無人機飛行控制方法及控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種無人機飛行控制方法及控制系統，該方法包括接收控制命令，采集無人機的位置信息、飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息；采集航拍數據，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及航拍數據輸出；根據無人機的飛行姿態信息及航拍數據發出遙感命令；接收并解析該遙感命令；根據解析后的遙感命令、所述無人機的飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令，以控制無人機的飛行方向及飛行速度。上述方案提高了數據交換的簡易性、安全性和實時性。
【專利說明】
無人機飛行控制方法及控制系統
技術領域
[0001]本發明涉及無人機技術，尤其是一種無人機飛行控制方法及控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著無人機生產廠家越來越多，各個廠家間成本競爭提上了日程，采用新技術提高無人機整體性能就顯得尤為重要。由于無人機飛控系統需要以嵌入式的實時軟件及硬件為主，系統資源有限制，不能擴充更多的功能，若采用資源充沛的CPU，則必須配以分時系統才能合理管理諸多資源的應用，但是，不能保證飛控系統所需元素的實時性，飛控系統的性能受到很大的影響。
[0003]目前，無人機的方案多以多個處理器來完成各自的功能，如飛控處理器，相機處理器，云臺處理器，各處理器之間配以標準的通信接口，這樣它們之間雖然能夠進行數據交換，但是，需要大量的通信協議，大量軟件編寫工作，同時數據通信時容易受到外界干擾，而且數據的時效性也受到限制。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的是提供一種無人機飛行控制方法及控制系統，旨在提高數據交換的簡易性、安全性和實時性。
[0005]為實現上述目的，本發明提出的無人機飛行控制方法，包括以下步驟:
[0006]步驟I，接收控制命令，采集無人機的位置信息、飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息;采集航拍數據并處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出；
[0007]步驟2，根據無人機的飛行姿態信息及航拍數據發出遙感命令；
[0008]步驟3，接收并解析該遙感命令;根據解析后的遙感命令、所述無人機的飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令，以控制無人機的飛行方向及飛行速度。
[0009]優選地，所述步驟I具體包括:
[0010]步驟11，接收控制命令，采集無人機的位置信息后連同控制命令一并輸出；
[0011]步驟12，采集無人機的飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息，根據所述控制命令將上述飛行姿態信息輸出；
[0012]步驟13，采集航拍數據并處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出。
[0013]優選地，輸出的飛行姿態信息以及航拍數據通過無線通信網絡傳輸。
[0014]優選地，所述航拍數據包括圖像數據和視頻數據。
[0015]優選地，所述無人機飛行姿態信息包括無人機當前飛行方向、速度、位置坐標；
[0016]由無人機的實時經度、實時瑋度、移動軌跡、加速度、地磁磁場強度、方向、所在位置高度的空氣絕對壓強獲得所述無人機當前飛行方向、飛行速度、位置坐標。
[0017]本發明還提供一種無人機飛行控制系統，包括:
[0018]GPS模塊，采集無人機的位置信息；
[0019]飛行姿態模塊，獲取無人機的飛行參數；
[0020]航拍模塊，獲取航拍數據；
[0021 ]遙控模塊，接收并解析遙感命令；
[0022]電源模塊，用于向處理器供電；
[0023]所述處理器，由控制命令、無人機的位置信息、飛行參數獲得飛行姿態信息；根據控制命令將飛行姿態信息及采集并處理的航拍數據輸出；由解析后遙感命令及飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令；
[0024]驅動模塊，根據所述飛控指令，控制無人機的飛行方向及飛行速度。
