无人飞行器的遥控装置及其遥控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥控领域，特别是涉及一种无人飞行器的遥控装置及其遥控方法。
【背景技术】
[0002] 随着多旋翼式无人飞行器的普及，越来越多的人开始了解和使用多旋翼式无人飞 行器。当前影响多旋翼式无人飞行器，甚至普通无人飞行器的一个重要因素，就是操控复 杂。由于无人飞行器是在空中活动的设备，所以自由度高，需要控制的维度更多，现有的手 动操控飞行器的遥控器基本都是需要两个方向舵。并且，由于无人飞行器行业的发展，遥控 器也开始逐渐标准化、规模化，现有的遥控器的设计思路基本来源于原来航模行业对于飞 行器的控制方式，并且根据遥控器出厂来源不同，还有号称"美国手"与"日本手"之说。其 实，所谓美国手和日本手就是因为来自美国厂家所生产的飞行器遥控器与来自日本厂家所 生产的飞行器遥控器，就一些键位安排来说，不一致。具体来说，日本手(右手油门）就是左 手控制升降舵和方向舵，右手控制油门和副翼;而美国手(左手油门）就是左手控制油门和 方向舵，右手控制升降和副翼。
[0003] 这些操控方式对于新手来说非常不友好，新手操控无人飞行器一般上来，都是没 头苍蝇一样，很难让无人飞行器按照自己想象的方式去行动。究其原因，主要是因为，无人 飞行器的操控思路本质上是一种第三人称的控制方式，然而作为一个自然人，用户现有的 所有操控方式都是第一人称的，这种代入感的错位，会让新手很难去理解飞行器，尤其是对 于飞行速度较快的飞行器来说，用户在手眼切换、脑海中的人称切换，这些复杂的过程中， 很难迅速给出适当的指令。也正是因为这个原因，导致了无人飞行器的普及遇到了一些障 碍。
[0004] 传统的无人飞行器的遥控方式是将无人飞行器自身作为移动的基准点，来设计遥 控方式的。由于无人飞行器自身是在空间六轴范围内活动的，而一般的遥控方式则设立了 八个维度，包括在无人飞行器自身朝向不变的情况下的六个维度，即：前进、后退、上升、下 降、向左平移、向右平移。另外还有可以改变无人飞行器自身朝向的以空间Z轴为轴的，顺时 针旋转和逆时针旋转。可以设想一下，如果把无人飞行器比作是一个能飞行的智能机器人， 那么这个智能机器人相当于首先认知到了自我的位置和朝向，然后按照自己的意愿根据自 我的位置和朝向进行移动。根据这种逻辑，无人飞行器的遥控设计得以实现。相应的，问题 也来了。现在的遥控方式，原封不动的照搬了上述无人飞行器的移动方式，遥控器上移植设 置了与上述八个维度对应的操控方式，最常见的是用一个摇杆来做上述四个维度的指令输 入，并列设置两个摇杆即可以完成八个维度的指令输入。但是仔细想想，当用户手持遥控 器，控制两个摇杆完成对无人飞行器的操作时，其实用户的位置是与无人飞行器完全分离 的，用户必须通过自己的分析和判断，将自己代入到无人飞行器的位置上，然后再来给出适 当的控制指令。即用户要依据以自我为中心的逻辑认知，转化到以无人飞行器为中心的虚 拟认知上，然后再来给出适当的指令。这种认知的转换给新用户带来了极大负担，形成了无 人飞行器操控的障碍，并潜在引起了众多无人机的安全事故。
[0005]专利文献CN103453875A公开了一种用于无人机俯仰角与滚转角实时计算方法，其 特征在于，计算步骤如下：坐标预定义：建立机体坐标系0ΧΥΖ，其中原点0位于摄像机光心 处，0Z与光轴平行且指向机头，0Y垂直指向地心；建立图像坐标系OOuv，定义无人机上安装 的摄像机焦平面左上顶点为0〇，U和V分别是焦平面水平和垂直的两个方向；第一步:建立搜 索天地分割线的指标·1，1=0(1181^)+0(>81^)+0(耶1(1)+0(>81(1)其中0(1181^)表示天空区域 光流场u方向上的方差，D(vsky)表示天空区域光流场v方向上的方差，D(ugrd)表示大地区 域光流场u方向上的方差，D(vgrd)表示大地区域光流场v方向上的方差;第二步:利用安装 在无人机上的摄像机采集图像，并获得图像的光流场，基于指标J提取出天地分割线在图像 坐标系OOuv中的直线方程;该步骤的具体过程为:首先，在图像坐标系OOuv中，使用一根直 线切割摄像机采集的图像，并将直线两侧区域分别定义为天空区域和大地区域;其次，分别 计算直线两侧区域光流场在u和v方向上的方差，将这些方差求和得到指标J;再次，将这条 直线在图像上移动直至遍历整个图像区域，将指标J取值最小时所对应的直线定义为天地 分割线，提取出天地分割线在图像坐标系OOuv中的直线方程v=ku+b，其中k是直线斜率和b 是直线截距;第三步:将天地分割线的直线方程v=ku+b中的k和b代入机体坐标系与图像坐 标系之间的对应关系表达式，计算出横滚角Φ和俯仰角Θ， Φ..