一种定维度飞行的多旋翼飞行器及飞行控制方法_3

文档序号:9260989阅读:来源:国知局
玮度距离的差,将结果传输给无人飞行器的飞行控制器;最后,飞行控制器根据预设维度方向以及检测得到的距离差,校正无人飞行器的空间位置;
反复执行上述步骤S108-步骤SllO以及步骤Slll-步骤SI 13,完成飞行任务,直至确认飞行任务结束时,执行步骤S114 ; 步骤SI 14,结束定维飞行模式。
[0047]如果对上述流程方法进行概括可知,为了解决本申请提出的技术问题,本发明提供了一种多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法,其中:
(I )、设置定维飞行的相关参数,至少包括维度方向以及维度距离;
(2)、采集在设定维度方向上与参照物的距离,判断其余设定维度距离的差别;
(3)、根据上述步骤的判断结果,调整无人飞行器与参照物的距离与预设的维度距离相一致;
(4)、在利用上述步骤保证无人飞行器在与参照物相对的维度上距离固定的情况下,接受飞行控制信号,受控完成飞行动作。
[0048]另外,对于上述流程中一些细节问题说明如下:
首先,本发明中明示了在设定完成一组维度方向以及维度距离的情况下,还可以根据需要追加设置其他组的维度方向与维度距离。
[0049]本领域技术人员可以理解,由于无人飞行器是在空间范围内,在具有6个方向自由度的前提下进行飞行的,所以按照本申请的固定一组维度数据情况下的飞行表现,就类似于无人飞行器相对于地面按照定高方式进行飞行,甚至当地面高度发生改变时候,比如地面情况是一段连续阶梯,则无人飞行器的飞行动作就类似是在爬楼梯一样的飞行,始终保持与地面的同样相对距离。
[0050]在此基础上,本领域技术人员同样可以理解,即使是再设置一组维度数据的情况下,无人飞行器同样可以完成相对于两个维度数据组的飞行,就类似于无人飞行器同时相对于地面和矗立于该地面的墙面保持一个固定距离进行飞行,此时由于已经两个维度上的飞行线路已经根据参照物的具体情况而被相对固定住了,那么飞手只需要简单对一个维度进行操作,就能实现特定飞行动作和线路。对于一些特定巡线、飞行表演、航空拍摄而言,这种多个维度相对固定的飞行控制方式,尤为有价值。
[0051]基于本发明的定维飞行模式,实际上呈现了丰富的应用可能。
[0052]举例来说,作为最简单的实施方式,可以利用本发明的原理实现无人飞行器的定高飞行,这种定高飞行,不是像现有技术那样的相对确定的海拔高度的飞行,而是一种适于较低飞行高度、较近间隔距离的定高飞行,如果用小型无人飞行器来呈现这种定高飞行的效果,就好像是无人飞行器穿了一双隐形的高跟鞋,可以在地形复杂的环境下,四处游走,并且极大简化了用户的操作难度。
[0053]另外,本发明定维飞行模式的价值,也不仅在于如上所述的定高飞行模式,实际上,本发明构思突破了传统无人飞行器控制中,总是限于对高度进行智能化控制的思维局限,提出了一种相对于参照物实现相对距离固定的飞行模式。具体实际应用时,还可以可以通过简单的飞手操控配合,实现绕着一面墙的飞行;如果适当的设置维度的话,经过飞手的简单操控配合,还能简便的实现绕着复杂物体的飞行,比如,飞手控制无人飞行器保持其机头与墙面相对平行的情况下,可以简易实现绕着一面环形的墙飞行,并且基本与墙保持一致的距离;再如,根据实际情况,适当的设置好两个维度的参数的情况下,还能让无人飞行器顺利的穿过一个很长的连续回廊,并且保持在回廊中飞行时,距离回廊侧壁、底面、顶面中多个面中的两个面,保持适当距离不变的进行飞行。
[0054]并且,在某些更为特殊的需求场合,相对于两个方向同时实现定距飞行,也是非常有价值的。
[0055]比如,某些活动场合或者航拍场合,需要让无人飞行器实现,比如沿着一个墙根连续移动的拍摄,如果举例来说的话,就是在距离地面0.5米,同时距离水平左方向的墙壁0.5米的情况下,连续飞行,此时由于无人飞行器在两个维度上已经被相对固定了,而用户需要操作的维度就只剩一个维度了。
[0056]另一个典型的例子是,比如某个航拍长镜头,要求跟踪一个角色沿着一段很长的走廊跑步的同时,连续跟拍。传统方式是一个熟练的飞手,操纵无人飞行器进行跟随拍摄。在走廊空间比较局限的情况下,无人飞行器的飞行存在风险,同时这种连续拍摄过程中,镜头的调整,也要分散操作者的精力。采用本发明的方式,通过智能辅助的方式来完成对无人飞行器飞行轨迹的规划,提升了无人飞行器的应用可能。
[0057]另外,在上面的步骤描述中,步骤Slll-步骤S113的执行方式,根据具体飞行任务的场合需要,既可以是实时的完成,也可以是按照每间隔一段时间执行一次的方式来完成。根据频率设置的不同,可以实现不同飞行效果。
