控制器連接的GPS定位模塊、無線傳輸模塊，多旋翼飛行控制器的輸出端與多旋翼無人機輸入端連接，無線傳輸模塊還與GPS信標模塊相連接。
[0006]設(shè)有遙控接收機，與多旋翼飛行控制器相連接，通過遙控器控制多旋翼無人機與被跟蹤的移動目標之間的間隔距離。
[0007]所述多旋翼飛行控制器與多旋翼無人機電機控制裝置連接。
[0008]所述多旋翼飛行控制器內(nèi)含姿態(tài)控制算法，控制多旋翼無人機的機頭指向被跟蹤的移動目標，并隨著目標移動后跟隨目標，保持切換開關(guān)啟動時鎖定的距離進行跟隨目標飛行。其中:姿態(tài)控制算法為現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]所述無線傳輸模塊為兩個，其中:
第一無線傳輸模塊設(shè)置在多旋翼無人機上，與多旋翼飛行控制器相連；
第二無線傳輸模塊設(shè)置在被跟蹤的移動目標上，與GPS信標模塊相連接，GPS信標模塊將移動目標的位置信息計算出來，形成數(shù)據(jù)，通過無線傳輸模塊傳輸?shù)蕉嘈盹w行控制器進行處理。
[0010]所述GPS信標模塊內(nèi)置有LED燈、內(nèi)含GPS定位模塊，為現(xiàn)有技術(shù)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明實現(xiàn)了控制多旋翼無人機飛行時機頭方向指向移動目標，可以不需要人操作自動完成對移動目標的跟蹤，不僅可以保證多旋翼無人機對跟蹤的目標保持一致性的移動，也可以保證多旋翼無人機與跟蹤目標的距離，大大減少了移動目標行走過程中人對多旋翼無人機的操作，使得操控更加安全和簡便靈活，也提高了飛行的安全性，使得多旋翼無人機的操作更加智能化，大大降低了飛行事故的發(fā)生概率。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的連接框圖；
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；
圖3為空中控制部分的流程示意圖；
圖4是移動目標部分的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，包含空中自動跟蹤部分和被跟蹤目標部分，其中:
空中自動跟蹤部分由設(shè)置在多旋翼無人機內(nèi)的多旋翼飛行控制器和分別與該控制器連接的GPS定位模塊，遙控接收機，無線傳輸模塊A構(gòu)成，多旋翼飛行控制器的輸出端與多旋翼無人機輸入端連接；
被跟蹤目標部分包括設(shè)置在被跟蹤的移動目標上的無線傳輸模塊B和內(nèi)置了 LED燈、CPU和GPS定位模塊的GPS信標模塊；
多旋翼無人機控制器:多旋翼無人機控制器所接收的位置信息來自GPS信標、GPS模塊，多旋翼飛行控制器結(jié)合內(nèi)部的姿態(tài)數(shù)據(jù)，GPS信標發(fā)送過來的位置信息以及GPS模塊的位置信息實現(xiàn)多旋翼的位置鎖定和對移動目標的自動定位跟蹤，并通過姿態(tài)控制實現(xiàn)將多旋翼無人機的機頭指向目標，并且隨著目標移動后跟隨目標保持切換開關(guān)啟動時鎖定的距離進行跟隨目標飛行。目標運動方向改變后，多旋翼飛行控制器會控制無人機自動飛到設(shè)定跟隨的移動目標的那一面，實時跟隨目標移動直到保持的距離為已確定的跟蹤距離，同時在跟隨的過程中改變機頭方向讓機頭指向目標點。多旋翼飛行控制器的信息可以通過無線模塊將其狀態(tài)顯示到移動目標上。
[0014]遙控控制器:當遙控器的開關(guān)切入了自動跟蹤后，用戶可以通過遙控器改變多旋翼無人機與跟隨目標的距離，當遙控器松開遙桿后，多旋翼無人機當前點與目標的距離被確定為新的跟蹤移動目標的間隔距離。
[0015]如圖2所示，本系統(tǒng)的工作原理是:多旋翼無人機控制器接收來自GPS信標模塊、GPS定位模塊收集到的關(guān)于移動目標所在的位置信息和多旋翼無人機所在的位置信息，計算出多旋翼無人機與移動目標的位置關(guān)系；并結(jié)合內(nèi)部集成的各個傳感器的數(shù)據(jù)，通過姿態(tài)算法計算出多旋翼無人機的姿態(tài)；多旋翼飛行控制器結(jié)合其位置信息和姿態(tài)信息計算出多旋翼無人機應(yīng)該作出的相應(yīng)改變，并給出控制指令控制多旋翼無人機按照要求進行飛行；將其工作狀態(tài)信息發(fā)送給無線傳輸模塊B，無線傳輸模塊B可將其狀態(tài)信息發(fā)送給GPS信標模塊并進行顯示；用戶可通過地面站軟件通過多旋翼飛行控制器設(shè)定安全保護距離，使得多旋翼無人機在跟隨過程中會保持在大于或等于設(shè)置的安全距離以上進行跟蹤飛行，地面站軟件可設(shè)置多旋翼無人機的跟蹤位置是在移動目標的前方、后方、左面還是右面，并將相關(guān)信息寫入多旋翼飛行控制器。
