專利名稱：一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于四旋翼結(jié)構(gòu)的飛行器的駕駛，特別涉及一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，UAV (Unmanned Aerial Vehicles，簡稱無人機)廣泛應(yīng)用于航空遙感、國土監(jiān)察、城市規(guī)劃、水利建設(shè)、林業(yè)管理、實時監(jiān)控、空中偵察、影視航拍、廣告攝影和軍事等多個領(lǐng)域。由于無人機體積小、重量輕等優(yōu)點得到了廣泛的推廣，但安全性、穩(wěn)定性、性價比高和適應(yīng)環(huán)境能力強等要求仍未能實現(xiàn)，這對無人機提出了很高要求。隨著智能化程度的設(shè)計要求越來越高，全自動智能執(zhí)行任務(wù)的要求成為整個無人機世界的技術(shù)趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，用于解決四旋翼無人飛行器的駕駛問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)，用于解決四旋翼無人飛行器的駕駛問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，包括以下步驟A、地面站根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，并將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；B、飛行器啟動后，傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)，并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元；C、機載自動駕駛控制單元根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。優(yōu)選的，規(guī)劃導航信息包括以下步驟從地形圖中提取出目標地圖；在目標地圖確定飛行器飛行航線的多個間斷的航點；在目標地圖確定每個航點的經(jīng)緯度坐標值、高度值、方向值和任務(wù)動作值。優(yōu)選的，步驟C包括機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前坐標值確定目標航點；機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前高度值確定飛行器的目標航點高度；機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。優(yōu)選的，當飛行器處于人工切入自動駕駛控制狀態(tài)時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，其所述要的飛行器飛行信息來自于地面站接收到的飛行器數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，機載自動駕駛控制單元將當前飛行器數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)送至地面站，若地面站判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。
優(yōu)選的，人工切入自動駕駛的方法包括以下步驟人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態(tài)；人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器發(fā)送人工控制切換指令；遠程控制單元根據(jù)人工控制切換指令將其激活并開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。優(yōu)選的，當前狀態(tài)信息由傳感器單元獲取，包括坐標值、高度值、方向值、三維轉(zhuǎn)動方向值、重力加速度值、溫度值和經(jīng)緯度值。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)，包括地面站，用于根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，并接收來自于飛行器的飛行狀態(tài)信息并以圖形、數(shù)字的形式顯示出來。傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元，用于在飛行器啟動后，根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元；機載自動駕駛控制單元，用于根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。優(yōu)選的，系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將當前飛行器數(shù)據(jù)發(fā)送至地面站；數(shù)據(jù)存儲單元，用于實時存儲飛行器的導航信息、當前全部飛行器數(shù)據(jù)和遠程控制指令；遠程控制單元，用于傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令；動力驅(qū)動單元，用于根據(jù)導航信息對飛行器提供相應(yīng)的動力驅(qū)動。優(yōu)選的，機載自動駕駛控制單元包括全自動駕駛子單元，用于根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行；人工切入自動駕駛單元，用于通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明在目標地圖上規(guī)劃無人飛行器的飛行航線，并在航線上規(guī)劃多個間斷的航點，解決了四旋翼無人飛行器的駕駛問題，高可靠性和安全性的優(yōu)點保證其能夠完成各種任務(wù)，具有硬件集成度高，靈活性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性高和維護成本低等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明提供的四旋翼無人飛行器的駕駛方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)的航線規(guī)劃圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明，應(yīng)當理解，以下所說明的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1顯示了本發(fā)明提供的四旋翼無人飛行器的駕駛方法的流程示意，如圖1所示
