專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于無(wú)人飛行器操控終端的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種運(yùn)用于無(wú)人飛行器操控終端的實(shí)現(xiàn)方法，尤其是適用于需要控制成本的民間低端要求作業(yè)用無(wú)人飛行器。
背景技術(shù)：
目前在無(wú)人飛行器領(lǐng)域進(jìn)行無(wú)人飛行器操控終端的實(shí)現(xiàn)方法主要如下無(wú)人飛行器上安裝有GPS導(dǎo)航裝置和自駕飛控儀，地面工作人員配備無(wú)人飛行器地面操控站(一般是便攜戶(hù)外電腦)，在任務(wù)規(guī)劃階段，先在操控站的軟件終端上定義好本次飛行任務(wù)的航線(xiàn)以及在各段航線(xiàn)中對(duì)應(yīng)的作業(yè)行為，形成一份完整的任務(wù)指令文件，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸裝置將任務(wù)指令文件傳輸?shù)綗o(wú)人飛行器的自駕飛控儀上，自駕飛控儀則將按照此份任務(wù)流程操控?zé)o人飛行器執(zhí)行任務(wù)。這種方式的缺點(diǎn)主要為自駕飛控儀成本極高，幾乎占整套系統(tǒng)成本的60%左右，大大增加了整套系統(tǒng)的成本，為使用單位的裝備和采購(gòu)增加了一定困難。而在執(zhí)行民間普遍常見(jiàn)的近距短時(shí)任務(wù)時(shí)使用自駕飛行的優(yōu)勢(shì)相較人工操控方式優(yōu)勢(shì)并不十分明顯，反而由于在任務(wù)執(zhí)行前端單位上增加了高價(jià)值設(shè)備而導(dǎo)致意外損失成本的上升。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的無(wú)人飛行器操控系統(tǒng)成本過(guò)高，不便用于民間低端作業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種適用于無(wú)人飛行器操控終端的實(shí)現(xiàn)方法，在不使用昂貴的自駕飛控儀的前提下，為無(wú)人飛行器操控人員提供最大限度的方便直觀的控制輔助功能，簡(jiǎn)化操控難度，提高工作效率，減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)。該發(fā)明由手控控制面板、平板計(jì)算機(jī)、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)組成。其中，手控控制面板為操控員提供實(shí)時(shí)遙控飛行器飛行的功能，其按鍵搖桿設(shè)計(jì)與普通航模遙控器類(lèi)似，為一般操控員所熟悉，便于掌握和使用。綜合顯示平板計(jì)算機(jī)主要擔(dān)負(fù)綜合信息顯示和飛行任務(wù)規(guī)劃的功能，在飛行任務(wù)開(kāi)始之前操控員可在其上使用飛行任務(wù)規(guī)劃軟件制作本次飛行任務(wù)計(jì)劃，包括航路圖的設(shè)定、各種操作行為的觸發(fā)設(shè)定、注意事項(xiàng)的標(biāo)注等。在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后將依靠GPS定位系統(tǒng)及無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)實(shí)時(shí)顯示出被控飛行器的飛行狀態(tài)和軌跡以及主視角駕駛視野， 方便操控員在遙控駕駛飛行器時(shí)對(duì)照觀看，使飛行器按照預(yù)定計(jì)劃運(yùn)行。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提出了一種可由較低成本實(shí)現(xiàn)的無(wú)人飛行器操控方法，能夠在降低無(wú)人飛行器系統(tǒng)采購(gòu)和使用成本的同時(shí)，滿(mǎn)足一般化的低端民間應(yīng)用作業(yè)需求，依次包括以下步驟(1)使用者在操控終端系統(tǒng)上使用任務(wù)規(guī)劃軟件設(shè)計(jì)和標(biāo)注好本次飛行任務(wù)的航路圖和作業(yè)規(guī)劃。(2)無(wú)人飛行器開(kāi)機(jī)后將本機(jī)GPS坐標(biāo)、本機(jī)狀態(tài)反饋信息、本機(jī)航拍攝像機(jī)航拍畫(huà)面信息通過(guò)機(jī)載無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)發(fā)送給操控終端系統(tǒng)，并顯示給使用者。
