一种无人飞行器的飞行控制系统和飞行控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型主要提供一种无人飞行器的飞行控制系统，其中，该飞行控制系统包括：飞行控制器；与上述飞行控制器通信的地面控制站；以及动作感知装置；其中，上述飞行控制器至少分别与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连接，且第一指令发送设备和第二指令发送设备分别发送第一控制指令和第二控制指令至上述飞行控制器，第二控制指令与动作感知装置的检测结果相关联，且飞行控制器优先执行所述第二控制指令。此外，本实用新型还提供一种飞行控制器。采用上述方案，在一般情况下可以通过地面控制站对无人飞行器进行飞行控制，在紧急情况下时则可通过操作者身体动作而对无人飞行器进行控制以使其能够及时脱离危险，操作简单，避险及时。
【专利说明】
一种无人飞行器的飞行控制系统和飞行控制器
技术领域
[0001] 本实用新型主要涉及无人飞行器领域，尤其涉及无人飞行器的飞行控制方面。
【背景技术】
[0002] 随着无人飞行器的技术逐步发展成熟，采用装载有摄像机的无人机进行航拍、并 利用实时航拍的技术及时将航拍图像回传到操作者附近的显示器以使操作者可以实时观 察相关的影像的技术也越发普及。但是，由于外部显示器与控制装置往往设置在分离的位 置，如此，对于飞行器的操作者而言，需要一边观看显示装置一边手动对飞行器进行飞行控 制，无疑加重其工作负担，容易出现误操作。
[0003] 为了解决上述问题，中国专利申请CN201010503381.7提供了一种利用用户的头部 运动而对无人机的机载云台进行控制技术方案，具体为:利用头戴式姿态传感器检测操作 人员的头部运动，地面站则根据头部运动计算得到云台的偏转指令，并将上述偏转指令发 送至机载云台以使其与其上搭载的摄像机向操作人员期望的方向偏转，且地面站实时显示 摄像机的拍摄视频，操作人员根据地地面站显示的视频而实时修正机载云台的偏转速率和 方向，使摄像机始终对准期望的目标。采用上述技术方案，可以使操作人员利用其头部运动 而控制机载云台的偏转，具有操作容易、使用方向的特点，并能显著降低无人机操作人员的 工作负担。
[0004] 但是，上述方案中需要全程利用操作人员的头部运动进行操作控制，对于操作人 员的体能和精神都极为考验，当长期利用头部运动对飞行器进行飞行控制时，尤其很容易 出现当无人飞行器紧急遇险时而操作人员由于体力耗尽而无法及时作出相应的规避动作 而致使无人飞行器受损的情况。另外，上述技术方案中，地面站还需要根据所检测的操作人 员的头部运动方向、角度等数据进行计算才能得到相应的控制指令，然后再进行指令输出。 如此，当无人飞行器处于危险情况时，从操作人员的直接反应到最终的控制指令输出的过 程，所需的耗时稍长，且容易出现计算错误而致使误操作发生，以使无人飞行器无法避开所 面对的危险而受损。
[0005] 此外，上述技术方案的实施还需要借助外部显示装置，对于野外数据采集等操作 场合而言，难以实现图像同步观察。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种在便于用户操作、降低对用户的体能要求、保证 在紧急情况下能够及时对无人机的飞行姿态进行控制、并能为用户提供良好的飞行体验的 飞行控制系统，具体地，本实用新型提供以下技术方案：
[0007] -种无人飞行器的飞行控制系统，其中，所述飞行控制系统包括：
[0008] 飞行控制器；
[0009] 与所述飞行控制器通信的地面控制站；以及
[0010] 动作感知装置；
[0011] 其中，所述飞行控制器至少分别与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连 接，且所述第一指令发送设备发送第一控制指令至所述飞行控制器，所述第二指令发送设 备发送第二控制指令至所述飞行控制器，所述第二控制指令与所述动作感知装置的检测结 果相关联，且所述飞行控制器优先执行所述第二控制指令。
[0012] 具体地，所述动作感知装置为头戴式眼镜
[0013] 具体地，所述第一指令发送设备与所述第二指令发送设备均设置在所述地面控制 站，所述动作感知装置包括动作传感器以及与所述地面控制站相连接的无线传输装置，其 中，所述地面控制站接收所述无线传输装置发送的由所述动作传感器检测的动作信号，生 成所述第二控制指令，并经由所述第二指令发送设备而发送所述第二控制指令至所述飞行 控制器。
