一种智能跟随无人飞行器及其控制方法与流程

本发明涉及无人飞行器领域，具体涉及一种智能跟随无人飞行器及其控制方法。
背景技术：
：现有的技术中，无人飞行器是通过遥控器人为控制的，对操作者的操控能力要求比较高，其飞行线路随意性太强，稍微控制不好，就容易摔落、挂树上、丢失等。并且现有无人飞行器的飞行高度都比较高，一般都可以飞到一百米至几百米，严重的甚至影响飞机航线，危及公共安全。现有技术中，无人飞行器是通过遥控器人为控制的，不易控制，对操作者的操控能力要求比较高。并且无人飞行器的飞行高度很高，应用也局限于航拍等高空作业，甚至可能影响航班起降和飞行。现有定位技术中，无线定位方案中有蓝牙定位、超声波定位、红外定位和激光定位等方式。红外定位和激光定位都是都过光的形式进行传播，当场域环境变化或者有障碍物时都会影响其定位作用。超声波定位一般应用于车辆倒车系统，其定位距离非常短，且易受到障碍物影响。现有技术中，很难将无人飞行器稳定控制在跟随点附近伴飞。现有的无人飞行器技术中，大多是四螺旋桨提供提升力的方案，此方案的弊端在于，体积大，并且螺旋桨暴露在外面，容易卡住异物导致坠落等。技术实现要素：本发明提供一种智能跟随无人飞行器及其控制方法，通过智能算法、蓝牙、传感器等综合手段处理，使得无人飞行器能够自动跟随目标点飞行，并且在接受指令之后能够自行规划合理路线，进而拓展更多人性化的应用。首先本发明提供一种智能跟随无人飞行器，包括笼子主体，及设于笼子主体内的处理单元、gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块、防撞传感器；所述处理单元分别与gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块、防撞传感器电性连接；所述笼子主体包括：三个依次内嵌径向活动连接的圆环、及与最内圈圆环活动连接的一螺旋桨。较佳地，所述螺旋桨呈圆饼形，经由一穿过圆饼形轴心的连杆与最内圆环径向连接。较佳地，所述处理单元、gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块均置于螺旋桨上，所述防撞传感器置于最外圈圆环上。其次，本发明提供一种智能跟随无人飞行器的控制方法，包括以下步骤：处理单元启动；各模块自检；控制器连接并发送随点信息，执行各飞行功能。较佳地，各模块自检包括：蓝牙模块自检、gps模块自检、重力感应模块自检、重心调整模块自检、防撞模块自检、电量自检。较佳地，所述执行各飞行功能包括一伴飞模式，以蓝牙匹配跟随点，三角定位飞行高度和位置，根据追随点自动飞行。较佳地，所述执行各飞行功能包括一导航模式，获取gps数据，确定飞行路线，根据追随点位置，在前方引导飞行。较佳地，所述执行各飞行功能包括一中断模式，该中断模式基于中断源，中断源为防撞、电量低、新指令中的任意一种，执行中断程序后返回。本发明具有以下有益效果：(1)、针对上述现有技术的缺点，本发明将螺旋桨个数从4个减少为1个，并且将螺旋桨置于整个设计的体内，体外有外壳保护。既提升了美观度，又减小整体体积；(2)、智能算法能够更加精准地对于三维立体空间的定位及智能跟随，并且基于本专利，能够衍生出多种应用；(3)、将螺旋桨置于机身体内，衍生出各种智能应用。附图说明图1为本发明的智能跟随无人飞行器的组成框图；图2为本发明的智能跟随无人飞行器的笼子硬件结构图；图3为本发明的控制方法原理框图；图4为本发明中gps模块与cpu之间的通信电路原理图；图5为本发明中重力感应技术中无人飞行器飞行受力图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对发明进行详细说明。参照图1与图2所示，首先本发明提供一种智能跟随无人飞行器，包括笼子主体1，及设于笼子主体1内的处理单元、gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块、防撞传感器；所述处理单元分别与gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块、防撞传感器电性连接；所述笼子主体1包括：三个依次内嵌径向活动连接的圆环11-13、及与最内圈圆环13活动连接的一螺旋桨14。