一种无人机跟随系统及跟随飞行的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机跟随系统及跟随飞行控制方法，包括无人机主体、遥控装置、跟随模块和移动终端，控装置与跟随模块之间进行无线通信，遥控装置与无人机主体之间进行无线通信，移动终端与控装置的第二通信模块进行有线或无线通信。跟随飞行控制方法包括一、启动无人机本体，启动遥控装置，无人机本体起飞后，悬浮在空中；二、启动跟随模块，第二定位模块能够准确获得跟随模块此时的位置信号；三、启动移动终端，通过人机交互界面选择通跟随方式；四、无人机主体依据选择的跟随方式自动飞行。通过设置无人机跟随系统，无人机本体能够跟随移动的跟随模块自动飞行，无需通过遥控装置来操控无人机的飞行，操作简单。
【专利说明】
一种无人机跟随系统及跟随飞行的控制方法
技术领域
[0001]本发明属于无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机跟随系统及跟随飞行的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，无人机越来越得到大众的青睐，而随着技术的提高和无人机价格的降低，无人机己逐渐成为大众的消费产品。但是，目前来看无人机操作的复杂制约了无人机进入大众市场。
[0003]现有的无人机主要通过遥控器控制移动设备的运行状态，而遥控器的操作主要通过遥控器上的两条摇杆控制移动设备的前进或后退等操作，由于无人机由遥控器的两条摇杆控制，新手比较难控制无人机的飞行，因此需要专业遥控人员经过长期的培训，方可熟练操作遥控器控制无人机的运行状态。另外，无人机的遥控器一也比较笨重，体积也比较大，携带极其不方便，大大降低用户的体验。
[0004]综上所述，有必要提供一种可控制无人机做跟随的智能设备及系统以解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种无人机跟随系统及跟随飞行的控制方法，解决现有技术中无人机飞行操控复杂，且控制精度低的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种无人机跟随系统，包括:
[0008]无人机主体，所述无人机主体内设置有第一电池，第一控制模块、第一通信模块和第一定位模块，第一通信模块、第一定位模块与第一控制模块之间通过电连接，第一电池为第一控制模块、第一通信模块供电和第一定位模块;所述无人机本体上通过云台设置有摄像机，摄像机与第一控制模块之间电连接。
[0009]遥控装置，所述遥控装置内部设置有第二电池、第二控制模块和第二通信模块，遥控装置上的设置有无人机操纵机构;第二通信模、操纵机构与第二控制模块之间电连接，第二电池为第二控制模块和第二通信模块供电；
[0010]跟随模块，所述跟随模块设置在地面移动载体上，跟随模块上设置有第三电池、第三通信模块和第二定位模块，第三通信模块和第二定位模块之间电连接，第三电池为第三通信模块和第二定位模块供电。
[0011]移动终端，所述移动终端中设置人机交互界面，其内部设置有第四控制模块，第四电池，第四通信模块，所述显示屏、第四通信模块与第四控制模块之间电连接，第四电池为人机交互界面、第四通信模块和第四控制模块供电，所述第四控制模块中设置有CEEW APP,并通过人机交互界面显示其操作界面；
[0012]所遥控装置的第二通信模块与跟随模块的第三通信模块之间进行无线通信，遥控装置的第二通信模块与无人机主体的第一通信模块之间进行无线通信，述移动终端的第四通信模块与控装置的第二通信模块进行有线或无线通信。
[0013]跟随模块中还包括陀螺仪、加速度计、磁强计和气压计，使用这些传感器可以测量并计算出跟随模块的北方向速度、东方向速度、天方向速度和俯仰角、滚转角、指向角。跟随模块将会一直以一定时间间隔将这些传感器数据和位置信息数据发送给遥控装置。
[0014]无人机主体中还包括陀螺仪、加速度计、磁强计、气压计。使用这些传感器可以测量并计算出无人机本体的北方向速度、东方向速度、天方向速度和俯仰角、滚转角、指向角。第一控制模块收到遥控装置发送的数据包后，将会提取有关跟随模块的位置信息和高度信息，并将其与自身的对应信息相比较，得到无人机本体与跟随模块的相对位置，相对高度。
[0015]进一步改进，所述遥控装置为摇杆式双手持控的遥控装置或佩戴式单手操作的遥控装置。