[0025]優選地，所述處理器，具有應用處理單元和飛控處理單元;其中:
[0026]所述應用處理單元接收控制命令、接收并處理航拍數據，并根據所述控制命令將無人機的位置信息發送給飛控處理單元，再將處理后的航拍數據及飛控處理單元輸出的飛行姿態信息輸出；以及輸出解析后的遙感命令；
[0027]所述飛控處理單元根據所述控制命令接收所述飛行參數，結合無人機的位置信息獲得無人機的飛行姿態信息并輸出；以及根據解析后的遙感命令、所述飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令。
[0028]優選地，該系統還包括:
[0029]存儲模塊，用于存儲航拍數據、飛行姿態信息；
[0030]所述應用處理單元接收存儲命令，將所述航拍數據及飛行姿態信息存儲至所述存儲模塊，并在所述存儲空間不足時發出提醒信息。
[0031 ] 優選地，該系統還包括:
[0032]無線網絡傳輸模塊，用于根據所述控制命令傳輸飛行姿態信息及航拍數據，根據存儲命令傳輸提醒?目息。
[0033]優選地，所述航拍模塊包括:
[0034]圖像傳感器，用于采集圖像信息；
[0035]攝像頭，用于采集視頻信息。
[0036]優選地，所述GPS模塊采集無人機的實時經度和實時瑋度;所述飛行姿態模塊包括:
[0037]陀螺儀，采集無人機移動軌跡和加速度；
[0038]磁力計，采集無人機磁場強度和方向；
[0039]氣壓計，采集無人機所在位置高度的空氣絕對壓強。
[0040]本發明的技術方案，通過處理器采用獨立核接收并處理數據獲得飛控指令給驅動模塊，保證了飛控系統各元素的實時性;采用多核輔以分時操作系統，如安卓系統，完成數據網絡傳輸，航拍視屏處理等復雜功能，數據交互以內部通信管道形式或通過內部橋接方式進行，內部數據快速通道傳輸數據具有效率高、速度快的優點，保證了數據交換的簡易性、安全性和實時性，綜上，實現了簡單，快速，安全的完成通信;相對現有技術，采用一個集成化設計的處理器代替了多個處理器工作，不需要進行大量的軟件編寫工作，降低了設計高端無人機的成本;此外飛控處理功能，視屏處理功能，云臺處理功能，還可擴展3G遠程通信功能集成于一體。
【附圖說明】
[0041]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。
[0042]圖1為本發明一實施例提供的無人機飛行控制方法的流程圖；
[0043]圖2為本發明另一實施例提供的無人機飛行控制方法的流程圖；
[0044]圖3為本發明一實施例提供的無人機飛行控制系統的框架圖；
[0045]圖4為圖3中的信號流程圖。
[0046]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0047]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0048]需要說明，本發明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
[0049]另外，在本發明中如涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0050]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“連接”、“固定”等應做廣義理解，例如，“固定”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0051]另外，本發明各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護范圍之內。
[0052]本發明提出一種無人機飛行控制方法，參見圖1、圖3，該方法包括以下步驟:
[0053]步驟I，接收控制命令，采集無人機的位置信息、飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息;采集航拍數據并處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出；
[0054]步驟2，根據無人機的飛行姿態信息及航拍數據發出遙感命令；
[0055]步驟3，接收并解析該遙感命令;根據解析后的遙感命令、所述無人機的飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令，以控制無人機的飛行方向及飛行速度。
[0056]這里的控制命令可通過人為觸發顯示終端110發出，也可通過服務器根據事先設置的規則自動發出，顯示終端110可以是手機、平板電腦等；