其中，所述螺旋桨14呈圆饼形，经由一穿过圆饼形轴心的连杆15与最内圆环径向连接。所述处理单元、gps模块、重力感应模块、重心调整模块、蓝牙模块均置于螺旋桨上，所述防撞传感器置于最外圈圆环11上。优选地实施例中，上述处理单元为cpu。参照图3所示，本发明还提供一种智能跟随无人飞行器的控制方法，包括以下步骤：处理单元启动；各模块自检；控制器连接并发送随点信息，执行各飞行功能。其中，各模块自检包括：蓝牙模块自检、gps模块自检、重力感应模块自检、重心调整模块自检、防撞模块自检、电量自检。执行各飞行功能，主要包括以下三种模式：(1)、伴飞模式：以蓝牙匹配跟随点，三角定位飞行高度和位置，根据追随点自动飞行。具体地，启动伴飞模式后，cpu根据蓝牙模块获取的数据，计算出与跟随点之间距离，根据事先设定的伴飞距离，时刻与跟随点保持一定的距离。伴飞模式下，中断模式是开启的。(2)、导航模式：获取gps数据，确定飞行路线，根据追随点位置，在前方引导飞行。具体地，启动导航模式之前，cpu会收到用户传递的导航目的地，启动导航模式之后，cpu会根据蓝牙模块获取的数据，计算出于跟随点之间的距离，在跟随点之前进行引导，如果距离跟随点太远，会返回跟随点等待跟随点。导航模式中，会使用到gps数据进行远距离导航引导，精确的位置由蓝牙设定。导航模式下，中断模式是开启的。(3)、中断模式：该中断模式基于中断源，中断源为防撞、电量低、新指令中的任意一种，执行中断程序后返回。具体地，中断模式是cpu的一个特定功能，用于处理实时性要求高的功能，例如：防撞、电量低、接受新命令等需要cpu立即响应。当中断响应发生时，cpu立即停止正在处理的数据，确定中断源，并进行针对性的中断处理。图4所示为本发明的电路图，其中：(1)、本发明中gps模块与cpu之间通过串口通信，gps模块可以选用市面上现有的模块，当前方案初步选择ne0-7m；(2)、重力感应模块与cpu之间是通过iic总线通信的。通过iic总线就能向cpu传输重力感应的数据；(3)、重新调整模块与cpu之间是通过通用io实现的，通过控制电机的运动从而控制整体重力。“重心及姿态调整技术”具体见表1及图5的相关描述；(4)、cpu与蓝牙模块之间是通过usb总线传递的；(5)、cpu与防撞传感器整列是通过iic总线连接的，防撞传感器能够感应对应方向是否存在障碍物，当距离障碍物小于安全距离时，会通过iic总线想cpu传递中断信号，提醒cpu实行避让措施。本发明中，该智能跟随无人飞行器还包括如下的技术功能：1、跟随点信息发送：a)跟随点由儿童、成人等佩戴在手腕上，根据手腕上软件设置，控制无人飞行器的起降；b)跟随点由低功耗蓝牙方案设计，能够实时向广域空间发送数据，报送自己位置以及发送控制命令；c)跟随点控制命令包括且不限于：起飞、降落、盘旋、自拍、社交、导航、回家等；d)跟随点覆盖范围为1～60米区间范围，并且与无人飞行器一对一绑定，确保每条指令只发送给授权的无人飞行器；表1：序号xyzx加速度y加速度z加速度受力1-361239095167-36915622.66469216212266929435-753315390.2383337412264913850-29915294.254354-76123789278-173-1415469.387325-220125329446-48-11-1415694.787036-252126669630-144-3115913.137977-3821298410298-6476-7616576.458738-9921420012294-344302-26218808.681519-11841626616666-925919-72823318.2368110-11481882626678-19051302-95032671.8818611-31662120432767-23491427-95339157.4955912-54522258832767-23941056-91940169.8685213-85442694632767-2290632-76143275.4334