一种飞行器的自动控制方法与流程

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及一种飞行器的自动控制方法。

背景技术：

飞行器是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的飞行装置。现有的多旋翼飞行器若要实现图像处理以及对飞行器的反馈及控制，需要飞行器拥有强大的计算功能，对飞行器的硬件要求高，这无疑会增加飞行器处理器的成本。

目前市场上的飞行器，多数是通过在飞行器上增加具有强大计算功能的MCU(光流运算芯片)，该MCU对飞行器的飞行姿态数据和图像数据进行光流运算，获得飞行器的运动状态，并控制飞行器在三维空间保持静止。图像数据的光流运算需要飞行器有强大的计算功能，这就导致MCU必须达到相对较高的要求，使MCU的价格远高于普通功能的芯片，飞行器的整体价格因此相对较高。如果飞行器上不搭载光流运算的MCU，飞行器的成本会大大下降，但是这也会导致飞行器无法实现光流定点控制的功能。

因此，急需提供一种能够大大降低飞行器成本，同时能够满足飞行器定点控制功能的解决方案。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，提供一种飞行器的自动控制方法，其基于一飞行器系统实现，所述飞行器系统包括：一飞行器，一手机端；

所述飞行器的自动控制方法包括如下步骤：

步骤一：通过所述飞行器上设置的一三轴陀螺仪和一三轴加速度计获取所述飞行器在X、Y、Z三个方向的飞行姿态基础数据；

步骤二：通过所述飞行器上的一摄像头获取图像数据；

步骤三：所述飞行器的一机载控制单元接收所述步骤一测得的飞行姿态基础数据，并通过所述机载控制单元运用互补滤波算法得到所述飞行器当前的飞行姿态数据；

步骤四：所述机载控制单元控制一WIFI发射/接收模块将所述步骤二获得的图像数据发送到所述手机端；

步骤五：所述机载控制单元将所述步骤三计算得到的飞行姿态数据反馈至姿态PID控制环路，所述姿态PID控制环路接收所述飞行姿态数据并控制所述飞行器保持平衡；

步骤六：所述手机端获得所述步骤四发送过来的图像数据，并在所述手机端进行图像处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；

步骤七：所述步骤六获得的所述飞行器的运动状态数据，自所述手机端经由所述WIFI发射/接收模块传回至所述飞行器的所述机载控制单元；

步骤八：所述机载控制单元接收所述手机端回传的所述运动状态数据后，再次与所述步骤一中获得的所述飞行姿态基础数据进行互补滤波融合，计算得到二次飞行姿态数据；

步骤九：将步骤八中获得的所述二次飞行姿态数据反馈至一位置PID控制环路，所述位置PID控制环路计算得到二次运动状态数据，并以控制命令形式反馈至所述姿态PID控制环路；

步骤十：所述PID控制环路接收控制命令并控制所述飞行器在三维空间中保持相对静止。

较佳的，所述三轴陀螺仪与所述三轴加速度计测得的所述飞行器在X、Y、Z三个方向的飞行姿态基础数据，将传送至所述机载控制单元，并通过所述机载控制单元运用互补滤波算法得到飞行器当前的飞行姿态数据。

较佳的，所述位置PID控制环路接受所述机载控制单元的控制，并将控制命令作用于所述姿态PID控制环路。

较佳的，所述摄像头获得的图像数据经由所述WIFI发射/接收模块直接传输至所述手机端，并由手机端进行图像数据的处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；所述机载控制单元经由所述WIFI发射/接收模块接收所述手机端回传的运动状态数据。

较佳的，所述图像处理方法包括光流法，所述光流法将所述手机端获得的每一帧图像数据，与上一帧图像数据进行对比，进而通过光流算法计算得到所述飞行器的运动状态数据。

较佳的，所述图像处理方法包括人脸识别法，所述人脸识别法将识别对象锁定为人脸，将所述手机端获得的每一帧人脸图像数据，与上一帧人脸图像数据进行对比，从而通过所述手机端中内置的人脸识别系统，计算得到所述飞行器的运动状态数据，并反馈给所述机载控制单元，进而控制所述飞行器调整飞行状态，以保持时刻对锁定的人脸进行追踪。