[0014] 具体地，所述第一指令发送设备设置在所述地面控制站，所述第二指令发送设备 为设置在所述动作感知装置的无线传输装置;且所述动作感知装置还包括检测所述操作者 的身体动作信号的动作传感器。
[0015] 具体地，所述动作感知装置还包括一指令生成器，其接收所述动作信号，生成所述 第二控制指令，并经由所述无线传输装置而输出至所述飞行控制器。
[0016] 具体地，所述飞行控制器包括一指令生成器，其接收所述动作信号，生成所述第二 控制指令。
[0017] 具体地，所述飞行控制系统还包括一预先存储所述动作信号与对应的第二控制指 令的信息的存储器。
[0018] 具体地，所述存储器设置在所述飞行控制器或所述地面控制站或所述动作感知装 置。
[0019] 本实用新型还提供一种飞行控制器，用于对无人飞行器进行飞行控制，其中，所述 飞行控制器包括：
[0020] 无线收发装置，收发控制指令；
[0021] 与所述无线收发装置相连接的微处理器，其接收所述控制指令对所述无人飞行器 执行飞行控制；
[0022] 其中，所述无线收发装置至少与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连接， 所述第一指令发送设备和所述第二指令发送设备分别发送第一控制指令和第二控制指令 至所述无线收发装置，其中，所述第二控制指令与所述无人飞行器的身体动作相关联，且所 述微处理器优先执行所述第二控制指令。
[0023] 具体地，所述飞行控制器还包括一指令生成器，其接收所述操作者的身体动作数 据，生成所述第二控制指令，并输出所述第二控制指令至所述无线收发装置。
[0024] 采用上述技术方案，无人飞行器的操作者在一般情况下可以通过地面控制站对无 人飞行器进行飞行控制，而在紧急情况下时则可通过其身体动作而对无人飞行器进行控制 以使其能够及时脱离危险，操作简单，而且无需要求操作者具有较高的体能。而且，由于预 先存储有与身体动作相关的控制指令，无需过多计算，故在紧急时刻能够及时通过操作人 员的身体动作而对无人飞行器进行控制。进一步地，由于采用了头戴式眼镜，还可便于操作 者及时观察实时传递的图像信息，即使在野外进行数据采集时也能方便观察回传的图像数 据，而且还能为操作者带来身临其境的驾驶体验。
【附图说明】
[0025] 图1为本实用新型实施例一无人飞行器的组成示意图；
[0026] 图2为本实用新型实施例一飞行控制器的组成示意图；
[0027] 图3为本实用新型实施例一飞行控制系统的组成示意图；
[0028] 图4为本实用新型实施例一飞行控制方法的流程示意图；
[0029] 图5为本实用新型实施例一飞行控制方法步骤S2的具体实施流程；
[0030] 图6为本实用新型实施例一无人飞行器的方向示意图；
[0031 ]图7为本实用新型实施例二动作感知装置的组成示意图；
[0032]图8为本实用新型实施例三飞行控制器的组成示意图。
[0033] 符号说明：
[0034] 10无人飞行器，101电源，102传感器集成，103、130飞行控制器，1031、1302无线收 发装置，103、1303微处理器，104动力装置，2地面控制站，3、30动作感知装置，31、301无线传 输装置，32、302动作传感器，303、1301指令生成器。
【具体实施方式】
[0035] 本实用新型的主要技术方案是:设置在无人飞行器的飞行控制器优先执行与操作 者身体动作相关的控制指令，从而使得当无人飞行器碰到危险情况时，可通过操作人员的 身体动作即对无人飞行器进行飞行姿态控制而使其避开所碰到的危险或障碍，无需操作人 员长期利用身体动作对飞行器进行操控，避免其过多的体力消耗。
[0036] 以下通过具体的实施例的描述对本发实用新型的技术方案作出全面的、详细的描 述。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发 明，而非对本实用新型的限定性解释。
[0037] 实施例一：