[0057]在控制無人機飛行之前，需要通過顯示終端110顯示無人機的飛行姿態信息及無人機周圍狀態，據此通過遙控器150發出遙控命令控制無人機的飛行，通過顯示終端110發送一個請求，并根據該請求生成一個控制命令，例如請求獲得無人機的飛行姿態信息及無人機周圍狀態的控制命令，這個控制命令可通過無線網絡傳輸模塊90傳輸給處理器60，處理器60接收該控制命令后，通過GPS模塊10采集無人機的位置信息，通過飛行姿態模塊20采集飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息;再由航拍模塊30采集航拍數據，處理器60根據所述控制命令對采集的航拍數據進行處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出。
[0058]操控者(也可以是服務器)根據顯示終端110的無人機的飛行姿態信息及航拍數據，通過遙控器150發出遙控命令；
[0059]遙控模塊40接收遙控命令，并解析該遙感命令后發送給處理器60通過對解析后的遙感命令數據以及飛行姿態信息數據進行數據融合計算，并通過控制算法，最后生成控制無人機各驅動器(例如馬達)轉速的飛控指令，通過各馬達的轉速之間的配合最終使得對無人機的飛行方向和飛行速度達到目標值。
[0060]本發明的技術方案，通過處理器采用獨立核接收并處理數據獲得飛控指令給驅動模塊，保證了飛控系統各元素的實時性;采用多核輔以分時操作系統，如安卓系統，完成數據網絡傳輸，航拍視屏處理等復雜功能，數據交互以內部通信管道形式或通過內部橋接方式，綜上，實現了簡單，快速，安全的完成通信;相對現有技術，一個處理器代替了多個處理器工作，且不需要進行大量的軟件編寫工作；此外飛控處理功能，視屏處理功能，云臺處理功能，還可擴展3G遠程通信功能集成于一體
[0061]進一步地，步驟I具體包括:
[0062]步驟Sll，接收控制命令，采集無人機的位置信息后連同控制命令一并輸出；
[0063]控制命令可通過無線網絡傳輸模塊90傳輸給處理器60的應用處理單元61，應用處理單元61接收該控制命令后，通過GPS模塊10采集無人機的位置信息，并將控制命令及位置信息一并輸出給處理器60的飛控處理單元62;
[0064]步驟S12，采集無人機的飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息，根據所述控制命令將上述飛行姿態信息輸出；
[0065]飛控處理單元62接收控制命令后采集無人機的飛行姿態參數，并結合接收的無人機的位置信息等數據計算出無人機飛行姿態信息(包括當前飛行方向、移動速度、位置坐標)，實現定點，定高等功能;并將無人機飛行姿態信息傳輸至應用處理單元61;
[0066]步驟S13，采集并處理航拍數據，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出；
[0067]應用處理單元61接收無人機飛行姿態信息，同時通過航拍模塊30采集航拍數據(用于顯示無人機周圍狀況、例如落地、起飛，周圍有何障礙物等，以了解飛行環境)，并根據控制命令將飛行姿態信息以及航拍數據傳送出去，例如傳送至顯示終端110;
[0068]優選地，所述步驟3與步驟4之間還包括:
[0069]步驟S3S，存儲所述航拍數據及飛行姿態信息，并在存儲空間不足時，發送提醒信息。還可以存儲航拍數據及飛行姿態信息的時間、大小等信息。
[0070]所述顯示終端或者服務器通過無線通信網絡收發信息。所述航拍數據包括圖像數據和視頻數據。
[0071]利用配置的攝像頭、攝像機、相機來完成視頻、照片的拍攝，同時通過wifi模塊實時傳輸到手機，完成實時畫面查看，便于控制無人機的飛行方向和角度在實時傳輸的同時，也會把拍攝的視頻和照片存儲在SD卡里，如果SD卡存儲空間不足，會發送SD卡存儲空間不足提醒信息到手機，告知用戶。用戶可以選擇是否需要實時傳輸、保存；同時，實時采集電池當前狀態信息，并發送電池狀態信息到手機APP軟件上。
[0072]所述無人機飛行姿態信息包括無人機當前飛行方向、速度、位置坐標；由無人機的實時經度、實時瑋度、移動軌跡、加速度、地磁磁場強度、方向、無人機所在高度的空氣絕對壓強獲得所述無人機當前飛行方向(包括上升、下降、水平面的各個方向)、飛行速度、位置坐標。無人機的實時經度、實時瑋度、移動軌跡、加速度、地磁磁場強度、方向、空氣絕對壓強這些參數都能通過不同的模塊進行采集，并傳輸給處理器60，處理器60對上述參數進行處理和計算，能獲得無人機當前飛行方向、飛行速度、位置坐標;上述的參數具有實時性，在不同的處理器之間進行同時數據通信時容易受到外界干擾，而且數據的時效性也受到限制，而在本實施例中，只限于同一處理器內部的數據傳輸，不存在上述問題，因此實現了簡單、快速、安全的完成數據通信。