[0016]一种无人机跟随飞行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0017]步骤一、启动无人机本体，通过第一电池为其上电；启动遥控装置，通过遥控装置控制无人机本体起飞，达到设定高度后，悬浮在空中等待第一控制模块的飞行指令；
[0018]步骤二、启动跟随模块，所述跟随模块设置在地面移动载体上，第二定位模块能够准确获得跟随模块此时的位置信号，并通过第三通信模块与第二通信模块之间的无线通信将位置信号传送给遥控装置的第二控制模块；
[0019]步骤三、启动移动终端，激活CEEW APP，通过人机交互界面选择一种跟随方式，通过第四通信模块与控装置的第二通信模块之间的有线或无线通信将跟随方式的选择结果传送给遥控装置的第二控制模块；
[0020]步骤四、无人机主体的第一控制模块将接受到的跟随方式的选择结果与随模块此时的位置信号组合为一个数据包，并通过第二通信模块与第一通信模块之间的无线通信传送给第一控制模块，第一控制模块控制无人机本体依据选择的跟随方式自动飞行，不需要操纵者通过操作遥控装置的操纵机构来控制无人机飞行；
[0021]步骤五、飞行结束，通过遥控装置的操纵机构退出跟随模式。
[0022]进一步改进，所述跟随方式包括简单跟随、定点跟随、影子跟随、轨迹跟随、环绕跟随、推拉跟随和绘线跟随。
[0023]所述简单跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的相对距离和高度保持不变。
[0024]所述定点跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中摄像机的镜头始终朝向移动的跟随模块；
[0025]所述影子跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度和方位角度与设定值对应相同，即无人机本体的飞行轨迹与跟随模块的移动轨迹在同一水平面上的投影相同。无人机本体向影子一样追随跟随模块的移动。
[0026]所述轨迹跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度与设定值对应相同，并且无人机本体始终与跟随模块保持相同的方向和速度飞行。采取该种跟随方式飞行，无论跟随模块以何种角度和速度前进，无人机本体在保持预设的距离、高度的同时，始终保持与跟随模块相同的方向和速度飞行，如果保持跟随模块静止，无人机本体也将静止；只有当跟随模块移动后，无人机本体才会飞行到设定的相对高度和距离。
[0027]所述环绕跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的相对高度，以及无人机本体的飞行速度和环绕半径，第一控制模块控制无人机本体在设定高度的水平面内以跟随模块正上方对应的点为圆心，以设定半径和速度环绕飞行;所述设定速度为正数时，无人机本体以顺时针环绕飞行，设定速度为负数时，无人机本体以逆时针环绕飞行；
[0028]所述推拉跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设起点A，并通过设定与起点A之间的距离和高度来确定终点B，起点A为无人机本体当前的位置，第一控制模块控制无人机本体从起点A出发，沿直线匀速飞行到设定终点B，达到设定终点B后，无人机本体将自动返回起点A;无人机本体在飞行过程中摄像机镜头会时刻调整，瞄准跟随模块。通过推拉跟随模式能够获得从小景别到大景别，再从大景别向小景别连续过渡的拍摄画面。
[0029]所述绘线跟随是指通过移动终端的人机交互界面选择至少两个航点，所有航点按点取的时间顺序依次连接生成航线，第一控制模块控制无人机本体沿着航线飞行，可以设定每个航点的经度、玮度坐标值以及高度值;如果跟随模块超出了航线的范围无人机本体将会悬停，但镜头将会一直对准跟随模块的方向。CEEWA APP将会自动判断航线的可靠性。如果航线设置不合理，将会提示重新设置。
[0030]进一步改进，所述遥控装置的第二控制模块通过第二通信模块每隔80ms向无人机主体发送一次数据包;移动终端四控制模块通过第四通信模块每隔10ms与遥控装置进行一次通信。
[0031]进一步改进，所述无人机本体起飞前，将无人机本体与跟随模块放置在同一高度进行高度校准，确保参数的参考基准相同，保证控制精度。
[0032]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0033]1、通过设置无人机跟随系统，无人机本体能够跟随移动的跟随模块自动飞行，无需通过遥控装置来操控无人机的飞行，操作简单。