[0038] 图1为本实施例的无人飞行器的组成示意图。如图1所示，无人飞行器10包括：用于 实时监控检测飞行器10的各种状态信息的传感器集成102,本实施例中，"传感器集成102" 是表示安装在无人飞行器10上的多个传感器，且每个传感器均可独立工作，其中，安装在无 人飞行器10上的常见传感器有陀螺仪传感器、气压计传感器等;与上述传感器集成102相连 接以接收上述传感器集成102所检测的各种数据、并可接收地面控制站2发出的各种控制指 令、以根据所接收的数据和控制指令对无人飞行器10进行飞行控制和调整的飞行控制器 103;接收上述飞行控制器103的控制而为无人飞行器10提供飞行动力的动力装置104;以 及为上述传感器集成102、飞行控制器103、动力装置104提供电力的电源101。此外，优选地， 本实施例中，上述无人飞行器上还搭载有摄像机(图中未示出）以进行航拍。
[0039] 图2为本实施例的飞行控制器的组成示意图。如图2所示，本实施例中，上述飞行控 制器103包括：用于接收控制指令的信息接收模块，具体地，该信息接收模块为无线信号收 发装置1031或其它类似装置；以及与上述信息接收模块相连接以根据所接收的控制指令对 无人飞行器103进行飞行控制的控制模块，具体的，本实施例中，上述控制模块可为微处理 器1032或其它类似装置。
[0040] 图3为本实施例的飞行控制系统的组成示意图。如图3所示，本实施例中，飞行控制 系统包括:前述飞行控制器103;与飞行控制器103相连接以进行数据/控制指令传输/交互 的地面控制站2,具体地，该地面控制站2包括供电系统、微控制器、无线电传输模块等，可以 将微控制器生成的控制指令经由上述无线电传输模块而输送至飞行控制器103;动作感知 装置3,与操作者相连接以收集其身体动作信号，并将所收集的身体动作信号发送至上述地 面控制站2,具体地，该动作感知装置3包括用于收集上述身体动作信号的动作感知模块以 及将动作数据发送至地面控制站2的通信模块，其中，本实施例中，上述动作感知模块为动 作传感器32,上述通信模块为无线传输装置31，且该无线传输装置31可为红外收发装置或 蓝牙或WIFI模块或通信模组的任一种。
[0041]为了降低操作者在操作过程中的体能消耗，并且保证其操控方便，优选地，本实施 例中，上述飞行控制器103至少与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连接以接收两 组不同的控制指令，即上述地面控制站2会发送至少两种不同的控制指令至飞行控制器 103,例如，第一控制指令和第二控制指令，其中，上述第二控制指令与操作者的身体动作相 关联;也就是说，上述第二控制指令是基于操作者的身体动作而生成。而且，为了达到上述 目的，上述飞行控制器103在接收到上述两种控制指令时，优先执行第二控制指令，即优先 利用操作者的身体动作而及时对无人飞行器10的飞行姿态进行调整和控制。具体地，本实 施例中，上述第一指令发送设备和第二指令发送设备均设置在地面控制站2上，可由前述设 置在地面控制站2的无线电传输模块构成。
[0042] 为了使操作者能够及时利用身体动作对飞行器进行控制，简化第二控制指令的生 成过程，缩短指令传输时间，优选地，本实施例中，上述飞行控制系统还包括一预先存储上 述操作者的特定身体动作与对应的第二控制指令的信息的存储器（图中未示出）。而且，本 实施例中，该存储器设置在地面控制站2。
[0043] 图4为本实施例的飞行控制方法的流程图。根据图4的飞行控制方法所示可知，上 述无人飞行器10的飞行控制方法包括以下两个步骤：
[0044]步骤S1:接收第一控制指令和/或第二控制指令，其中，第二控制指令与第一控制 指令不同，且第二控制指令与无人飞行器10的操作者的身体动作相关；
[0045] 具体地，本实施例中，动作感知装置3通过收集操作者的身体动作数据并将其发送 至地面控制站2,经由地面控制站2的微控制器对上述动作数据进行处理以生成上述第二控 制指令。
[0046] 步骤S2:根据所述第一控制指令/所述第二控制指令对所述无人飞行器10进行飞 行控制，其中，优先根据所述第二控制指令对所述无人飞行器10执行飞行控制。
[0047] 具体地，在本步骤中，【具体实施方式】可为:若飞行控制器103是依次执行控制指令 的话，则在接收到第一控制指令和第二控制指令时，需要将所接收的控制指令进行排序，其 中，第二控制指令比第一控制指令位于更靠前的位置;或者，如图5所示，飞行控制器103在 每次执行第一控制指令时，均先判断是否有尚未执行的第二控制指令或者是否还接收到第 二控制指令，若存在，则先执行第二控制指令;反之，则先执行第一控制指令;如此，可充分 保证第二控制指令总是能够被优先执行。