[0073]本發明一實施例提供一種無人機飛行控制系統，參見圖2，該系統包括GPS模塊10、飛行姿態模塊20、航拍模塊30、遙控模塊40、電源模塊50、處理器60、驅動模塊70;其中GPS模塊10用于采集無人機的位置信息；飛行姿態模塊20用于獲取無人機的飛行參數;航拍模塊30用于獲取航拍數據;遙控模塊40用于接收并解析遙感命令；電源模塊50用于向處理器供電；所述處理器60由控制命令、無人機的位置信息、飛行參數獲得飛行姿態信息;根據控制命令將飛行姿態信息及采集并處理的航拍數據輸出；由解析后遙感命令及飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令。
[0074]具體的，所述處理器60具有應用處理單元61和飛控處理單元62;其中:所述應用處理單元61接收控制命令、對采集的航拍數據進行處理，并根據所述控制命令將無人機的位置信息發送給飛控處理單元，再將處理后的航拍數據及飛控處理單元62輸出的飛行姿態信息輸出；以及輸出解析后的遙感命令;所述飛控處理單元62根據所述控制命令接收所述飛行參數，結合無人機的位置信息獲得無人機的飛行姿態信息并輸出；以及根據解析后的遙感命令、所述飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令;驅動模塊70根據所述飛控指令，控制無人機的飛行方向及飛行速度，與飛控處理單元62之間通過UART協議進行數據傳輸。將飛控指令傳輸給多軸驅動器120，通過控制多軸驅動器120的轉速以達到控制無人機的飛行方向及飛行速度的目的。
[0075]為實現更多的功能，該系統還包括存儲模塊80，存儲模塊80可以是SD卡;存儲模塊80用于存儲航拍數據、飛行姿態信息，與應用處理單元61之間通過SD1協議進行數據傳輸；顯示終端110發出存儲命令后，所述應用處理單元62接收存儲命令，將所述航拍數據及飛行姿態信息存儲至所述存儲模塊80，并在所述存儲空間不足時發出提醒信息給顯示終端110。
[0076]電源模塊50包括電池51和電源管理模塊52，電源管理模塊52采集當前電量信息，并通過應用處理單元61發送到顯示終端110。操作者可通過顯示終端110的提示更換電池51，以保證無人機的正常飛行。
[0077]該系統還包括無線網絡傳輸模塊90，無線網絡傳輸模塊90用于根據所述控制命令傳輸飛行姿態信息及航拍數據，與應用處理單元61之間通過SD1協議進行數據傳輸，根據存儲命令傳輸提醒信息。完成顯示終端110與應用處理單元61之間的數據傳輸。
[0078]所述航拍模塊30包括圖像傳感器31和攝像頭32，圖像傳感器31用于采集圖像信息，與應用處理單元61之間通過MIPI協議進行數據傳輸;攝像頭32用于采集視頻信息，與應用處理單元61之間通過USB協議進行數據傳輸。
[0079]所述GPS模塊10采集無人機的實時經度和實時瑋度;所述飛行姿態模塊20包括陀螺儀21、磁力計22、氣壓計23;陀螺儀21采集無人機移動軌跡和加速度，與飛控處理單元62之間通過SPI協議進行數據傳輸;磁力計22采集地磁磁場強度和方向，與飛控處理單元62之間通過IIC協議進行數據傳輸;氣壓計23采集無人機所在位置高度的空氣絕對壓強，通過對于絕對壓強進行計算，能夠獲得無人機的飛行高度;氣壓計23與飛控處理單元62之間通過IIC協議進行數據傳輸。
[0080]處理器60可采用手機芯片LC1813，LC1813是一款異構處理器，其AP(Applicat1nProcessor應用處理器)側是4個ARM A7內核，可以跑安卓系統，實現無線圖傳等復雜功能。其CP(請發明人補充英文全稱)側是單個ARM926核，可以跑實時性操作系統，如threadx。內部通信通過內部橋接方式，簡單，快速，安全的完成通信。
[0081]上述的處理器60采用上述異構處理器的手機芯片后，多核多系統技術，飛控系統是獨立核并輔以實時操作系統，保證飛控系統各元素(如陀螺儀采集，算法，電機控制等)的實時性，應用系統是多核并輔以分時系統，如安卓系統，完成其他復雜功能，如網絡，視屏處理等。同時，各操作系統之間的數據交互以內部通信管道形式，這樣，通信簡單，安全，實時。這樣，飛控處理功能，視屏處理功能，云臺處理功能，還可擴展3G遠程通信功能集成于一體。