(3)使用者使用操控終端系統(tǒng)的手控控制面板發(fā)出飛行控制指令，通過(guò)操控終端上無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)發(fā)送給無(wú)人飛行器。(4)無(wú)人飛行器上無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)接收到指令后將指令傳給飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)，控制飛行器按照控制指令動(dòng)作。(5)在實(shí)施作業(yè)的過(guò)程中，操控終端系統(tǒng)一方面接收并顯示來(lái)自無(wú)人飛行器的 GPS坐標(biāo)、本機(jī)狀態(tài)反饋信息、本機(jī)航拍攝像機(jī)航拍畫(huà)面信息，另一方面把使用者手控控制指令發(fā)送給無(wú)人飛行器，由使用者對(duì)照操控終端系統(tǒng)顯示信息，操作手控控制面板的情況下使無(wú)人飛行器按照預(yù)設(shè)航路圖和作業(yè)規(guī)劃運(yùn)行。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備如下有益效果由于將飛行器的飛行狀態(tài)和軌跡顯示功能和手控控制功能合為一體，方便操控人員對(duì)照操作，因此可以使用成本較低的飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)替換掉無(wú)人飛行器系統(tǒng)普遍采用的較昂貴的自駕飛控系統(tǒng)，同時(shí)能夠最大限度的提供方便直觀的控制輔助功能，簡(jiǎn)化操控難度，提高工作效率，減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的原理示意圖其中1.左操縱桿，用于進(jìn)行無(wú)人飛行器水平轉(zhuǎn)向和前進(jìn)后退的控制；2.右操縱桿，用于進(jìn)行無(wú)人飛行器爬升下降和左右平移的控制；3.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))接收天線(xiàn)，用于無(wú)人飛行器反饋狀態(tài)信息的接收；4.觸摸顯示屏，用于操作信息和輔助監(jiān)控信息及導(dǎo)航地圖的顯示和功能操作；5.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))發(fā)送天線(xiàn)，用于對(duì)無(wú)人飛行器控制指令的輸出；6.航拍圖像接收電臺(tái)，用于接收無(wú)人飛行器反饋的航拍圖像，輔助指導(dǎo)操控作業(yè)；7.計(jì)算機(jī)主板，是操控系統(tǒng)的中樞，用于處理操控指令，處理和顯示各種輔助信息；8.電池，用于戶(hù)外工作時(shí)的電源；9.手控控制板，用于采集操縱桿1、2轉(zhuǎn)動(dòng)偏移產(chǎn)生的電位計(jì)電壓信號(hào)，并傳送給計(jì)算機(jī)主板。圖2是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖其中1.操縱桿，2.觸摸顯示屏，3.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))接收天線(xiàn)，4.觸摸顯示屏，5.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))發(fā)射天線(xiàn)，6.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(圖像)接收天線(xiàn)，8.電池倉(cāng)。圖3是本發(fā)明手控控制板電路原理4是圖2中的實(shí)施例的使用方式示意圖其中
10.無(wú)人飛行器操控終端裝置，12.無(wú)人飛行器，13.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))，14.飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)，15.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(圖像)，16.航拍攝像機(jī)，17.觸摸顯示屏顯示的規(guī)劃航線(xiàn)圖，18.觸摸顯示屏顯示的代表本機(jī)方位的圖標(biāo)，19. GPS定位系統(tǒng)。圖5是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖其中1.2.操縱桿，3.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)接收天線(xiàn)(數(shù)據(jù))，4.觸摸顯示屏，5.航拍圖像接收天線(xiàn)，6.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)發(fā)送天線(xiàn)(圖像)，8.電池倉(cāng)。