较佳的，所述姿态PID控制环路接收所述机载控制单元的控制命令，并控制至少一个电机的转速使所述飞行器调整为所需要的飞行姿态。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1、采用人脸识别的方法进行图像数据的处理，进而控制所述飞行器调整飞行状态，能实现智能拍摄，实现所述飞行器进行空中自动拍摄，代替传统的手持手机拍摄及自拍杆拍摄的自拍方式，拍摄距离不受手臂、自拍杆长度限制，可靠便捷；且能够保持时刻对锁定的人脸进行追踪，避免了人工操作摄像头时对拍摄对象的丢失，错失拍摄画面；2、本发明将飞行器的图像处理任务交由手机端完成，使得飞行器不再需要安装强大的MCU，便能完成光流控制、人脸识别等复杂的图像处理功能；从而大大降低了对所述机载控制单元的硬件要求，降低了飞行器的整体成本；同时，手机端的软件开发拥有众多的数据处理库，大大降低了开发难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的飞行器系统构成示意图一；

图2是本发明的飞行器系统构成示意图二。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

结合图1、图2所示，一种飞行器的自动控制方法，其中所述飞行器的自动控制方法基于一飞行器系统实现，所述飞行器系统包括：

一飞行器，其为所述飞行器系统的主体单元；

一手机端，其为所述飞行器系统的远程处理单元；

所述飞行器包括：

一三轴陀螺仪，其用于与一三轴加速度计配合测量所述飞行器在X、Y、Z三个方向的飞行姿态基础数据；

一气压传感器，其用于测量所述飞行器的飞行高度；

一摄像头，其用于获得飞行过程中的图像数据；

一WIFI发射/接收模块，其用于发射/接收WIFI信号；

一机载控制单元，其为所述飞行器的控制核心；

一PID控制环路，其接受所述机载控制单元的控制，并将控制信号作用于所述飞行器的螺旋桨，进而实现对所述飞行器的飞行动作控制。

所述PID控制环路包括一姿态PID控制环路，所述姿态PID控制环路接收所述飞行姿态数据并控制所述飞行器保持平衡；所述PID控制环路还包括一位置PID控制环路，所述位置PID控制环路计算得到运动状态数据，并以控制命令形式反馈至所述姿态PID控制环路。

所述手机端用于接收所述WIFI发射/接收模块发送过来的图像数据，并在进行运算后再经由所述WIFI发射/接收模块回传至所述机载控制单元。

较佳的，所述三轴陀螺仪与所述三轴加速度计测得的所述飞行器在X、Y、Z三个方向的飞行姿态基础数据，将传送至所述机载控制单元，并通过所述机载控制单元运用互补滤波算法得到飞行器当前的飞行姿态数据；

较佳的，所述三轴陀螺仪用来测量陀螺仪数据，所述三轴加速度计用来测量加速度数据；所述飞行姿态基础数据包括陀螺仪数据和加速度数据；

较佳的，所述摄像头获得的图像数据经由所述WIFI发射/接收模块直接传输至所述手机端，并由手机端进行图像数据的处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；

较佳的，所述机载控制单元经由所述WIFI发射/接收模块接收所述手机端回传的运动状态数据；

较佳的，所述摄像头获得的图像数据不经由所述机载控制单元直接进行数据处理，而是交由手机端处理，从而大大降低了对所述机载控制单元的硬件要求。

实施例二

如上所述的飞行器的自动控制方法，本实施例与其不同之处在于，所述飞行器的自动控制方法包括如下步骤：

步骤一：通过所述飞行器上设置的一三轴陀螺仪和一三轴加速度计获取所述飞行器在X、Y、Z三个方向的飞行姿态基础数据；

步骤二：通过所述飞行器上的一摄像头获取图像数据；

步骤三：所述飞行器的一机载控制单元接收所述步骤一测得的飞行姿态基础数据，并通过所述机载控制单元运用互补滤波算法得到所述飞行器当前的飞行姿态数据；

步骤四：所述机载控制单元控制一WIFI发射/接收模块将所述步骤二获得的图像数据发送到所述手机端；

步骤五：所述机载控制单元将所述步骤三计算得到的飞行姿态数据反馈至姿态PID控制环路，所述姿态PID控制环路接收所述飞行姿态数据并控制所述飞行器保持平衡；

步骤六：所述手机端获得所述步骤四发送过来的图像数据，并在所述手机端进行图像处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；

