一种无人飞行器主副控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体涉及一种无人飞行器主副控制系统及其控制方法。

背景技术：

多旋翼无人飞行器在航拍领域的应用成熟，反向推动了多旋翼无人飞行器的发展，并推动了相关技术的进步。由此可见，成熟的应用和需求，才能够迅速推动技术的进步。以多旋翼式飞行器为代表的无人飞行器，由于其可以悬停、飞行框架结构设计简单，控制相对来说安全等因素，得到了长足的发展。尤其是在航拍、测绘、巡线、安防等众多领域，无人飞行器已经得到广泛认同。

但是上述无人飞行器的发展过程中也仍然存在很多问题需要解决。一个典型的需求就是，由于毕竟不同于地面上活动的车辆，飞行设备在空中飞行的控制难度更高，所以其飞行控制的学习过程更加冗长和复杂。并且，即使是有一定经验的、经过训练的飞手，也难免因为突发状况而导致飞行事故。此时，即使周边存在有经验的指导者，也难以代替该正在控制中的飞手，对事故实施挽救。因此，存在一种需求，就是能够允许初学者或者训练者自由的完成对无人飞行器的控制的同时，也能够允许一个管理者，通过第三方手段，随时能够自如的介入对飞行器的控制，在紧急事态发生时，能够有效的利用管理者的丰富经验来避免发生严重后果。

现有技术中也存在通过多个相同或者不同的用户终端来对同一台无人飞行器进行飞行管理和飞行控制的方案，但是现有技术主要集中在两个方向上。其一，将同一台无人飞行器上的彼此之间具有较强独立性的功能分解开来，由不同的用户终端和不同的用户来控制；其二，多个相同或者不同的用户终端，采用分时或者分频的方式与无人飞行器进行连接，同一个时间和/或同一个频率上只有一个用户终端与无人飞行器通信，但是一旦该用户终端断开，则由另一用户终端补上。

上述两种技术发展的方向，也主要是分别解决不同的技术问题。前者是因为有些专业级、高强度、高难度的无人飞行器控制过程，仅由一个用户来控制，不确定性太高，此时将该飞行器的彼此能够独立的功能分解到由不同的用户终端来独立控制，多个用户终端由多个用户控制，协同完成同一飞行任务，能够有助于这些控制者集中精力控制其所属部分的功能。而后者则是出于备份机考虑的思路，当某台用户终端因为故障或者因为距离的问题导致与无人飞行器之间的控制连接中断时，此时有准备的备用控制终端能够及时接入，避免无人飞行器失联，并且在有些情况下，还能实现在地域上对无人飞行器的接力控制。

然而，现有技术没有关注到的一个问题是，其实在将完整的无人飞行器控制权限交付一个用户所控制的用户终端的时候，还存在对该控制权限进行监管的需求。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种无人飞行器主副控制系统及其控制方法，能够在无人飞行器出现危及安全的状况时，由有经验的用户及时操控副控制端来接管无人飞行器的飞行，保障行人及无人飞行器的安全。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种无人飞行器主副控制系统，包括无人飞行器，主控制终端和至少一个副控制终端；所述无人飞行器包括信号接收模块和控制器；所述信号接收模块分别与主控制终端和副控制终端通讯连接，用于接收主控制端和副控制端发来的控制信号。

