《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》是佛山市安爾康姆航拍科技有限公司於2011年1月6日申請的專利，該專利的公布號為CN102582826A，授權公布日為2012年7月18日，發明人是安康。
《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》公開了一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統，該方法包括：地面站根據地形圖規劃導航信息，並將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；飛行器啟動後，感測數據自動分析處理單元根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據，並傳送至機載自動駕駛控制單元；機載自動駕駛控制單元根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。該發明在目標地圖上規劃無人飛行器的飛行航線，並在航線上規劃多個間斷的航點，解決了四旋翼無人飛行器的駕駛問題，高可靠性和安全性的優點保證其能夠完成各種任務，具有硬體集成度高，靈活性高，系統穩定性高和維護成本低等優點。
2020年7月14日，《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統
- 申請人：佛山市安爾康姆航拍科技有限公司
- 申請日：2011年1月6日
- 申請號：201110002325X
- 公布日：2012年7月18日
- 公布號：CN102582826A
- 發明人：安康
- 地址：廣東省佛山市順德高新區（容桂）建業中路7號
- Int. Cl.：B64C13/18(2006.01)I、G08G5/06(2006.01)I
- 代理機構：北京元本智慧財產權代理事務所
- 代理人：秦力軍
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2011年前，UAV（Unmanned Aerial Vehicles，簡稱無人機）廣泛套用於航空遙感、國土監察、城市規劃、水利建設、林業管理、實時監控、空中偵察、影視航拍、廣告攝影和軍事等多個領域。由於無人機體積小、重量輕等優點得到了廣泛的推廣，但安全性、穩定性、性價比高和適應環境能力強等要求仍未能實現，這對無人機提出了很高要求。隨著智慧型化程度的設計要求越來越高，全自動智慧型執行任務的要求成為整個無人機世界的技術趨勢。
發明內容
專利目的
《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》的目的在於提供一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，用於解決四旋翼無人飛行器的駕駛問題。
技術方案
《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》的另一目的在於提供一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統，用於解決四旋翼無人飛行器的駕駛問題。
根據《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》的一個方面，提供了一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，包括以下步驟：
A、地面站根據地形圖規劃導航信息，並將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；
B、飛行器啟動後，感測數據自動分析處理單元根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據，並傳送至機載自動駕駛控制單元；
C、機載自動駕駛控制單元根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。
優選的，規劃導航信息包括以下步驟：從地形圖中提取出目標地圖；在目標地圖確定飛行器飛行航線的多個間斷的航點；在目標地圖確定每個航點的經緯度坐標值、高度值、方向值和任務動作值。
優選的，步驟C包括：機載自動駕駛控制單元根據當前坐標值確定目標航點；機載自動駕駛控制單元根據當前高度值確定飛行器的目標航點高度；機載自動駕駛控制單元根據當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。
優選的，當飛行器處於人工切入自動駕駛控制狀態時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，其所述要的飛行器飛行信息來自於地面站接收到的飛行器數據。
優選的，機載自動駕駛控制單元將當前飛行器數據通過數據傳輸單元傳送至地面站，若地面站判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。
優選的，人工切入自動駕駛的方法包括以下步驟：人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態；人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器傳送人工控制切換指令；遠程控制單元根據人工控制切換指令將其激活並開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。
優選的，當前狀態信息由感測器單元獲取，包括坐標值、高度值、方向值、三維轉動方向值、重力加速度值、溫度值和經緯度值。
根據《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》的另一方面，提供了一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統，包括：地面站，用於根據地形圖規劃導航信息，將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，並接收來自於飛行器的飛行狀態信息並以圖形、數字的形式顯示出來。感測數據自動分析處理單元，用於在飛行器啟動後，根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據並傳送至機載自動駕駛控制單元；機載自動駕駛控制單元，用於根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。