[0034]2、通过移动终端的人机交互界面选择不同的跟随方式来实现无人机本体不同自动跟随飞行的要求，以保证航拍的效果。
【附图说明】
[0035]图1为本发明所述一种无人机跟随系统的示意图。
【具体实施方式】
[0036]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐释本发明的内容，但
[0037]本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0038]实施例一:
[0039]如图1所示，一种无人机跟随系统，包括:
[0040]无人机主体I，所述无人机主体内设置有第一电池，第一控制模块、第一通信模块和第一定位模块，第一通信模块、第一定位模块与第一控制模块之间通过电连接，第一电池为第一控制模块、第一通信模块供电和第一定位模块;所述无人机本体上通过云台设置有摄像机，摄像机与第一控制模块之间电连接。
[0041]遥控装置2，所述遥控装置内部设置有第二电池、第二控制模块和第二通信模块，遥控装置上的设置有无人机操纵机构;第二通信模、操纵机构与第二控制模块之间电连接，第二电池为第二控制模块和第二通信模块供电。
[0042]跟随模块4，所述跟随模块设置在地面移动载体上，跟随模块上设置有第三电池、第三通信模块和第二定位模块，第三通信模块和第二定位模块之间电连接，第三电池为第三通信模块和第二定位模块供电。
[0043]移动终端3，所述移动终端中设置人机交互界面，其内部设置有第四控制模块，第四电池，第四通信模块，所述显示屏、第四通信模块与第四控制模块之间电连接，第四电池为人机交互界面、第四通信模块和第四控制模块供电，所述第四控制模块中设置有CEEWAPP，并通过人机交互界面显示其操作界面。
[0044]所遥控装置2的第二通信模块与跟随模块4的第三通信模块之间进行无线通信，遥控装置的第二通信模块与无人机主体的第一通信模块之间进行无线通信，述移动终端的第四通信模块与控装置的第二通信模块进行有线或无线通信。
[0045]在本实施例中，跟随模块4中还包括陀螺仪、加速度计、磁强计和气压计，使用这些传感器可以测量并计算出跟随模块4的北方向速度、东方向速度、天方向速度和俯仰角、滚转角、指向角。跟随模块将会一直以一定时间间隔将这些传感器数据和位置信息数据发送给遥控装置。
[0046]在本实施例中，无人机主体中还包括陀螺仪、加速度计、磁强计、气压计。使用这些传感器可以测量并计算出无人机本体I的北方向速度、东方向速度、天方向速度和俯仰角、滚转角、指向角。第一控制模块收到遥控装置2发送的数据包后，将会提取有关跟随模块的位置信息和高度信息，并将其与自身的对应信息相比较，得到无人机本体I与跟随模块4的相对位置，相对高度。
[0047]在本实施例中，所述遥控装置2为摇杆式双手持控的遥控装置或佩戴式单手操作的遥控装置。
[0048]实施例二:
[0049]—种无人机跟随飞行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0050]步骤一、启动无人机本体，通过第一电池为其上电；启动遥控装置，通过遥控装置控制无人机本体起飞，达到设定高度后，悬浮在空中等待第一控制模块的飞行指令；
[0051]步骤二、启动跟随模块，所述跟随模块设置在地面移动载体上，第二定位模块能够准确获得跟随模块此时的位置信号，并通过第三通信模块与第二通信模块之间的无线通信将位置信号传送给遥控装置的第二控制模块；
[0052]步骤三、启动移动终端，激活CEEW APP，通过人机交互界面选择一种跟随方式，通过第四通信模块与控装置的第二通信模块之间的有线或无线通信将跟随方式的选择结果传送给遥控装置的第二控制模块；
[0053]步骤四、无人机主体的第一控制模块将接受到的跟随方式选择结果与随模块此时的位置信号组合为一个数据包，并通过第二通信模块与第一通信模块之间的无线通信传送给第一控制模块，第一控制模块控制无人机本体依据选择的跟随方式自动飞行，不需要操纵者通过操作遥控装置的操纵机构来控制无人机飞行；
[0054]步骤五、飞行结束，通过遥控装置的操纵机构退出跟随模式。
[0055]在本实施例中，无人机本体以简单跟随方式自动飞行，所述简单跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的相对距离和高度保持不变。无人机本体在简单跟随飞行过程中，如果操纵者发现预设的高度和距离不恰当，则可以通过遥控装置来控制无人机本体飞行，保证将无人机本体与跟随模块之间的相对高度和距离调整至合理值，调整结束后无人机本体将以调整后的相对高度、距离值进行简单跟随方式自动飞行。