[0058]对于实时调整飞行轨迹,确保定维飞行的方案而言,从具体飞行动作和过程来看,无人飞行器从始至终均能相对于参照物在所设定的维度上保持距离,假设参照物是地面的情况下,即使是无人飞行器较快的飞过一段高低起伏的地面,其效果呈现出来,类似无人飞行器适应于地面的变化上下起伏飞行,在高速运动中,仍然能保持与地面距离的适配性。而假设参照物是环绕墙面的情况下,飞手经过简单的操作,就能实现无人飞行器绕着环形墙面飞行的动作效果,而在过去,这种操作是需要飞手的高超技巧,并且具有极高飞行风险的。
[0059]另外,如果是每间隔一段时间进行一次调整,这种方式比较适用于普通的参照物类型,当参照物的表面形状变化不是很激烈时,采用间隔一段时间进行一次调整的脉冲调整方式,能够在基本确保大致相同飞行效果的情况下,极大降低系统负荷。
[0060]最后,关于在维度受限的情况下如何实现无人飞行器与遥控端(地面站)之间的经由飞行控制指令实现的受控飞行,在本实施例一中采用的是对飞行指令进行适当处理之后再执行的飞行指令过滤方法。举例如下:
根据预先设定的定维参数,在遥控器端直接实现对飞行控制指令的过滤,也就是说,将全自由度的飞行控制指令,映射到根据定维参数所确定的空间平面上,将可能使得无人飞行器在定维参数所确定的方向上发生位移的飞行控制指令信息,垂直投射到所述空间平面,让该指令信息被实质上过滤掉。然后将成功过滤后的飞行指令发送给无人飞行器上的飞行控制器,使其按照过滤后的飞行指令执行命令。
[0061]具体举个例子,假设无人飞行器定维参数就是按照一组定维参数,并且以三维立体空间上,朝向Z轴的-180度方向作为定维方向,以3米作为定维距离。那么实际上,就是要让无人飞行器完成,距离地面3米的定高飞行。此时,来自遥控器端的所有飞行控制指令在Z轴上的投影分量都被过滤掉,也就是说,此时遥控器端过滤后发出去的飞行控制指令仅能指挥无人飞行器在XY平面上自由移动,这也就实现了无人飞行器的定维飞行。
[0062]再举个例子,假设无人飞行器定维参数也是按照一组定维参数,并且以三维立体空间上,朝向X轴的O度方向作为定维方向,以2米作为定维距离,那么按照上述类似的控制方式,遥控器端在X方向上的投影分量都被过滤掉,实现了在YZ平面上的自由移动。
[0063]虽然,本发明实施例1中为了说明简便起见,是以X轴和Z轴的定维飞行为例进行的说明,事实上,按照同样的方式,这个角度也可以在三维空间内根据需要适当的选择,其计算原理是一致的。
[0064]如上所述的这种飞行指令处理方式,将对飞行指令的处理要求放在运算性能相对较好的遥控端来实现,避免给无人飞行器的飞行控制能力带来更大的负担,并且相应的避免了更多的电力消耗与系统硬件的匹配。
[0065]本发明实施例二
图3示出了根据本发明实施例二的多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法的流程图。该流程图步骤中与本发明实施例一相同的部分,这里不再赘述,这里主要对存在差异的飞行模式步骤说明如下:
在本发明实施例二中,原实施例一中的步骤S108被省去,虽然来自于遥控端/地面站的飞行控制指令,可能使得无人飞行器在拟固定距离的维度上产生位移,但是这种位移通过同期实施的定维校正来补正即可。
[0066]换句话说,无人飞行器可以通过其飞行控制器接受来自遥控端的飞行指令并予以执行,但是通过同期执行的维度校正命令,来消除掉遥控端发来的飞行指令中,可能使得无人飞行器相对于参照物,在其维度上发生位移的影响。这种方式简单易行,对于参照物条件不复杂,遥控端飞手的输入指令是有意识配合受限维度的情况下,能够简单的实现本申请所要求实现的效果。甚至,在将定维调整设置为脉冲调整方式,并且将间隔时间取的稍大的条件下,还能利用飞行指令与定维调整指令之间的冲突,实现一些特殊飞行效果。具体的,仍以相对于墙面定维飞行为例,假设将定维脉冲调整间隔设定为0.5秒的条件下,飞手有意识利用遥控端发出飞行指令操纵无人飞行器向墙面飞行,但是在定维飞行指令调整下,无人飞行器可能向墙面飞行一个极短距离之后,就被定维飞行指令调整按照远离墙面的方向飞行。如此,对于观看无人飞行器飞行表演的观众来说,就形成了一种无人飞行器好像要往墙面上钻,但是又总是被一种看不见的力拉回来的戏剧化飞行表演效果。
[0067]而且,上述这种实现方法对硬件设备的改造,以及对软件算法的优化需求较小,容易实现。
[0068]本发明实施例三
图4示出了现有技术中多旋翼式无人飞行器的框架结构示意图。常见的多旋翼式无人飞行器,基本包括一个飞行控制器30、电源40、电机驱动单元50,遥控信号接收单元60,其中飞行控制器30作为中枢负责对
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