专利名称：一种无人机飞行操控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无人机控制领域，具体应用在包括手机、平板电脑的智能移动设备与无人机组成的系统。
背景技术：
无人机技术已进入全面发展时期，在导航方面已日趋成熟，但是在民用领域，特别是家庭用场所以及娱乐场合方面，仍旧没有一种成熟的无人机系统出现，总结起来有三点原因制约了民用领域无人机的发展；第一点是由于无人机操作难度较大，新手无法快速上手使用，否则就会因为操作的生疏而随时面临炸机的风险，这种结果既是金钱的浪费，又对用户的人身安全造成了一定威胁；第二点是操作系统与无人机交互这一环节，现今大多数地面站均在电脑上面执行，操作过程使用鼠标、键盘这些外部设施，从而导致复杂的操作性 以及用户的低体验性，使得用户对使用这类系统兴趣缺乏；第三点，同样是由于大多数地面站均在电脑上面执行，这就制约了使用的场地环境，使得用户只能在电脑能够活动的一定范围内操作无人机。本系统针对上述三大问题，提出了一种新型无人机航迹控制方法，可以广泛应用于包含手机、平板电脑的智能移动设备上，大大提高了无人机系统的灵活性，通过倾斜、滚转智能移动设备，采集设备上陀螺仪、加速度计输出的角度数据，使无人机做出与设备相同的动作，通过触摸屏来控制无人机的飞行状态，使操作无人机系统变的像玩游戏一样简单，对于推广民用无人机市场有很好的帮助。
实用新型内容为了使无人机系统能够提供给用户更低的入门门槛，更好的操作体验性以及更便利的使用环境，本实用新型提供了一种成本低、适应性好、结构稳定的无人机航迹控制方法。本实用新型采用如下技术方案一种无人机飞行操控系统，其特征在于该系统包含如下两大部分无人机和智能移动设备，智能移动设备上安装有触摸屏、陀螺仪和加速度计；无人机包括以下部分I)航姿参考系统航姿参考系统包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁罗盘；2) GPS 接收机；3)定高模块，由气压高度传感器、超声波传感器组成；4)通讯模块，包括无线数据传输模块和Wi-Fi ;当在远距离时使用无线数据传输模块，在近距离时使用Wi-Fi发送与接收数据；5)飞行控制板，核心处理器为单片机芯片，负责接收上述四种模块发送的信息，数据处理，控制无人机飞行，同时通过串口与通讯模块相连，与智能移动设备通讯；6)由电机、舵机、电子调速器、电池组成的无人机硬件系统。[0014]本实用新型的整体有益效果是I、采用智能移动设备作为载体，使本系统可以在更复杂环境下使用，并且移动性大大增强。2、使用智能移动设备上实现的两种飞行模式，将带给用户更好的操作体验性。3、降低了用户的入门操作门槛，使用户不必知道无人机的执行过程，只需指定其飞行结果即可。4、无人机自主飞行功能与智能移动设备的有机结合，开创了一种新型的无人机操作方式，突破了之前在电脑上鼠标、键盘的方式，使无人机飞行变得更加有趣。
图I是无人机与智能移动设备的关系结构示意图图2是无人机的系统流程图图3是无人机的系统结构框图图4是无人机的细分结构框图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型作进一步的说明一种新型无人机航迹控制方法，如图I所示，通过智能移动设备接收无人机发回的数据，在屏幕上面以直观的仪表盘形式显示其中一些关键数据，如三轴姿态角、高度、速度信息，并根据触摸屏来设置指令、飞行路径控制信息，将控制信息通过外接无线数据传输模块或者Wi-Fi发送回无人机。无人机作为执行端，通过各类传感器测量机体的姿态角、经纬度、高度各项信息，经由内部算法计算后，得出当前无人机需要进行的具体操作(如电机转速、舵机转角)，并通过外接无线数据传输模块或者Wi-Fi发送给智能移动设备，同时接收智能移动设备发出的控制信息并执行相应的飞行操作。如图2所示，操作方式分为两种I、开机初始化并进入远程同步飞行模式后，使用者通过倾斜、滚转智能移动设备，智能移动设备采集自身传感器计算后输出的角度值，并将此角度值通过无线传输发送回无人机后进行限值处理，将处理后的角度值作为参考量，与当前飞行姿态进行对比，输出控制量，用来控制电机、舵机工作状态，最终达到通过智能移动设备的姿态来同步操控无人机的飞行姿态。