步驟S101，地面站根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，并將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元。在飛行器啟動之前，地面站從地形圖中提取出目標地圖后，在目標地圖上確定飛行器的飛行航線，再在飛行航線上確定多個航點，多個航點是間斷的，然后在目標地圖上確定每個航點的經(jīng)緯度坐標值、高度值、方向值和任務(wù)動作值，最后將目標地圖、航線、航點信息等數(shù)據(jù)傳輸至機載自動駕駛控制單元。步驟S102，飛行器啟動后，傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)，并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元。其中，當前狀態(tài)信息由傳感器獲取，位置傳感單元獲取坐標值，高度傳感單元獲取高度值，方向傳感單元獲取方向值，陀螺傳感單元獲取三維轉(zhuǎn)動角度值，溫度傳感單元獲取溫度值，重力傳感單元獲取重力加速度值，GPS傳感單元獲取經(jīng)緯度值。步驟S103，機載自動駕駛控制單元根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前航點和最近下一個航點的相關(guān)數(shù)據(jù)確定飛行器的飛行路線，根據(jù)當前的坐標值確定目標航點，根據(jù)當前高度值確定飛行器的目標航點高度，根據(jù)當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。機載自動駕駛控制單元將當前飛行器數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)送至地面站，若地面站根據(jù)當前飛行器數(shù)據(jù)判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。人工切入自動駕駛的方法如下人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態(tài)，然后，人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器發(fā)送人工控制切換指令，遠程控制單元接收到切換指令后激活遠程控制單元并開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。當飛行器處于人工切入自動駕駛控制狀態(tài)時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，遠程控制單元需要的飛行器飛行數(shù)據(jù)來自于地面站接收到的飛行器數(shù)據(jù)。圖2顯示了本發(fā)明提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意，如圖2所示，該系統(tǒng)包括傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元、機載自動駕駛控制單元、地面站、數(shù)據(jù)傳輸單元、遠程控制單元、動力驅(qū)動單元、數(shù)據(jù)存儲單元和多個傳感單元。地面站根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，并接收來自于飛行器的飛行狀態(tài)信息并以圖形、數(shù)字的形式顯示出來。在飛行器啟動之前，地面站從地形圖中提取出目標地圖后，在目標地圖上確定飛行器的飛行航線，再在飛行航線上確定多個航點，多個航點是間斷的，然后在目標地圖上確定每個航點的坐標值、高度值、方向值和經(jīng)緯度值，最后將目標地圖、航線、航點信息等數(shù)據(jù)傳輸至機載自動駕駛控制單兀。傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元在飛行器啟動后，根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元。其中，飛行器當前狀態(tài)信息由多個傳感單元獲取，位置傳感單元獲取坐標值，高度傳感單元獲取高度值，方向傳感單元獲取方向值，陀螺傳感單元獲取三維轉(zhuǎn)動角度值，溫度傳感單元獲取溫度值，重力傳感單元獲取重力值，GPS傳感單元獲取經(jīng)緯度值。
機載自動駕駛控制單元根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。機載自動駕駛控制單元包括全自動駕駛子單元和人工切入自動駕駛單元，全自動駕駛子單元根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行，人工切入自動駕駛單元通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。數(shù)據(jù)傳輸單元將當前飛行器數(shù)據(jù)發(fā)送至地面站。數(shù)據(jù)存儲單元實時存儲飛行器的導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)。遠程控制單元傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令。動力驅(qū)動單元根據(jù)導航信息對飛行器提供相應(yīng)的動力驅(qū)動。圖3顯示了本發(fā)明實施例提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)的航線規(guī)劃，如圖3所示，顯示了在目標地圖上規(guī)劃了一條航線，并該航線上規(guī)劃了間斷的十個航點，飛行器當前位于航點1上，飛行器根據(jù)當前坐標值確定下一目標航點，即航點2，從機載自動駕駛控制單元讀取航點2的經(jīng)緯度坐標值、高度值、方向值和任務(wù)動作值，并結(jié)合當前高度值確定飛行器直線飛向航點2的爬升高度值或者是下降高度值，結(jié)合當前方向值確定飛行器直線飛向航點2的方向，飛行器根據(jù)確定的仰角和方向從航點1飛向航點2，采用同樣的方法，飛行器在航點1起飛，依次飛過航點1、航點2、航點3、航點4、航點5、航點6、航點7、航點8、航點9，最后飛向航點10，并在航點10降落。在飛行器的飛行過程中，可以在規(guī)劃好的航點位置進行不同角度和不同變焦系數(shù)的拍照，也可照全景，并可改變高度進行拍照。可以規(guī)劃在飛行時在不同航線區(qū)域間的垂直或水平的飛行速度。在對興趣點進行拍照時，可對興趣點進行360度的監(jiān)視與拍照，并可自動拍照具體區(qū)域的正射圖像。