614-171343276732767-2186-388-43049405.7338215-212003276732767-1574-265132150958.7340716-1861231962173701080-3435-14440861.8757317-107661269458402425-4396-66317639.4442118-60185870670-1117-594316528433.39338619-41262754-2704-4206-639129235649.77946520-2934618-3522-6307-615027994625.44743821-2110-120-3682-6875-512916404245.42388922-1118-486-3186-6918-39553763411.26310923-132-580-2710-6897-2788-11912774.51329124132-720-2360-7020-1385-22642470.9156225190-884-1976-7165-384-33272173.046709e)跟随点能够实时接收来自无人飞行器的飞行数据，包括且不限于：飞行高度、方向、速度、障碍物告警等。2、蓝牙定位跟随技术：蓝牙定位跟随技术，事先与对应的跟随点进行匹配(每一个跟随点和无人飞行器均有一个唯一的身份编号)，飞行过程中软件通过三角定位的方式，不断计算飞行高度和位置，同时通过传感器反馈的数据不断修正精确地距离。3、重心及姿态调整技术：参见图2，本发明的核心笼子由螺旋桨、重心传感器和重心调整部件构成。整体的姿态调整由重心传感器和重心调整部件构成。确保本发明无论哪个姿态起飞，均能调整回正确的姿态。4、重力感应技术：表1数据是重力传感的实测数据，模拟无人飞行器上升、然后失控自由落体下降这一过程中的动作。将表1数据分析，得到无人飞行器整体的受力情况，如图5所示，可以清晰的看到无人飞行器的飞行受力情况，根据这种方式，可以把握无人飞行器在每一个点上的加速度以及飞行方向，综合运算之后，就可以描绘出无人飞行器起飞之后在世界轴场域的飞行轨迹，进而达到定位的绝对位置的功能。5、衍生应用：a)无线场域组网功能每个无人飞行器可以根据彼此的编码进行组网，并同步传输共享数据，满足社交功能的需要。b)障碍物提前避让技术无人飞行器的顶部、底部、前面、后面、左侧、右侧均各有两个光距离传感器，通过中断的方式通知无人飞行器避让障碍物。c)gps辅助导航技术无人飞行器可以选配gps模块，通过gps+蓝牙互补，实现远程精确定位飞机、定点巡逻、飞鸽传书等功能。案例：定点巡逻——事先设定无人飞行器巡逻的线路、定位点和飞行高度，在深夜时，智能无人飞行器将沿着事先设定的线路进行巡逻，随无人飞行器携带的红外传感器随时感应人员的存在，一旦检测到人体活动，则启动录像功能，并且实时传递图像回控制中心，向控制中心告警。全程巡逻中，若无人飞行器检测到电源损耗殆尽，则向控制中心反馈，增派新的无人飞行器巡逻，自己则返回机场无线充电。d)场域扫描及数据存储技术无人飞行器可以保存大量的飞行数据，用以记录场域的飞行环境，可以实现飞行过程重演、引路的功能。案例：旅游带路：智能无人飞行器担当景区导游的功能。智能无人飞行器外型可以根据景区要求变换。智能无人飞行器根据事先设定的路线，带领旅行团游玩各个景点，途中通过语音功能向旅行团介绍景点。e)无线定位及自动充电技术通过精确定位的功能，可以实现巡逻后的无人飞行器自动充电的功能。6、重点产品应用：根据以上技术，制作一款无人跟随飞行器，像动画片中的精灵一样，跟随孩子们飞行。无人飞行器模组体积尽量小，可以放入玩具体内，确保儿童安全。通过重力调整，实现玩具宠物的姿态调整功能；通过以上介绍的技术，实现如下功能：a)跟随儿童身上的跟随点；b)通过红外以及传感器实现避障以及跟随进入房间的功能；c)不同无人飞行器之间通信实现社交功能；d)跟随点发送命令，控制实现起飞、降落、盘旋、自拍、社交、导航、回家、报警等功能；e)增加语音模块实现对话和聊天功能；以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12