優選的，系統還包括：數據傳輸單元，用於將當前飛行器數據傳送至地面站；數據存儲單元，用於實時存儲飛行器的導航信息、當前全部飛行器數據和遠程控制指令；遠程控制單元，用於傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令；動力驅動單元，用於根據導航信息對飛行器提供相應的動力驅動。
優選的，機載自動駕駛控制單元包括：全自動駕駛子單元，用於根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行；人工切入自動駕駛單元，用於通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數據控制飛行器的飛行。
改善效果
與2011年之前的技術相比較，《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》的有益效果在於：該發明在目標地圖上規劃無人飛行器的飛行航線，並在航線上規劃多個間斷的航點，解決了四旋翼無人飛行器的駕駛問題，高可靠性和安全性的優點保證其能夠完成各種任務，具有硬體集成度高，靈活性高，系統穩定性高和維護成本低等優點。
附圖說明
圖1是《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》提供的四旋翼無人飛行器的駕駛方法的流程示意圖；
圖2是《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統的結構示意圖；
圖3是《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》實施例提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統的航線規劃圖。
技術領域
《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》涉及基於四旋翼結構的飛行器的駕駛，特別涉及一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統。
權利要求
1.一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法，其特徵在於，包括以下步驟：
A、地面站根據地形圖規劃導航信息，並將所述導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元；
B、飛行器啟動後，感測數據自動分析處理單元根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據，並傳送至機載自動駕駛控制單元；以及
C、機載自動駕駛控制單元根據所述導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述規劃導航信息包括以下步驟：從所述地形圖中提取出目標地圖；在所述目標地圖確定飛行器飛行航線的多個間斷的航點；以及在所述目標地圖確定每個航點的經緯度坐標值、高度值、方向值和任務動作值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括：機載自動駕駛控制單元根據當前坐標值確定目標航點；機載自動駕駛控制單元根據當前高度值確定飛行器的目標航點高度；以及機載自動駕駛控制單元根據當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：當飛行器處於人工切入自動駕駛控制狀態時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，所述遠程控制單元需要的飛行器飛行信息來自於地面站接收到的飛行器數據。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述機載自動駕駛控制單元將所述當前飛行器數據通過數據傳輸單元傳送至地面站，若地面站判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述人工切入自動駕駛的方法包括以下步驟：人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態；所述人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器傳送人工控制切換指令；以及遠程控制單元根據所述人工控制切換指令將其激活並開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述當前狀態信息由感測器單元獲取，包括坐標值、高度值、方向值、三維轉動角度值、重力加速度值、溫度值和經緯度值。
8.一種四旋翼無人飛行器的駕駛系統，其特徵在於，包括：地面站，用於根據地形圖規劃導航信息，將所述導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，並接收來自於飛行器的飛行狀態信息並以圖形、數字的形式顯示出來。感測數據自動分析處理單元，用於在飛行器啟動後，根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據並傳送至機載自動駕駛控制單元；以及機載自動駕駛控制單元，用於根據所述導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括：數據傳輸單元，用於將所述當前飛行器數據傳送至地面站；數據存儲單元，用於實時存儲所述飛行器的導航信息、當前全部飛行器數據和遠程控制指令；遠程控制單元，用於傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令；動力驅動單元，用於根據導航信息對飛行器提供相應的動力驅動。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述機載自動駕駛控制單元包括：全自動駕駛子單元，用於根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行；以及人工切入自動駕駛單元，用於通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數據控制飛行器的飛行。
實施方式