进一步的，所述控制信号包括用于遥控无人飞行器飞行动作的飞控信号，和/或用于遥控无人飞行器辅助设备的辅控信号。

进一步的，所述副控制端发送的飞控信号的优先级高于主控制端；所述主控制端发送的辅控信号的优先级高于副控制端。

进一步的，还包括与无人飞行器通讯连接的判断模块；所述判断模块用于判断主控制信号和副控制信号及其优先级。

进一步的，所述判断模块包括通过竞合规则判断控制信号优先级的决策单元；

进一步的，所述无人飞行器的控制器接收优先级高的控制信号，并屏蔽优先级低的控制信号。

进一步的，所述副控制终端包括与无人飞行器控制系统通信连接的服务器，移动终端和/或地面站。

根据本发明的另一方面，提出了一种无人飞行器主副控制系统操作方法，包括以下步骤：

主控制终端和副控制终端分别与无人飞行器通讯连接；

判断模块根据输入指令进行决策；

依据决策，主控制终端或副控制终端遥控无人飞行器飞行。

进一步的，所述步骤判断模块根据输入指令进行决策的步骤，具体为：判断模块区分输入指令为主控信号或副控信号并判定其优先级；所述判断模块包括通过竞合规则进行决策。

进一步的，所述步骤依据决策，主控制终端或副控制终端遥控无人飞行器飞行的步骤，具体为：根据决策结果，控制信号优先级高的主控制端或副控制端遥控无人飞行器飞行。

本发明公开了一种无人飞行器主副控制系统及其控制方法，通过设置副控制端，来监管无人飞行器的飞行；主控制端和副控制端均与无人飞行器通讯连接，当主控制端遥控无人飞行器出现危险状况时，副控制端及时接管无人飞行器的遥控权限，由有经验的用户通过副控制终端遥控无人飞行器的飞行，保障行人及无人飞行器的安全。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一的无人飞行器主副控制系统结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例二的无人飞行器紧急监管设备结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例三的无人飞行器主副控制系统控制方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV(unmanned aerial vehicle)”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。近年来，随着传感器工艺的提高、微处理器技术的进步、动力装置的改善以及电池续航能力的增加，使其在军事、民用方面的用途不断高速拓展，无人飞行器市场具有广阔前景。

本发明实施例中优选的无人飞行器为多旋翼无人飞行器(或称为多旋翼飞行器)，可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。

本发明技术方案采用的无人飞行器主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。

随着无人飞行器的技术发展和需求演化，智能性提升。无人飞行器愈来愈接近于一个让单用户完成，并且能够实现傻瓜化操作的智能设备。此时，单用户控制终端对应一台无人飞行器的控制系统格局，基本形成。然而，一个新用户在头几次接触无人飞行器操控时，是最容易出现各种操控问题的时候，而与地面上活动，较为安全的其他智能设备不同，空中的无人飞行器一旦操控不当，极易诱发坠机事故，也就是俗称的炸机。所以存在一种需求，就是在单用户操控无人飞行器的基础上，同时搭建一套与该无人飞行器通信连接的副操控系统。这样，当单用户正常控制该无人机的时候，副操控系统完全不影响用户体验，一旦出现危险情况时，由有经验的用户通过副操控系统来接管对无人飞行器的控制，完成控制救急，能够最大程度上的避免用户的损失，更重要的是能够尽可能的规避安全事故的发生。

实施例一、一种无人飞行器主副控制系统。

图1为本发明实施例一的无人飞行器主副控制系统结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种无人飞行器主副控制系统，包括无人飞行器101，主控制终端102和至少一个副控制终端103；所述无人飞行器101包括数据接收器105和控制器104；所述数据接收器105分别与主控制终端102和副控制终端103通讯连接，用于接收主控制终端102和副控制终端103分别发来的控制信号；所述无人飞行器的控制器104接收优先级高的控制信号，并屏蔽优先级低的控制信号。

本发明实施例优选的，所述无人飞行器101包括分别与数据接收器105和控制器104电连接的判断模块106，用于区分和判断主控制信号和副控制信号及其优先级。所述判断模块106还可以设置在主控制终端102或副控制终端103上，与无人飞行器的控制器无线通讯连接，这样降低了无人飞行器控制器对于多余数据处理的压力和能量消耗，提高无人飞行器的响应速度。为了尽可能的避免打扰主控制终端102的控制体验，对于副控制终端103与主控制终端102之间同时产生了输入指令的情况下，对于不同情况的控制功能，判断模块106对于输入的控制指令设置了不同的优先级别。

