無(wú)人飛行器的遙控裝置及其遙控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙控領(lǐng)域，特別是涉及一種無(wú)人飛行器的遙控裝置及其遙控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多旋翼式無(wú)人飛行器的普及，越來(lái)越多的人開(kāi)始了解和使用多旋翼式無(wú)人飛 行器。當(dāng)前影響多旋翼式無(wú)人飛行器，甚至普通無(wú)人飛行器的一個(gè)重要因素，就是操控復(fù) 雜。由于無(wú)人飛行器是在空中活動(dòng)的設(shè)備，所以自由度高，需要控制的維度更多，現(xiàn)有的手 動(dòng)操控飛行器的遙控器基本都是需要兩個(gè)方向舵。并且，由于無(wú)人飛行器行業(yè)的發(fā)展，遙控 器也開(kāi)始逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；F(xiàn)有的遙控器的設(shè)計(jì)思路基本來(lái)源于原來(lái)航模行業(yè)對(duì)于飛 行器的控制方式，并且根據(jù)遙控器出廠來(lái)源不同，還有號(hào)稱"美國(guó)手"與"日本手"之說(shuō)。其 實(shí)，所謂美國(guó)手和日本手就是因?yàn)閬?lái)自美國(guó)廠家所生產(chǎn)的飛行器遙控器與來(lái)自日本廠家所 生產(chǎn)的飛行器遙控器，就一些鍵位安排來(lái)說(shuō)，不一致。具體來(lái)說(shuō)，日本手(右手油門）就是左 手控制升降舵和方向舵，右手控制油門和副翼;而美國(guó)手(左手油門）就是左手控制油門和 方向舵，右手控制升降和副翼。
[0003] 這些操控方式對(duì)于新手來(lái)說(shuō)非常不友好，新手操控?zé)o人飛行器一般上來(lái)，都是沒(méi) 頭蒼蠅一樣，很難讓無(wú)人飛行器按照自己想象的方式去行動(dòng)。究其原因，主要是因?yàn)椋瑹o(wú)人 飛行器的操控思路本質(zhì)上是一種第三人稱的控制方式，然而作為一個(gè)自然人，用戶現(xiàn)有的 所有操控方式都是第一人稱的，這種代入感的錯(cuò)位，會(huì)讓新手很難去理解飛行器，尤其是對(duì) 于飛行速度較快的飛行器來(lái)說(shuō)，用戶在手眼切換、腦海中的人稱切換，這些復(fù)雜的過(guò)程中， 很難迅速給出適當(dāng)?shù)闹噶?。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，導(dǎo)致了無(wú)人飛行器的普及遇到了一些障 礙。
[0004] 傳統(tǒng)的無(wú)人飛行器的遙控方式是將無(wú)人飛行器自身作為移動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，來(lái)設(shè)計(jì)遙 控方式的。由于無(wú)人飛行器自身是在空間六軸范圍內(nèi)活動(dòng)的，而一般的遙控方式則設(shè)立了 八個(gè)維度，包括在無(wú)人飛行器自身朝向不變的情況下的六個(gè)維度，即：前進(jìn)、后退、上升、下 降、向左平移、向右平移。另外還有可以改變無(wú)人飛行器自身朝向的以空間Z軸為軸的，順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)?？梢栽O(shè)想一下，如果把無(wú)人飛行器比作是一個(gè)能飛行的智能機(jī)器人， 那么這個(gè)智能機(jī)器人相當(dāng)于首先認(rèn)知到了自我的位置和朝向，然后按照自己的意愿根據(jù)自 我的位置和朝向進(jìn)行移動(dòng)。根據(jù)這種邏輯，無(wú)人飛行器的遙控設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的，問(wèn)題 也來(lái)了?，F(xiàn)在的遙控方式，原封不動(dòng)的照搬了上述無(wú)人飛行器的移動(dòng)方式，遙控器上移植設(shè) 置了與上述八個(gè)維度對(duì)應(yīng)的操控方式，最常見(jiàn)的是用一個(gè)搖桿來(lái)做上述四個(gè)維度的指令輸 入，并列設(shè)置兩個(gè)搖桿即可以完成八個(gè)維度的指令輸入。但是仔細(xì)想想，當(dāng)用戶手持遙控 器，控制兩個(gè)搖桿完成對(duì)無(wú)人飛行器的操作時(shí)，其實(shí)用戶的位置是與無(wú)人飛行器完全分離 的，用戶必須通過(guò)自己的分析和判斷，將自己代入到無(wú)人飛行器的位置上，然后再來(lái)給出適 當(dāng)?shù)目刂浦噶?。即用戶要依?jù)以自我為中心的邏輯認(rèn)知，轉(zhuǎn)化到以無(wú)人飛行器為中心的虛 擬認(rèn)知上，然后再來(lái)給出適當(dāng)?shù)闹噶?。這種認(rèn)知的轉(zhuǎn)換給新用戶帶來(lái)了極大負(fù)擔(dān)，形成了無(wú) 人飛行器操控的障礙，并潛在引起了眾多無(wú)人機(jī)的安全事故。