=arctan(kαXay)Θ=arcUm[(v0 -ku0 -b)cosφay]，其中αχ和ay分别是从成像平 面到图像平面在X方向和y方向的放大系数，u0和vO分别为图像的长和宽。该专利使用摄像 机来探测特征物体或特征点从而计算无人机的俯仰角和滚转角。但该专利无法建立以用户 为中心的第一人称控制方式，虽然能获得俯仰角和滚转角但是无助于用户能够直观的将指 令发送给无人飞行器，降低体验飞行的门槛。
[0006]在【背景技术】部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能 包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0008]根据本发明的第一方面，本发明公开了一种无人飞行器的遥控装置，所述遥控装 置包括与所述无人飞行器本体无线通信的遥控器，所述遥控器至少包括第一摇杆和第二摇 杆。
[0009]所述第一摇杆在以所述遥控器为原点，所述遥控器所在的水平面为坐标轴平面形 成的坐标系下控制所述无人飞行器前、后、左、右移动，所述第二摇杆在以所述遥控器为原 点，所述遥控器所在的水平面为坐标轴平面形成的坐标系下控制所述无人飞行器上、下移 动。
[0010] 优选地，所述遥控器的水平向右的中心线为X轴正方向；所述坐标轴平面内与X轴 垂直的Y轴的正方向为X轴正方向逆时针旋转90度的方向；与所述坐标轴平面垂直向上的方 向为Z轴正方向。
[0011] 优选地，所述坐标转换模块将基于坐标系的坐标转换成以无人飞行器本体为原 点，无人飞行器本体所在的水平面为坐标轴平面形成新坐标系下的新坐标。
[0012] 优选地，所述第二摇杆在以所述遥控器为原点的坐标系下控制所述无人飞行器上 下移动和绕Z轴的顺、逆时针旋转。
[0013] 优选地，所述第一摇杆设在所述遥控器的靠近左手的位置。
[0014] 优选地，所述第一摇杆设在所述遥控器的靠近右手的位置。
[0015] 优选地，所述无人飞行器本体设有无线通信模块，所述无线通信模块使用3G/4G网 络或卫星通信网络作为通信载体使得所述遥控器与所述无人飞行器本体之间无线通信。
[0016] 根据本发明的第二方面，本发明公开了一种无人飞行器的遥控装置，遥控装置包 括设在无人飞行器本体上的坐标转换模块和与所述无人飞行器本体无线通信的遥控器，所 述遥控器至少包括第一摇杆和第二摇杆。所述遥控装置以所述遥控器为原点，所述遥控器 所在的水平面为坐标轴平面形成坐标系，其中，所述遥控器指向所述无人飞行器本体的直 线在所述坐标轴平面的投影为X轴，指向无人飞行器本体的方向为X轴正方向；所述坐标轴 平面内与X轴垂直的Y轴的正方向为X轴正方向逆时针旋转90度的方向；与所述坐标轴平面 垂直向上的方向为Z轴正方向；所述第一摇杆在以所述遥控器为原点的坐标系下控制所述 无人飞行器前、后、左、右移动，所述第二摇杆在以所述遥控器为原点的坐标系下控制所述 无人飞行器上、下移动;所述坐标转换模块将基于坐标系的坐标转换成以无人飞行器本体 为原点，无人飞行器本体所在的水平面为坐标轴平面形成新坐标系下的新坐标。
[0017] 优选地，所述遥控器包括坐标切换开关，所述坐标切换开关用于将以所述遥控器 为原点，所述遥控器所在的水平面为坐标轴平面形成坐标系切换成以无人飞行器本体为原 点，无人飞行器本体所在的水平面为坐标轴平面形成的新坐标系，当所述坐标切换开关开 启后，所述坐标转换模块关闭。
[0018] 优选地，所述遥控器包括可在电子地图上根据预设条件生成所述无人飞行器的飞 行路线的GIS模块，所述GIS模块包括GIS信息导入导出单元、信息展示单元和信息维护单 元，其中，所述GIS信息导入导出单元用于GIS地图中无人飞行器的飞行路线的信息的导入 和导出；所述信息展示单元用于在GIS地图上展示飞行路线的信息;所述信息维护单元用于 在GIS地图上浏览、编辑和删除飞行路线的信息。
[0019] 优选地，所述遥控器包括显示信息的显示屏。
[0020] 根据本发明的第三方面，一种使用所述的无人飞行器的遥