[0016]多旋翼控制器通過遙控接收機接收到遙控器的自動跟蹤指令后，則根據(jù)GPS定位模塊和GPS信標模塊的位置信息，判斷出多旋翼無人機需要飛到的位置和機頭需要指向的方向，然后控制多旋翼無人機飛到指定的位置并選中機頭指向被跟蹤的目標。多旋翼控制器會實時監(jiān)測移動目標的位置和運動方向，當移動目標位置改變后，則控制多旋翼無人機跟隨目標作出相應(yīng)的移動。從而完成自動跟蹤。
[0017]實施例:
如圖3所示，本系統(tǒng)空中控制部分的工作流程是:
5301:開始，將多旋翼飛行控制器按照多旋翼無人機的要求正確的安裝在無人機上；
5302:給系統(tǒng)上電，等待GPS定位模塊和GPS信標模塊定位成功，多旋翼飛行控制器讀取遙控器指令、飛行控制器內(nèi)部Flash的參數(shù)以及GPS定位模塊和GPS信標的位置信息；
5303:信號采集及濾波，檢測多旋翼控制器工作正常后，起飛多旋翼無人機。多旋翼飛行控制器根據(jù)微機械傳感器數(shù)據(jù)的輸出特性，采用卡爾曼濾波技術(shù)進行濾波；并對高精度氣壓傳感器的輸出數(shù)據(jù)中夾帶有高頻噪聲，采用差分方式對氣壓傳感器進行濾波處理；
5304:數(shù)據(jù)融合，對三軸微機械陀螺儀，三軸加速計傳感器，三軸磁場傳感器采用四元素法求解姿態(tài)方位角；
5305:距離和方向是否符合，多旋翼飛行控制器CPU判斷當前飛行器距離以及機頭方向是否符合遙控器指令要求，如果不符合則繼續(xù)姿態(tài)、位置導(dǎo)航控制，否則回到3信號采集及濾波繼續(xù)獲取信號。
[0018]S306:姿態(tài)、位置導(dǎo)航控制，如果當前飛行器的距離和機頭方向不符合遙控器指令要求則根據(jù)用戶的指令要求實時調(diào)整飛行器的飛行姿態(tài)達到設(shè)定的控制效果。
[0019]S307:電機控制量輸出，根據(jù)6得出的控制要求，實際轉(zhuǎn)換成控制飛行器各個電機的控制量，執(zhí)行后回到3信號采集及濾波繼續(xù)獲取信號。
[0020]如圖4所示，本系統(tǒng)移動目標部分的工作流程是:
5401:開始，將GPS信標和電池按照相應(yīng)的要求正確的安裝在移動目標上；
5402:接通電源，移動目標上的GPS信標的CPU讀取當前飛行控制器的信息和移動目標當前的位置信息；
5403:信號采集及濾波，檢測多旋翼控制器工作狀態(tài)，對GPS信標的定位數(shù)據(jù)以及接收到的空中GPS的數(shù)據(jù)信息進行濾波處理；
5404:多旋翼飛行控制器狀態(tài)判斷，判斷多旋翼飛行控制器的工作狀態(tài)是正常還是異常。
[0021]S405:GPS信標的CPU通過指令控制LED燈用不同的方式指示多旋翼飛行控制器的工作狀態(tài)；
S406:LED燈識別控制指令顯示不同的方式，執(zhí)行后回到信號采集及濾波。
【主權(quán)項】
1.一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，其特征是:包括多旋翼飛行控制器和分別與該控制器連接的GPS定位模塊、無線傳輸模塊，多旋翼飛行控制器的輸出端與多旋翼無人機輸入端連接，無線傳輸模塊還與GPS信標模塊相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，其特征是:設(shè)有遙控接收器和遙控器配套的接收機，遙控器的接收機與多旋翼飛行控制器相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，其特征是:所述多旋翼飛行控制器與多旋翼無人機電機控制裝置連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，其特征是:所述無線傳輸模塊為兩個，其中: 第一無線傳輸模塊設(shè)置在多旋翼無人機上，與多旋翼飛行控制器相連； 第二無線傳輸模塊設(shè)置在被跟蹤的移動目標上，與GPS信標模塊相連接。
【專利摘要】一種基于GPS的多旋翼無人機自動跟蹤系統(tǒng)，其特征是：包括多旋翼飛行控制器和分別與該控制器連接的GPS定位模塊、無線傳輸模塊，多旋翼飛行控制器的輸出端與多旋翼無人機輸入端連接，無線傳輸模塊還與GPS信標模塊相連接。本發(fā)明實現(xiàn)了控制多旋翼無人機飛行時機頭方向指向移動目標，可以不需要人操作自動完成對移動目標的跟蹤，不僅可以保證多旋翼無人機對跟蹤的目標保持一致性的移動，也可以保證多旋翼無人機與跟蹤目標的距離，大大減少了移動目標行走過程中人對多旋翼無人機的操作，使得操控更加安全和簡便靈活，也提高了飛行的安全性，使得多旋翼無人機的操作更加智能化，大大降低了飛行事故的發(fā)生概率。
【IPC分類】G05D1/10
【公開號】CN104965522
【申請?zhí)枴緾N201510421580
【發(fā)明人】殷嚴剛, 黃守麟, 陳敏
【申請人】深圳市浩瀚卓越科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月17日