[0082]此外，開可以設置LED指示燈130及調試信息口 140，在進行信息數據調試時，LED指示燈130及調試信息口 140均通過GP1協議與飛控處理單元62之間進行數據傳輸，調試設備連接在調試信息口 140上，調試數據正常與否可通過LED指示燈130進行顯示，例如顯示綠燈，為正常，顯示紅燈，為異常。本系統在保證飛控系統數據交互的同時，還極易擴展更多，更復雜的功能，例如可以通過擴展內部處理單元，通過原有的數據接口連接更為復雜高級的采集器件，從而完成更復雜的功能，例如通過連接雙目攝像頭采集圖像數據，通過擴展的內部處理單元按照設定的算法對圖像數據進行處理，以同步性更高的圖像;還可以擴展不同的數據接口，以連接擴展的采集器件，從而擴展更為復雜的功能。
[0083]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種無人機飛行控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，接收控制命令，采集無人機的位置信息、飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息；采集航拍數據并處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出； 步驟2，根據無人機的飛行姿態信息及航拍數據發出遙感命令； 步驟3，接收并解析該遙感命令;根據解析后的遙感命令、所述無人機的飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令，以控制無人機的飛行方向及飛行速度。2.根據權利要求1所述的無人機飛行控制方法，其特征在于，所述步驟I具體包括: 步驟11，接收控制命令，采集無人機的位置信息后連同控制命令一并輸出； 步驟12，采集無人機的飛行姿態參數，由所述位置信息及飛行姿態參數獲得飛行姿態信息，根據所述控制命令將上述飛行姿態信息輸出； 步驟13，采集航拍數據并處理，并根據所述控制命令將無人機的飛行姿態信息以及處理后的航拍數據輸出。3.根據權利要求2所述的無人機飛行控制方法，其特征在于，輸出的飛行姿態信息以及航拍數據通過無線通信網絡傳輸。4.根據權利要求1所述的無人機飛行控制方法，其特征在于，所述航拍數據包括圖像數據和視頻數據。5.根據權利要求4所述的無人機飛行控制方法，其特征在于，所述無人機飛行姿態信息包括無人機當前飛行方向、速度、位置坐標； 由無人機的實時經度、實時瑋度、移動軌跡、加速度、地磁磁場強度、方向、無人機所在位置高度的空氣絕對壓強獲得所述無人機當前飛行方向、飛行速度、位置坐標。6.一種無人機飛行控制系統，其特征在于，包括: GPS模塊，采集無人機的位置信息； 飛行姿態模塊，獲取無人機的飛行參數； 航拍模塊，獲取航拍數據； 遙控模塊，接收并解析遙感命令； 電源模塊，用于向處理器供電； 所述處理器，由控制命令、無人機的位置信息、飛行參數獲得飛行姿態信息；根據控制命令將飛行姿態信息及采集并處理的航拍數據輸出；由解析后遙感命令及飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令； 驅動模塊，根據所述飛控指令，控制無人機的飛行方向及飛行速度。7.根據權利要求6所述的無人機飛行控制系統，其特征在于: 所述處理器，具有應用處理單元和飛控處理單元;其中: 所述應用處理單元接收控制命令、接收并處理航拍數據，并根據所述控制命令將無人機的位置信息發送給飛控處理單元，再將處理后的航拍數據及飛控處理單元輸出的飛行姿態信息輸出；以及輸出解析后的遙感命令； 所述飛控處理單元根據所述控制命令接收所述飛行參數，結合無人機的位置信息獲得無人機的飛行姿態信息并輸出；以及根據解析后的遙感命令、所述飛行姿態信息形成用于控制無人機各驅動器運行的飛控指令。8.根據權利要求7所述的無人機飛行控制系統，其特征在于，該系統還包括: 無線網絡傳輸模塊，用于根據所述控制命令傳輸飛行姿態信息及航拍數據。9.根據權利要求6所述的無人機飛行控制系統，其特征在于，所述航拍模塊包括: 圖像傳感器，用于采集圖像信息； 攝像頭，用于采集視頻信息。10.根據權利要求6所述的無人機飛行控制系統，其特征在于，所述GPS模塊采集無人機的實時經度和實時瑋度;所述飛行姿態模塊包括: 陀螺儀，采集無人機移動軌跡和加速度； 磁力計，采集無人機磁場強度和方向； 氣壓計，采集無人機所在位置高度的空氣絕對壓強。
【文檔編號】G05D1/10GK105929839SQ201610345061
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】徐小明
【申請人】深圳市金鷹悅飛科技有限公司