[0056]在其他实施例中，还包括定点跟随、影子跟随、轨迹跟随、环绕跟随、推拉跟随和绘线跟随，在每次跟随飞行时选择其中一种跟随方式。
[0057]所述定点跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中摄像机的镜头始终朝向移动的跟随模块；
[0058]所述影子跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度和方位角度与设定值对应相同，即无人机本体的飞行轨迹与跟随模块的移动轨迹在同一水平面上的投影相同。无人机本体向影子一样追随跟随模块的移动。
[0059]所述轨迹跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度与设定值对应相同，并且无人机本体始终与跟随模块保持相同的方向和速度飞行。采取该种跟随方式飞行，无论跟随模块以何种角度和速度前进，无人机本体在保持预设的距离、高度的同时，始终保持与跟随模块相同的方向和速度飞行，如果保持跟随模块静止，无人机本体也将静止；只有当跟随模块移动后，无人机本体才会飞行到设定的相对高度和距离。
[0060]所述环绕跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的相对高度，以及无人机本体的飞行速度和环绕半径，第一控制模块控制无人机本体在设定高度的水平面内以跟随模块正上方对应的点为圆心，以设定半径和速度环绕飞行;所述设定速度为正数时，无人机本体以顺时针环绕飞行，设定速度为负数时，无人机本体以逆时针环绕飞行；
[0061]所述推拉跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设起点A，并通过设定与起点A之间的距离和高度来确定终点B，起点A为无人机本体当前的位置，第一控制模块控制无人机本体从起点A出发，沿直线匀速飞行到设定终点B，达到设定终点B后，无人机本体将自动返回起点A;无人机本体在飞行过程中摄像机镜头会时刻调整，瞄准跟随模块。通过推拉跟随模式能够获得从小景别到大景别，再从大景别向小景别连续过渡的拍摄画面。
[0062]所述绘线跟随是指通过移动终端的人机交互界面选择至少两个航点，所有航点按点取的时间顺序依次连接生成航线，第一控制模块控制无人机本体沿着航线飞行，可以设定每个航点的经度、玮度坐标值以及高度值;如果跟随模块超出了航线的范围无人机本体将会悬停，但镜头将会一直对准跟随模块的方向。CEEWA APP将会自动判断航线的可靠性。如果航线设置不合理，将会提示重新设置。
[0063]在本实施例中，所述遥控装置的第二控制模块通过第二通信模块每隔80ms向无人机主体发送一次数据包;移动终端四控制模块通过第四通信模块每隔10ms与遥控装置进行一次通信。
[0064]在本实施例中，所述无人机本体起飞前，将无人机本体与跟随模块放置在同一高度进行高度校准，确保参数的参考基准相同，保证控制精度。
[0065]本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的典型实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
【主权项】
1.一种无人机跟随系统，其特征在于，包括: 无人机主体，所述无人机主体内设置有第一电池，第一控制模块、第一通信模块和第一定位模块，第一通信模块、第一定位模块与第一控制模块之间通过电连接，第一电池为第一控制模块、第一通信模块供电和第一定位模块;所述无人机本体上通过云台设置有摄像机，摄像机与第一控制模块之间电连接； 遥控装置，所述遥控装置内部设置有第二电池、第二控制模块和第二通信模块，遥控装置上的设置有无人机操纵机构;第二通信模、操纵机构与第二控制模块之间电连接，第二电池为第二控制模块和第二通信模块供电； 跟随模块，所述跟随模块设置在地面移动载体上，跟随模块上设置有第三电池、第三通信模块和第二定位模块，第三通信模块和第二定位模块之间电连接，第三电池为第三通信模块和第二定位模块供电； 移动终端，所述移动终端中设置人机交互界面，其内部设置有第四控制模块，第四电池，第四通信模块，所述显示屏、第四通信模块与第四控制模块之间电连接，第四电池为人机交互界面、第四通信模块和第四控制模块供电，所述第四控制模块中设置有CEEW APP，并通过人机交互界面显示其操作界面； 所遥控装置的第二通信模块与跟随模块的第三通信模块之间进行无线通信，遥控装置的第二通信模块与无人机主体的第一通信模块之间进行无线通信，述移动终端的第四通信模块与控装置的第二通信模块进行有线或无线通信。