本发明实施例优选的，所述控制信号包括用于遥控无人飞行器飞行动作的飞控信号，和/或用于遥控无人飞行器辅助设备的辅控信号。对于影响到无人飞行器101飞行安全的，飞行轨迹控制指令等飞控信号，必然是副控制终端103拥有较高的优先级别；对于不影响无人飞行器101飞行安全的，附带设备控制指令等辅控信号，可以让主控制终端102具有较高优先级。

本发明实施例优选的，所述判断模块包括通过竞合规则判断控制信号优先级的决策单元；对于可能影响到无人飞行器101飞行安全的控制指令，比如无人飞行器101在空中悬停状态下的，绕自身Z轴旋转的控制指令，可以设置为主控制终端102和副控制终端103彼此竞合的优先级；典型的竞合优先级控制如下：在其中一个控制终端正常控制无人飞行器101的过程中，对于另一控制终端的输入时间低于2秒钟的输入指令，视为误操作，无人飞行器101不响应其指令；对于另一控制终端持续输入时间超过2秒钟的输入指令，视为指令竞合成功，将与该竞合权限对应的整组控制权限转移给该另一控制终端。

本发明实施例优选的，所述副控制终端103通过心跳模式与无人飞行器101通讯连接。当无人飞行器101工作时，主控制终端102与副控制终端103均与无人飞行器101保持通信连接，只是主控制终端102工作时，副控制终端103通过适当频率(与主控制终端102同频、分频或者跳频的方式，尽可能避免二者之间的干扰)的心跳模式保持与无人飞行器101的通信，但是并不影响主控制终端102的正常工作。

本发明实施例优选的，所述副控制终端103设有心跳频率调节模块107。副控制终端103与无人飞行器101的心跳模式连接的频率是可调的，在低速飞行、低空飞行的情况下，由于无人飞行器101可能出现紧急情况的几率较低，此时副控制终端103与无人飞行器101的心跳模式连接频率可以设置的较低，比如1次/秒。当无人飞行器101处于高风险概率的飞行模式下，比如高速、高空、特定地域范围内等情况时，此时可提高心跳模式连接频率，比如提高到10次/秒等。

本发明实施例优选的，副控制终端103既可以是拥有与主控制终端102基本相同的控制模式，比如能够独立的通过副控制终端103来完成对无人飞行器101的全部控制功能。但是，副控制终端103也可以仅保留部分与紧急飞行控制相关的控制功能。比如：副控制终端103可仅具备对无人飞行器101的飞行动作进行控制的功能，而不需要配备对无人飞行器101上搭载的附带设备的控制功能，以航拍无人机为例，副控制终端103可以仅具备控制无人飞行器101飞行的功能，而不具备对航拍设备进行控制的功能。这样的设计是出于副控制终端103的核心需求而考虑的，副控制终端103主要是为了抢险救急使用，所以为了节约系统功耗，可以简化，仅保留与无人飞行器101的飞行控制直接相关的那部分功能。

在上述方案的基础上，副控制终端103还可以仅具备飞行控制中与安全最相关的功能键，如副控制终端103仅保留了空中悬停键(对应刹车功能)和/或快速降落功能和/或无头控制模式(无头模式下，飞行器以控制终端为原点飞行，不区分其机头朝向，以便于操控者仅控制飞行器的飞行动作)。这样的设计能够进一步降低整个控制系统中，副控制终端103与无人飞行器101保持待机通信连接以及紧急通信连接时的功耗和控制响应速度。

本发明实施例优选的，所述副控制终端还可以是与无人飞行器控制系统通信连接的服务器，移动终端和/或地面站。本发明实施例所述的副控制终端的形式不限于与遥控终端一样的控制端，还可以是在服务器，移动终端和/或地面站上，通过设置上述方案，即可形成本发明所述的副控制终端。

本发明实施例公开了一种无人飞行器主副控制系统，通过设置至少一个副控制终端，在主控制终端遥控无人飞行器飞行出现危险状况时，及时由副控制终端接管飞行权限，保障飞行安全。