綜上所述，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果本發(fā)明實現(xiàn)了全自動起降、全自動飛行功能，在自動起飛后能夠根據(jù)絕對定位與相對定位查找所需要到達的目的位置，并在位置傳感單元、高度傳感單元、方向傳感單元、陀螺傳感單元、溫度傳感單元、重力傳感單元和GPS傳感單元等多種傳感數(shù)據(jù)的協(xié)助下計算并實現(xiàn)對目的位置的飛行。在任務(wù)執(zhí)行完成后能按預定航線返航，能在回歸點準確自動降落，任何時刻無需人工操作。在飛行器飛行時可以隨時進行人工切入，使飛行器進入人工切入飛行器自動駕駛控制狀態(tài)，使四旋翼無人飛行器能在地面惡劣的不利于自動起飛與降落的情況下能安全進入自動駕駛狀態(tài)。本發(fā)明具有硬件集成度高，靈活性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性高和維護成本低等優(yōu)點，高可靠性和安全性的優(yōu)點保證其能夠完成各種任務(wù)。盡管上文對本發(fā)明進行了詳細說明，但是本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟A、地面站根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，并將所述導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；B、飛行器啟動后，傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)，并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元；以及C、機載自動駕駛控制單元根據(jù)所述導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述規(guī)劃導航信息包括以下步驟從所述地形圖中提取出目標地圖；在所述目標地圖確定飛行器飛行航線的多個間斷的航點；以及在所述目標地圖確定每個航點的經(jīng)緯度坐標值、高度值、方向值和任務(wù)動作值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前坐標值確定目標航點；機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前高度值確定飛行器的目標航點高度；以及機載自動駕駛控制單元根據(jù)當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當飛行器處于人工切入自動駕駛控制狀態(tài)時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，所述遠程控制單元需要的飛行器飛行信息來自于地面站接收到的飛行器數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述機載自動駕駛控制單元將所述當前飛行器數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)送至地面站，若地面站判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述人工切入自動駕駛的方法包括以下步驟人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態(tài)；所述人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器發(fā)送人工控制切換指令；以及遠程控制單元根據(jù)所述人工控制切換指令將其激活并開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述當前狀態(tài)信息由傳感器單元獲取，包括坐標值、高度值、方向值、三維轉(zhuǎn)動角度值、重力加速度值、溫度值和經(jīng)緯度值。
8.一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統(tǒng)，其特征在于，包括地面站，用于根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，將所述導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，并接收來自于飛行器的飛行狀態(tài)信息并以圖形、數(shù)字的形式顯示出來。傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元，用于在飛行器啟動后，根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元；以及機載自動駕駛控制單元，用于根據(jù)所述導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將所述當前飛行器數(shù)據(jù)發(fā)送至地面站；數(shù)據(jù)存儲單元，用于實時存儲所述飛行器的導航信息、當前全部飛行器數(shù)據(jù)和遠程控制指令；遠程控制單元，用于傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令；動力驅(qū)動單元，用于根據(jù)導航信息對飛行器提供相應(yīng)的動力驅(qū)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機載自動駕駛控制單元包括全自動駕駛子單元，用于根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行；以及人工切入自動駕駛單元，用于通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統(tǒng)，該方法包括地面站根據(jù)地形圖規(guī)劃導航信息，并將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；飛行器啟動后，傳感數(shù)據(jù)自動分析處理單元根據(jù)飛行器當前狀態(tài)信息生成當前飛行器數(shù)據(jù)，并發(fā)送至機載自動駕駛控制單元；機載自動駕駛控制單元根據(jù)導航信息和當前飛行器數(shù)據(jù)控制飛行器的飛行。本發(fā)明在目標地圖上規(guī)劃無人飛行器的飛行航線，并在航線上規(guī)劃多個間斷的航點，解決了四旋翼無人飛行器的駕駛問題，高可靠性和安全性的優(yōu)點保證其能夠完成各種任務(wù)，具有硬件集成度高，靈活性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性高和維護成本低等優(yōu)點。
文檔編號G08G5/06GK102582826SQ20111000232
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者安康 申請人:佛山市安爾康姆航拍科技有限公司