具體實(shí)施例方式在圖1中，左右操縱桿1、2連接到手控控制板9。該控制板9將兩個(gè)操縱桿輸出的電位計(jì)電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，表示操縱桿偏移的角度，再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸口傳輸給計(jì)算機(jī)主板7。作為優(yōu)選方案，該控制板電路包括AtmegaS單片機(jī)、復(fù)位電路、程序下載接口、232通訊接口。兩個(gè)操縱桿共四只電位計(jì)的輸出電壓信號(hào)接入AtmegaS單片機(jī)的 ADCO ADC3數(shù)模轉(zhuǎn)換通道，以20ms為周期采集四個(gè)操縱桿電位計(jì)的輸出電壓，并通過(guò)232 通訊接口將采集的控制指令發(fā)送給平板計(jì)算機(jī)主板7。操縱桿輸出的控制指令傳輸?shù)接?jì)算機(jī)主板7之后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換再傳輸給無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))發(fā)送天線(xiàn)5，通過(guò)該天線(xiàn)5將控制指令無(wú)線(xiàn)發(fā)送給空中的無(wú)人飛行器，控制無(wú)人飛行器的飛行。同時(shí)空中的無(wú)人飛行器將本機(jī)的飛行和運(yùn)行狀態(tài)下傳給地面，通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))接收天線(xiàn)3接收數(shù)據(jù)信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(圖像)6接收?qǐng)D像信息。實(shí)時(shí)接收到的空中傳回的數(shù)據(jù)信息和圖像信息都傳輸給計(jì)算機(jī)主板7，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)觸摸顯示屏4顯示出來(lái)。在觸摸顯示屏4上顯示規(guī)劃航路圖、本機(jī)飛行狀態(tài)，機(jī)體各部分運(yùn)行情況、飛行器航攝圖像信息，以輔助操控手控制和把握形勢(shì)。由于無(wú)人飛行器的作業(yè)均為外場(chǎng)環(huán)境，因此配有電池8進(jìn)行外場(chǎng)供電。在圖2所示的實(shí)施例中，觸摸顯示屏4通過(guò)轉(zhuǎn)軸和手持機(jī)殼部分相連，可以翻轉(zhuǎn)一定角度，方便了使用者觀看屏幕。操縱桿1、2的設(shè)計(jì)近似于航模遙控器的搖桿，方便了接受過(guò)航模培訓(xùn)的操控者迅速掌握操作手感。無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)接收和發(fā)送天線(xiàn)通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接在機(jī)殼上，可以根據(jù)使用情況調(diào)整角度。在圖3所示的手控控制板電路原理圖中，兩個(gè)操縱桿共四只電位計(jì)Rl、R2、R4、R7 將操縱桿的偏移轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，此四路電壓信號(hào)分別接入AtmegaS單片機(jī)的ADC0、 ADCU ADC2、ADC3引腳，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)通過(guò)芯片MAX232ACPE (U3)轉(zhuǎn)換為 232通訊數(shù)據(jù)格式，通過(guò)連接到計(jì)算機(jī)主板的接口 Pl發(fā)送給計(jì)算機(jī)主板。在圖4所示的實(shí)施例使用方式示意圖中，無(wú)人飛行器12裝設(shè)有成本較低的飛行增穩(wěn)控制器14，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)(數(shù)據(jù))13，航拍攝像機(jī)16和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái) (圖像)15，GPS天線(xiàn)19。無(wú)人飛行器通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)13接收地面上的操控終端實(shí)例11的控制指令，同時(shí)將本機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息通過(guò)電臺(tái)13發(fā)送給操控終端實(shí)例11，將本機(jī)航拍圖像通過(guò)電臺(tái)15發(fā)送給操控終端實(shí)例11。操控終端實(shí)例11在觸摸顯示屏上顯示出規(guī)劃航路圖和本機(jī)方位，方便操控者控制飛行器向預(yù)設(shè)航線(xiàn)靠攏。在圖5所示的第二實(shí)施例中，顯示屏4和操縱桿1、2整合在一個(gè)緊湊型殼體上，以獲得外形小巧便于攜行的優(yōu)點(diǎn)。操縱桿1、2操控手感舒適。