步骤七：所述步骤六获得的所述飞行器的运动状态数据，自所述手机端经由所述WIFI发射/接收模块传回至所述飞行器的所述机载控制单元；

步骤八：所述机载控制单元接收所述手机端回传的所述运动状态数据后，再次与所述步骤一中获得的所述飞行姿态基础数据进行互补滤波融合，计算得到二次飞行姿态数据；

步骤九：将步骤八中获得的所述二次飞行姿态数据反馈至一位置PID控制环路，所述位置PID控制环路计算得到二次运动状态数据，并以控制命令形式反馈至所述姿态PID控制环路；

步骤十：所述PID控制环路接收控制命令并控制所述飞行器在三维空间中保持相对静止。

实施例三

如上述实施例二所述的飞行器的自动控制方法，本实施例与其不同之处在于，所述步骤六为：所述手机端获得所述步骤四发送过来的图像数据，并在所述手机端进行图像处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；

其中，所述图像处理方法包括光流法，所述光流法将所述手机端获得的每一帧图像数据，与上一帧图像数据进行对比，进而通过光流算法计算得到所述飞行器的运动状态数据。

实施例四

如上述实施例二所述的飞行器的自动控制方法，本实施例与其不同之处在于，所述步骤六为：所述手机端获得所述步骤四发送过来的图像数据，并在所述手机端进行图像处理，计算得到所述飞行器的运动状态数据；

其中，与实施例三不同的是，所述图像处理方法还包括人脸识别法，所述人脸识别法将识别对象锁定为人脸，将所述手机端获得的每一帧人脸图像数据，与上一帧人脸图像数据进行对比，从而通过所述手机端中内置的人脸识别系统，计算得到所述飞行器的运动状态数据，并反馈给所述机载控制单元，进而控制所述飞行器调整飞行状态，以保持时刻对锁定的人脸进行追踪，避免了人工操作摄像头时对拍摄对象的丢失，错失拍摄画面。

采用人脸识别的方法进行图像数据的处理，进而控制所述飞行器调整飞行状态，能实现智能拍摄，实现所述飞行器进行空中自动拍摄，代替传统的手持手机拍摄及自拍杆拍摄的自拍方式，拍摄距离不受手臂、自拍杆长度限制，可靠便捷。

实施例五

如上所述的飞行器的自动控制方法，本实施例与其不同之处在于，所述飞行器的所述摄像头获取图像数据不经由所述机载控制单元直接进行数据处理，而是通过所述WIFI发射/接收模块传输至所述手机端，经由所述手机端进行图像数据的处理；

由于在传统模式中，图像处理会占用飞行器的处理器最多资源且最难完成，对飞行器的处理器硬件要求较高，大大增加了飞行器的处理器成本；

本发明将飞行器的图像处理任务交由手机端完成，众所周知当前的手机处理器更新换代相当快，其处理器的能力也几乎与普通个人计算机使用的CPU不相上下，因此有能力承担图像处理的功能。

较佳的，采用本发明提供的飞行器控制方法也使得飞行器不再需要强大的MCU，便能完成光流控制、人脸识别等复杂的图像处理功能；从而大大降低了对所述机载控制单元的硬件要求，降低了飞行器的整体成本。

同时，手机端的软件开发拥有众多的数据处理库，从开发难度上讲也远低于在飞机端上做开发。

实施例六

如上所述的飞行器的自动控制方法，本实施例与其不同之处在于，所述位置PID控制环路接收所述机载控制单元的控制命令，并将控制命令反馈给所述姿态PID控制环路，所述姿态PID控制环路控制至少一个电机的转速使所述飞行器调整为所需要的飞行姿态；

较佳的，所述电机为四个。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。