[0005]專利文獻(xiàn)CN103453875A公開(kāi)了一種用于無(wú)人機(jī)俯仰角與滾轉(zhuǎn)角實(shí)時(shí)計(jì)算方法，其 特征在于，計(jì)算步驟如下：坐標(biāo)預(yù)定義：建立機(jī)體坐標(biāo)系0ΧΥΖ，其中原點(diǎn)0位于攝像機(jī)光心 處，0Z與光軸平行且指向機(jī)頭，0Y垂直指向地心；建立圖像坐標(biāo)系OOuv，定義無(wú)人機(jī)上安裝 的攝像機(jī)焦平面左上頂點(diǎn)為0〇，U和V分別是焦平面水平和垂直的兩個(gè)方向；第一步:建立搜 索天地分割線的指標(biāo)·1，1=0(1181^)+0(>81^)+0(耶1(1)+0(>81(1)其中0(1181^)表示天空區(qū)域 光流場(chǎng)u方向上的方差，D(vsky)表示天空區(qū)域光流場(chǎng)v方向上的方差，D(ugrd)表示大地區(qū) 域光流場(chǎng)u方向上的方差，D(vgrd)表示大地區(qū)域光流場(chǎng)v方向上的方差;第二步:利用安裝 在無(wú)人機(jī)上的攝像機(jī)采集圖像，并獲得圖像的光流場(chǎng)，基于指標(biāo)J提取出天地分割線在圖像 坐標(biāo)系OOuv中的直線方程;該步驟的具體過(guò)程為:首先，在圖像坐標(biāo)系OOuv中，使用一根直 線切割攝像機(jī)采集的圖像，并將直線兩側(cè)區(qū)域分別定義為天空區(qū)域和大地區(qū)域;其次，分別 計(jì)算直線兩側(cè)區(qū)域光流場(chǎng)在u和v方向上的方差，將這些方差求和得到指標(biāo)J;再次，將這條 直線在圖像上移動(dòng)直至遍歷整個(gè)圖像區(qū)域，將指標(biāo)J取值最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的直線定義為天地 分割線，提取出天地分割線在圖像坐標(biāo)系OOuv中的直線方程v=ku+b，其中k是直線斜率和b 是直線截距;第三步:將天地分割線的直線方程v=ku+b中的k和b代入機(jī)體坐標(biāo)系與圖像坐 標(biāo)系之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式，計(jì)算出橫滾角Φ和俯仰角Θ， Φ..=arctan(kαXay)Θ=arcUm[(v0 -ku0 -b)cosφay]，其中αχ和ay分別是從成像平 面到圖像平面在X方向和y方向的放大系數(shù)，u0和vO分別為圖像的長(zhǎng)和寬。該專利使用攝像 機(jī)來(lái)探測(cè)特征物體或特征點(diǎn)從而計(jì)算無(wú)人機(jī)的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角。但該專利無(wú)法建立以用戶 為中心的第一人稱控制方式，雖然能獲得俯仰角和滾轉(zhuǎn)角但是無(wú)助于用戶能夠直觀的將指 令發(fā)送給無(wú)人飛行器，降低體驗(yàn)飛行的門檻。
[0006]在【背景技術(shù)】部分中公開(kāi)的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可能 包含不構(gòu)成在本國(guó)中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人飛行器的遙控裝置，所述遙控裝 置包括與所述無(wú)人飛行器本體無(wú)線通信的遙控器，所述遙控器至少包括第一搖桿和第二搖 桿。
[0009]所述第一搖桿在以所述遙控器為原點(diǎn)，所述遙控器所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形 成的坐標(biāo)系下控制所述無(wú)人飛行器前、后、左、右移動(dòng)，所述第二搖桿在以所述遙控器為原 點(diǎn)，所述遙控器所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成的坐標(biāo)系下控制所述無(wú)人飛行器上、下移 動(dòng)。
[0010] 優(yōu)選地，所述遙控器的水平向右的中心線為X軸正方向；所述坐標(biāo)軸平面內(nèi)與X軸 垂直的Y軸的正方向?yàn)閄軸正方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度的方向；與所述坐標(biāo)軸平面垂直向上的方 向?yàn)閆軸正方向。