[0048] 此外，优选地，本实施例中，上述第一控制指令为通用控制指令，而上述第二控制 指令为紧急避险指令；即在一般情况下无人飞行器10可利用通用控制指令进行飞行控制， 而在无人飞行器10处于紧急情况下，则使用与操作者身体动作相关的紧急避险指令进行危 险规避;如此，在危险情况下可直接经由操作者下意识的规避反应而直接生成最为有效的 规避指令，使得无人飞行器10能够快速脱离危险，并且无需过多地消耗操作者的体能。
[0049] 进一步地，为了给用户提供良好的视觉体验，优选地，上述动作感知装置3为一头 戴式眼镜，其具有显示装置以及构成上述动作感知模块的头戴式姿态传感器。如此，采用上 述头戴式眼镜，除了可使操作者随时随地都可观察到实时无人飞行器的摄像机回传的图像 数据外，操作者可以代入式地将自己当成了飞行器10,当面对无人飞行器10飞行过程中遇 到的空中障碍，某种程度上就类似于对观察者头部的威胁，为此，在这种情况下，可以通过 将操作者头部的本能性动作与飞行器的飞行规避动作相对应以及时地实现有效的规避动 作。
[0050] 具体地，在使用上述头戴式眼镜的情况下，上述第二控制指令可根据操作者的头 部在上下左右前后方向的移动而进行设定。下述表1为本实施例中操作者的头部动作与所 生成的第二控制指令之间的对应关系，且本实施例中，该表1信息存储在地面控制站的微处 理器中以备调用。根据表1的信息，操作者可随时利用其头部的动作而对无人飞行器10进行 飞行控制、调整，使无人飞行器10可根据头部的移动方向而在相应的方向上移动一定的幅 度X。其中，X的取值可以是预设的\经过测试的一个常用值，例如5米、8米、或者10米等。当然 X的取值也可以是由用户来根据实际需要进行调整的；当预设X的取值取得较大，例如，为10 米的情况下，操作者可以通过无极调控方式来实施调整，即当级别为100%时，X为10米，当 级别为〇 %时，则该X为2米，而当该级别为50 %时，则该X为6米等。
[00511表1头部动作与指令对应表
[0053]另外，图6为利用无人飞行器定义上下左右前后六个方向的示意图，其中，图6中符 号"W"既可代表无人飞行器10，也可代表摄像机，也就是说，上述六个方向既可基于摄像机 而确定，也可以根据上述飞行器10的飞行朝向而进行设定。而且，对于采用云台搭载摄像 机的无人飞行器10而言，由于云台可动、可调整位置，故使得摄像机的拍摄角度也可进行调 整，此时，对应的上下左右前后的六个方向，可根据云台的实时位置而进行定义，即需要经 由摄像机的朝向与无人飞行器的朝向关系而转化而来，与传统意义上的空间六轴不等同。
[0054] 采用上述技术方案，使得操作者既可利用地面控制站对无人飞行器进行控制，也 可利用其身体动作而对无人飞行器进行控制，方便操控，并且无需过多地消耗操作者的体 能;而且，通过使与操作者身体动作相关的控制指令能够被优先执行，不仅使得操作者的飞 行控制更简易，还使得上述飞行器在紧急情况下的飞行控制更为及时。
[0055] 实施例二：
[0056] 本实施例与实施例一的主要区别在于，本实施例中，动作感知装置30与飞行控制 器103直接相连接以直接输出第二控制指令至控制器103上，如此，飞行控制器103分别与动 作感知装置30和地面控制站建立通信通路以进行信息交互。
[0057]图7为本实施例中动作感知装置的具体组成示意图。如图7所示，该动作感知装置 30除了包括与飞行控制器103进行信息交互的无线传输装置301、收集操作者身体动作数据 的动作传感器302外，还包括一根据所收集的动作数据而生成第二控制指令的数据处理模 块，且所生成的第二控制指令则经由上述无线传输装置301而传输至飞行控制器103以对飞 行器进行控制。具体地，上述数据处理模块可为一指令生成器303，且该指令生成器303中存 储有动作数据与相应的第二控制指令的相关信息。或者说，本实施例中，上述动作数据与相 应的第二控制指令的相关信息存储在存储器中，且该存储器设置在/集成在上述数据处理 模块上。
[0058]另外，本实施例中，发送第一控制指令的第一指令发送设备设置在地面控制站上， 而发送第二控制指令的第二指令发送设备设置在动作感知装置30上，即为上述无线传输装 置 301.