2.根据权利要求1所述的无人机跟随系统，其特征在于，所述遥控装置为摇杆式双手持控的遥控装置或佩戴式单手操作的遥控装置。3.—种无人机依据权利要求1或2中任一项跟随系统进行跟随飞行的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、启动无人机本体，通过第一电池为其上电；启动遥控装置，通过遥控装置控制无人机本体起飞，达到设定高度后，悬浮在空中等待第一控制模块的飞行指令； 步骤二、启动跟随模块，所述跟随模块设置在地面移动载体上，第二定位模块能够准确获得跟随模块此时的位置信号，并通过第三通信模块与第二通信模块之间的无线通信将位置信号传送给遥控装置的第二控制模块； 步骤三、启动移动终端，激活CEEW APP，通过人机交互界面选择一种跟随方式，通过第四通信模块与控装置的第二通信模块之间的有线或无线通信将跟随方式的选择结果传送给遥控装置的第二控制模块； 步骤四、无人机主体的第一控制模块将接受到的跟随方式的选择结果与随模块此时的位置信号组合为一个数据包，并通过第二通信模块与第一通信模块之间的无线通信传送给第一控制模块，第一控制模块控制无人机本体依据选择的跟随方式自动飞行，不需要操纵者通过操作遥控装置的操纵机构来控制无人机飞行； 步骤五、飞行结束，通过遥控装置的操纵机构退出跟随模式。4.根据权利要求3所述的无人机跟随飞行的控制方法，其特征在于，所述跟随方式包括简单跟随、定点跟随、影子跟随、轨迹跟随、环绕跟随、推拉跟随和绘线跟随； 所述简单跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的相对距离和高度保持不变； 所述无人机本体上通过你云台设置有摄像机，摄像机与第一控制模块之间电连接，定点跟随是指第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中摄像机的镜头始终朝向移动的跟随丰吴块； 所述影子跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度和方位角度与设定值对应相同，即无人机本体的飞行轨迹与跟随模块的移动轨迹在同一水平面上的投影相同； 所述轨迹跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的距离、高度，以及无人机本体相对跟随模块之间的方位角度，第一控制模块控制无人机本体在飞行过程中与移动的跟随模块之间的距离、高度与设定值对应相同，并且无人机本体始终与跟随模块保持相同的方向和速度飞行； 所述环绕跟随是指是指通过移动终端的人机交互界面预设无人机本体与跟随模块之间的相对高度，以及无人机本体的飞行速度和环绕半径，第一控制模块控制无人机本体在设定高度的水平面内以跟随模块正上方对应的点为圆心，以设定半径和速度环绕飞行;所述设定速度为正数时，无人机本体以顺时针环绕飞行，设定速度为负数时，无人机本体以逆时针环绕飞行； 所述推拉跟随是指通过移动终端的人机交互界面预设起点A，并通过设定与起点A之间的距离和高度来确定终点B，起点A为无人机本体当前的位置，第一控制模块控制无人机本体从起点A出发，沿直线匀速飞行到设定终点B，达到设定终点B后，无人机本体将自动返回起点A;无人机本体在飞行过程中摄像机镜头会时刻调整，瞄准跟随模块； 所述绘线跟随是指通过移动终端的人机交互界面选择至少两个航点，所有航点按点取的时间顺序依次连接生成航线，第一控制模块控制无人机本体沿着航线飞行，可以设定每个航点的经度、玮度坐标值以及高度值。5.根据权利要求3或4所述的跟随飞行的控制方法，其特征在于，所述遥控装置的第二控制模块通过第二通信模块每隔80ms向无人机主体发送一次数据包;移动终端四控制模块通过第四通信模块每隔10ms与遥控装置进行一次通信。6.根据权利要求5所述的跟随飞行的控制方法，其特征在于，所述无人机本体起飞前，将无人机本体与跟随模块放置在同一高度进行高度校准。
【文档编号】G05D1/10GK106054926SQ201610567916
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】段文博, 朱亚楠, 杜健, 郭力, 高月山, 张伟
【申请人】南京奇蛙智能科技有限公司