上面所述的實(shí)施例僅僅對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人飛行器系統(tǒng)使用的操控終端的實(shí)現(xiàn)方法，由具有操縱桿以控制無(wú)人飛行器的飛行，具有顯示器以顯示無(wú)人飛行器狀態(tài)反饋信息，以及操控終端系統(tǒng)與無(wú)人飛行器之間的通訊以無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)等裝置予以實(shí)現(xiàn)，其特征是通過(guò)引入一臺(tái)平板計(jì)算機(jī)將操控手柄和顯示器以及無(wú)線(xiàn)通訊裝置整合為一臺(tái)手持操控終端系統(tǒng)，操控指令通過(guò)平板計(jì)算機(jī)處理后發(fā)送給無(wú)人飛行器，無(wú)人飛行器反饋信息傳輸給計(jì)算機(jī)主板處理后經(jīng)由顯示器顯示輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人飛行器操控終端系統(tǒng)，其特征是規(guī)劃航路圖、飛行器狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、航拍圖像顯示均整合在手持操控終端所具有的顯示器上進(jìn)行顯示輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人飛行器操控終端系統(tǒng)，其特征是所述操控手柄包括兩個(gè)手控操控桿，手控操控桿的輸出信號(hào)進(jìn)入平板計(jì)算機(jī)主板進(jìn)行指令解析處理，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊裝置發(fā)送給無(wú)人飛行器。
4.一種可由較低成本實(shí)現(xiàn)的無(wú)人飛行器操控方法，在降低無(wú)人飛行器系統(tǒng)采購(gòu)和使用成本的同時(shí)，滿(mǎn)足一般化的低端民間應(yīng)用作業(yè)需求，依次包括以下步驟(1)使用者在操控終端系統(tǒng)上使用任務(wù)規(guī)劃軟件設(shè)計(jì)和標(biāo)注好本次飛行任務(wù)的航路圖和作業(yè)規(guī)劃；(2)無(wú)人飛行器開(kāi)機(jī)后將本機(jī)GPS坐標(biāo)、本機(jī)狀態(tài)反饋信息、本機(jī)航拍攝像機(jī)航拍畫(huà)面信息通過(guò)機(jī)載無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)發(fā)送給操控終端系統(tǒng)，并顯示給使用者；(3)使用者使用操控終端系統(tǒng)的手控控制面板發(fā)出飛行控制指令，通過(guò)操控終端上無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)發(fā)送給無(wú)人飛行器；(4)無(wú)人飛行器上無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)接收到指令后將指令傳給飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)，控制飛行器按照控制指令動(dòng)作；(5)在實(shí)施作業(yè)的過(guò)程中，操控終端系統(tǒng)一方面接收并顯示來(lái)自無(wú)人飛行器的GPS坐標(biāo)、本機(jī)狀態(tài)反饋信息、本機(jī)航拍攝像機(jī)航拍畫(huà)面信息，另一方面把使用者手控控制指令發(fā)送給無(wú)人飛行器，由使用者對(duì)照操控終端系統(tǒng)顯示信息，操作手控控制面板的情況下使無(wú)人飛行器按照預(yù)設(shè)航路圖和作業(yè)規(guī)劃運(yùn)行。
全文摘要
該發(fā)明提供了一種用于無(wú)人飛行器操作終端的實(shí)現(xiàn)方法，屬于機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，該操控終端系統(tǒng)由手控控制面板、平板計(jì)算機(jī)、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路傳輸電臺(tái)組成。其中，手控控制面板為操控員提供實(shí)時(shí)控制飛行器飛行的功能，其按鍵搖桿設(shè)計(jì)與普通航模遙控器類(lèi)似，為一般操控員所熟悉，便于掌握和使用。本發(fā)明的有益效果是由于將飛行器的飛行狀態(tài)和軌跡顯示功能和手控控制功能合為一體，方便操控人員對(duì)照操作，因此可以使用成本較低的飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)替換掉無(wú)人飛行器系統(tǒng)普遍采用的較昂貴的自駕飛控系統(tǒng)，同時(shí)能夠最大限度的提供方便直觀的控制輔助功能，簡(jiǎn)化操控難度，提高工作效率，減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)G05D1/10GK102520730SQ201110422579
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張旭, 李賀春 申請(qǐng)人:新時(shí)代集團(tuán)國(guó)防科技研究中心