实施例二、一种无人飞行器紧急监管设备。

图2为本发明实施例二的无人飞行器紧急监管设备结构示意图，本发明实施例将结合图2进行具体说明。

一种无人飞行器紧急监管设备，包括中央处理器202，信号发射器203和紧急接管按键204；所述信号发射器203与中央处理器202电连接，并向无人飞行器发射高权限的控制信号；所述紧急接管按键204与中央处理器202电连接。

本发明实施例优选的，所述信号发射器203通过心跳模式与无人飞行器通讯连接。所述紧急监管设备201还设有心跳频率调节器205，其与中央处理器202电连接，并向信号发射器203发送调频信号。

本发明实施例优选的，所述紧急接管按键204包括用于遥控无人飞行器基本飞行动作的飞控按键。紧急监管设备201一旦接到输入指令，则即时享有高于主控制终端的操作权限，此时通过指令比较的方式或者是按照预先设置的优先级别来对不同权限的指令实施屏蔽的方式，该无人飞行器的控制系统无论是否仍然保持对主副控制终端指令的同时接收，但是仅响应紧急监管设备201的输入指令。

由于紧急监管设备201的控制者一般是更有经验的用户，所以借助上述可以随时介入控制的机制能够有效的避免使用主控制终端的控制者因为经验不足，或者紧急状态下的控制失误等原因所导致的炸机事件或者其他负面影响。

本发明实施例公开了一种无人飞行器紧急监管设备，在无人飞行器出现危急状况时，操控紧急监管设备201可以及时接管控制权限，无人飞行器在收到紧急监管设备201的控制信号后，及时屏蔽主控制终端控制信号的响应，仅响应紧急监管设备201的控制信号，及时避免危险状况的发生，保障安全。

实施例三、一种无人飞行器主副控制系统控制方法。

图三为本发明实施例三的无人飞行器主副控制系统控制方法流程图，本发明实施例将结合图3进行具体说明。

如图3所示，本发明实施例提供了一种无人飞行器主副控制系统控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S301：主控制终端和副控制终端分别与无人飞行器通讯连接；

步骤S302：判断模块根据输入指令进行决策；

步骤S303：依据决策，主控制终端或副控制终端遥控无人飞行器飞行。

本发明实施例优选的，所述步骤主控制终端和副控制终端分别与无人飞行器通讯连接，具体为：主控制终端与无人飞行器无线通讯连接；副控制终端通过与主控制终端同频、分频或跳频的心跳模式与无人飞行器通讯连接。

本发明实施例优选的，所述步骤无人飞行器的判断模块根据输入指令进行决策的步骤，具体为：判断模块区分输入指令为主控制终端或副控制终端发送的控制信号，并判定其优先级权限；对于影响飞行安全的飞控信号，判断模块判定副控信号具有较高的优先级；对于不影响飞行安全的，遥控附带设备等辅控信号，判断模块判定主控制终端具有较高的优先级；所述判断模块包括通过竞合规则判断控制信号优先级的决策单元；典型的竞合优先级控制如下：在其中一个控制终端正常控制无人飞行器的过程中，对于另一控制终端的输入时间低于2秒钟的输入指令，视为误操作，无人飞行器不响应其指令；对于另一控制终端持续输入时间超过2秒钟的输入指令，视为指令竞合成功，将与该竞合权限对应的整组控制权限转移给该另一控制终端。

本发明实施例优选的，所述步骤依据决策，主控制终端或副控制终端遥控无人飞行器飞行的步骤，具体为：根据决策结果，主控制终端或副控制终端发送的控制信号优先级权限高的控制端遥控无人飞行器飞行。判断模块判定输入指令为副控信号且其优先级高，则副控制端遥控无人飞行器飞行；判断模块判定输入指令为主控信号且其优先级高，则主控制端遥控无人飞行器飞行。

本发明公开了一种无人飞行器主副控制系统及其控制方法，通过设置副控制端，来监管无人飞行器的飞行；主控制端和副控制端均与无人飞行器通讯连接，当主控制端遥控无人飞行器出现危险状况时，副控制端及时接管无人飞行器的遥控权限，由有经验的用户通过副控制终端遥控无人飞行器的飞行，保障行人及无人飞行器的安全。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。