圖1顯示了《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》提供的四旋翼無人飛行器的駕駛方法的流程示意，如圖1所示：
步驟S101，地面站根據地形圖規劃導航信息，並將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元。
在飛行器啟動之前，地面站從地形圖中提取出目標地圖後，在目標地圖上確定飛行器的飛行航線，再在飛行航線上確定多個航點，多個航點是間斷的，然後在目標地圖上確定每個航點的經緯度坐標值、高度值、方向值和任務動作值，最後將目標地圖、航線、航點信息等數據傳輸至機載自動駕駛控制單元。
步驟S102，飛行器啟動後，感測數據自動分析處理單元根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據，並傳送至機載自動駕駛控制單元。
其中，當前狀態信息由感測器獲取，位置感測單元獲取坐標值，高度感測單元獲取高度值，方向感測單元獲取方向值，陀螺感測單元獲取三維轉動角度值，溫度感測單元獲取溫度值，重力感測單元獲取重力加速度值，GPS感測單元獲取經緯度值。
步驟S103，機載自動駕駛控制單元根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。
機載自動駕駛控制單元根據當前航點和最近下一個航點的相關數據確定飛行器的飛行路線，根據當前的坐標值確定目標航點，根據當前高度值確定飛行器的目標航點高度，根據當前方向值確定飛行器的方向和每個航點的方向。
機載自動駕駛控制單元將當前飛行器數據通過數據傳輸單元傳送至地面站，若地面站根據當前飛行器數據判斷需人工控制飛行器的飛行，則進行人工切入自動駕駛。
人工切入自動駕駛的方法如下：人工駕駛裝置通過遠程控制單元將飛行器切換至人工切入自動駕駛控制狀態，然後，人工駕駛裝置通過遠程控制單元向飛行器傳送人工控制切換指令，遠程控制單元接收到切換指令後激活遠程控制單元並開始工作，飛行器進入人工切入自動駕駛控制，停止全自動駕駛控制。
當飛行器處於人工切入自動駕駛控制狀態時，機載自動駕駛控制單元通過遠程控制單元控制飛行器的飛行，遠程控制單元需要的飛行器飛行數據來自於地面站接收到的飛行器數據。
圖2顯示了《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統的結構示意，如圖2所示，該系統包括感測數據自動分析處理單元、機載自動駕駛控制單元、地面站、數據傳輸單元、遠程控制單元、動力驅動單元、數據存儲單元和多個感測單元。
地面站根據地形圖規劃導航信息，將導航信息傳輸至機載自動駕駛控制單元，並接收來自於飛行器的飛行狀態信息並以圖形、數字的形式顯示出來。在飛行器啟動之前，地面站從地形圖中提取出目標地圖後，在目標地圖上確定飛行器的飛行航線，再在飛行航線上確定多個航點，多個航點是間斷的，然後在目標地圖上確定每個航點的坐標值、高度值、方向值和經緯度值，最後將目標地圖、航線、航點信息等數據傳輸至機載自動駕駛控制單元。
感測數據自動分析處理單元在飛行器啟動後，根據飛行器當前狀態信息生成當前飛行器數據並傳送至機載自動駕駛控制單元。其中，飛行器當前狀態信息由多個感測單元獲取，位置感測單元獲取坐標值，高度感測單元獲取高度值，方向感測單元獲取方向值，陀螺感測單元獲取三維轉動角度值，溫度感測單元獲取溫度值，重力感測單元獲取重力值，GPS感測單元獲取經緯度值。
機載自動駕駛控制單元根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行。機載自動駕駛控制單元包括全自動駕駛子單元和人工切入自動駕駛單元，全自動駕駛子單元根據導航信息和當前飛行器數據控制飛行器的飛行，人工切入自動駕駛單元通過遠程控制單元接收到的地面站對飛行器的控制數據控制飛行器的飛行。數據傳輸單元將當前飛行器數據傳送至地面站。數據存儲單元實時存儲飛行器的導航信息和當前飛行器數據。遠程控制單元傳輸人工駕駛裝置與飛行器間的指令。動力驅動單元根據導航信息對飛行器提供相應的動力驅動。
圖3顯示了《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》實施例提供的四旋翼無人飛行器的駕駛系統的航線規劃，如圖3所示，顯示了在目標地圖上規劃了一條航線，並該航線上規劃了間斷的十個航點，飛行器當前位於航點1上，飛行器根據當前坐標值確定下一目標航點，即航點2，從機載自動駕駛控制單元讀取航點2的經緯度坐標值、高度值、方向值和任務動作值，並結合當前高度值確定飛行器直線飛向航點2的爬升高度值或者是下降高度值，結合當前方向值確定飛行器直線飛向航點2的方向，飛行器根據確定的仰角和方向從航點1飛向航點2，採用同樣的方法，飛行器在航點1起飛，依次飛過航點1、航點2、航點3、航點4、航點5、航點6、航點7、航點8、航點9，最後飛向航點10，並在航點10降落。
在飛行器的飛行過程中，可以在規劃好的航點位置進行不同角度和不同變焦係數的拍照，也可照全景，並可改變高度進行拍照。可以規劃在飛行時在不同航線區域間的垂直或水平的飛行速度。在對興趣點進行拍照時，可對興趣點進行360度的監視與拍照，並可自動拍照具體區域的正射圖像。
綜上所述，《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》具有以下技術效果：《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》實現了全自動起降、全自動飛行功能，在自動起飛後能夠根據絕對定位與相對定位查找所需要到達的目的位置，並在位置感測單元、高度感測單元、方向感測單元、陀螺感測單元、溫度感測單元、重力感測單元和GPS感測單元等多種感測數據的協助下計算並實現對目的位置的飛行。在任務執行完成後能按預定航線返航，能在回歸點準確自動降落，任何時刻無需人工操作。在飛行器飛行時可以隨時進行人工切入，使飛行器進入人工切入飛行器自動駕駛控制狀態，使四旋翼無人飛行器能在地面惡劣的不利於自動起飛與降落的情況下能安全進入自動駕駛狀態。《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》具有硬體集成度高，靈活性高，系統穩定性高和維護成本低等優點，高可靠性和安全性的優點保證其能夠完成各種任務。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種四旋翼無人飛行器的駕駛方法和系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