[0011] 優(yōu)選地，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊將基于坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成以無(wú)人飛行器本體為原 點(diǎn)，無(wú)人飛行器本體所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成新坐標(biāo)系下的新坐標(biāo)。
[0012] 優(yōu)選地，所述第二搖桿在以所述遙控器為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下控制所述無(wú)人飛行器上 下移動(dòng)和繞Z軸的順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0013] 優(yōu)選地，所述第一搖桿設(shè)在所述遙控器的靠近左手的位置。
[0014] 優(yōu)選地，所述第一搖桿設(shè)在所述遙控器的靠近右手的位置。
[0015] 優(yōu)選地，所述無(wú)人飛行器本體設(shè)有無(wú)線通信模塊，所述無(wú)線通信模塊使用3G/4G網(wǎng) 絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為通信載體使得所述遙控器與所述無(wú)人飛行器本體之間無(wú)線通信。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人飛行器的遙控裝置，遙控裝置包 括設(shè)在無(wú)人飛行器本體上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊和與所述無(wú)人飛行器本體無(wú)線通信的遙控器，所 述遙控器至少包括第一搖桿和第二搖桿。所述遙控裝置以所述遙控器為原點(diǎn)，所述遙控器 所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成坐標(biāo)系，其中，所述遙控器指向所述無(wú)人飛行器本體的直 線在所述坐標(biāo)軸平面的投影為X軸，指向無(wú)人飛行器本體的方向?yàn)閄軸正方向；所述坐標(biāo)軸 平面內(nèi)與X軸垂直的Y軸的正方向?yàn)閄軸正方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度的方向；與所述坐標(biāo)軸平面 垂直向上的方向?yàn)閆軸正方向；所述第一搖桿在以所述遙控器為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下控制所述 無(wú)人飛行器前、后、左、右移動(dòng)，所述第二搖桿在以所述遙控器為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下控制所述 無(wú)人飛行器上、下移動(dòng);所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊將基于坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成以無(wú)人飛行器本體 為原點(diǎn)，無(wú)人飛行器本體所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成新坐標(biāo)系下的新坐標(biāo)。
[0017] 優(yōu)選地，所述遙控器包括坐標(biāo)切換開(kāi)關(guān)，所述坐標(biāo)切換開(kāi)關(guān)用于將以所述遙控器 為原點(diǎn)，所述遙控器所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成坐標(biāo)系切換成以無(wú)人飛行器本體為原 點(diǎn)，無(wú)人飛行器本體所在的水平面為坐標(biāo)軸平面形成的新坐標(biāo)系，當(dāng)所述坐標(biāo)切換開(kāi)關(guān)開(kāi) 啟后，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊關(guān)閉。
[0018] 優(yōu)選地，所述遙控器包括可在電子地圖上根據(jù)預(yù)設(shè)條件生成所述無(wú)人飛行器的飛 行路線的GIS模塊，所述GIS模塊包括GIS信息導(dǎo)入導(dǎo)出單元、信息展示單元和信息維護(hù)單 元，其中，所述GIS信息導(dǎo)入導(dǎo)出單元用于GIS地圖中無(wú)人飛行器的飛行路線的信息的導(dǎo)入 和導(dǎo)出；所述信息展示單元用于在GIS地圖上展示飛行路線的信息;所述信息維護(hù)單元用于 在GIS地圖上瀏覽、編輯和刪除飛行路線的信息。
[0019] 優(yōu)選地，所述遙控器包括顯示信息的顯示屏。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種使用所述的無(wú)人飛行器的遙