使用者在智能移动设备上的角度变化，需先除以2再带入限值，限值处理的预设值为，航向角变化范围(-25°，25° )，俯仰角变化范围(-15°，25° )，横滚角变化范围(-25°，25° )。例如，使用者在智能移动设备上操纵滚转得到的横滚角为70°，则先除2后变为35°，再带入限值，变为25°，这样是为了避免无人机角度过度变化而导致的意外。2、在智能移动设备上设定无人机飞行所要经过的经纬度坐标点，将这些坐标点数据发送回飞行控制板，并与无人机上GPS接收机测得的当前坐标点进行对比，带入导航算法模块，计算出偏离设定航向的角度(偏航角)、偏离设定航向的距离(偏航距)，并将这两个数据作为初始量，计算出控制量控制舵机转角。将气压高度传感器、超声波传感器、GPS所测高度进行数据融合，计算出当前飞机高度，并与预设值进行对比，输出电机控制量，实现定高。同时将无人机的姿态信息，实时传回智能移动设备，并在其上显示发回的信息。[0028]如图3所示，无人机系统整体分为4个部分，分别为上位机I、控制器2、执行端3、电源4。上位机I由智能移动设备、通讯模块组成，控制器2由飞行控制板、航姿参考系统、定高模块、GPS接收机、通讯模块组成，执行端3由四个舵机、无刷电机组成，电源4由电子调速器、锂电池组成如图4所示，无人机系统可进一步细分为如下几个部分I)航姿参考系统I (AHRS)通过I2C总线发送数据给飞行控制板5。2) GPS接收机2，通过串口发送数据给飞行控制板5。3)定高模块3，由气压高度传感器、超声波传感器组成，气压高度传感器的气压以及温度数据、超声波传感器的高度数据分别通过I2C总线发送给飞行控制板5。4)通讯模块4，当在远距离时使用无线数据传输模块发送与接收数据，通过串口与飞行控制板5连接，通过USB转串口模块与智能移动设备连接；在近距离时使用Wi-Fi发 送与接收数据，两种通讯方式均需在无人机和智能移动设备两端加入通讯模块，以便能够接收并且发送数据。5)飞行控制板5，负责接收上述四种模块发送的信息，并且通过内部算法计算出最终控制量，控制无人机飞行。6)智能移动设备6，负责显示无人机飞行轨迹与状态，并可由用户操作，指定无人机的飞行轨迹与飞行状态。7)由电机、舵机、电子调速器、电池、机身组成的无人机硬件系统，其中电池通过插头与电子调速器相连，电子调速器的5V输出电源与飞行控制板5相接，为飞行控制板5供电；电子调速器的三向插头与电机相接，为电机供电；飞行控制板5的输出端口与舵机相连，为舵机供电。
权利要求1.一种无人机飞行操控系统，其特征在于该系统包含如下两大部分无人机和智能移动设备，智能移动设备上安装有触摸屏、陀螺仪和加速度计； 无人机包括以下部分 1)航姿參考系统航姿參考系统包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁罗盘； 2)GPS接收机； 3)定高模块，由气压高度传感器、超声波传感器组成； 4)通讯模块，包括无线数据传输模块和Wi-Fi;当在远距离时使用无线数据传输模块，在近距离时使用Wi-Fi发送与接收数据； 5)飞行控制板，核心处理器为单片机芯片，负责接收上述四种模块发送的信息，数据处理，控制无人机飞行，同时通过串ロ与通讯模块相连，与智能移动设备通讯； 6)由电机、舵机、电子调速器、电池组成的无人机硬件系统。
专利摘要一种无人机飞行操控系统涉及无人机控制领域。本系统可广泛应用于包含手机、平板电脑的智能移动设备上。系统可分为两大部分无人机作为执行端，测量机体的姿态角、经纬度、高度信息，并将信息通过无线数据传输模块或者Wi-Fi模块发送给智能移动设备，同时接收智能移动设备发回的控制信息并执行相应的飞行操作。通过倾斜、滚转智能移动设备，采集设备上陀螺仪、加速度计输出的角度数据，使无人机做出与设备相同的动作，智能移动设备具有接收、显示数据，根据触摸屏设置指令、飞行信息，将信息通过外接无线数据传输模块或者Wi-Fi发送回无人机这些功能。本系统提高了无人机系统的灵活性，也使得操作无人机系统变的像玩游戏一样简单。
文档编号G05D1/10GK202758243SQ20122045390
公开日2013年2月27日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者左国玉, 王恺, 阮晓钢, 李振 申请人:北京工业大学