[0059] 其余内容与实施例一相类似，在此不作赘述。
[0060] 实施例三：
[0061] 本实施例与实施例二的主要区别在于，本实施例中，动作感知装置3与飞行控制器 130直接相连接以将所收集的动作数据输送至飞行控制器130上，且指令生成器(数据处理 模块）1301设置在飞行控制器130上以接收上述动作数据并基于上述动作数据而生成相应 的第二控制指令。
[0062] 图8为本实施例的飞行控制器的组成示意图。如图8所示，飞行控制器130包括依次 相连接的指令生成器1301、无线收发装置1302以及微处理器1303。
[0063] 其余内容与实施例一或二相类似，在此不作赘述。
[0064] 本领域普通技术人员应理解，上述飞行控制器既可安装在上述无人飞行器上，也 可独立于上述无人飞行器而设置。
[0065]最后需要说明的是，上述说明仅是本实用新型的最佳实施例而已，并非对本实用 新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范 围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和 简单的替换等，这些都属于本实用新型技术方案保护的范围。
【主权项】
1. 一种无人飞行器的飞行控制系统，其中，所述飞行控制系统包括： 飞行控制器； 与所述飞行控制器通信的地面控制站；以及 动作感知装置； 其特征在于，所述飞行控制器至少分别与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连 接，且所述第一指令发送设备发送第一控制指令至所述飞行控制器，所述第二指令发送设 备发送第二控制指令至所述飞行控制器，其中，所述第二控制指令与所述动作感知装置的 检测结果相关联，且所述飞行控制器优先执行所述第二控制指令。2. 如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述动作感知装置为头戴式眼镜。3. 如权利要求1或2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述第一指令发送设备与所述 第二指令发送设备均设置在所述地面控制站，所述动作感知装置包括动作传感器以及与所 述地面控制站相连接的无线传输装置，其中，所述地面控制站接收所述无线传输装置发送 的由所述动作传感器检测的动作信号，生成所述第二控制指令，并经由所述第二指令发送 设备而发送所述第二控制指令至所述飞行控制器。4. 如权利要求1或2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述第一指令发送设备设置在 所述地面控制站，所述第二指令发送设备为设置在所述动作感知装置的无线传输装置;且 所述动作感知装置还包括检测操作者的身体动作信号的动作传感器。5. 如权利要求4所述的飞行控制系统，其特征在于，所述动作感知装置还包括一指令生 成器，其接收所述动作信号，生成所述第二控制指令，并经由所述无线传输装置而输出至所 述飞行控制器。6. 如权利要求4所述的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制器包括一指令生成 器，其接收所述动作信号，生成所述第二控制指令。7. 如权利要求1或2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制系统还包括一预 先存储所述动作信号与对应的第二控制指令的信息的存储器。8. 如权利要求7所述的飞行控制系统，其特征在于，所述存储器设置在所述飞行控制器 或所述地面控制站或所述动作感知装置。9. 一种飞行控制器，用于对无人飞行器进行飞行控制，其中，所述飞行控制器包括： 无线收发装置，收发控制指令； 与所述无线收发装置相连接的微处理器，其接收所述控制指令而对所述无人飞行器执 行飞行控制； 其特征在于，所述无线收发装置与第一指令发送设备和第二指令发送设备相连接，所 述第一指令发送设备和所述第二指令发送设备分别发送第一控制指令和第二控制指令至 所述无线收发装置，其中，所述第二控制指令与所述无人飞行器的身体动作相关联，且所述 微处理器优先执行所述第二控制指令。10. 如权利要求9所述的飞行控制器，其特征在于，所述飞行控制器还包括一指令生成 器，其接收操作者的身体动作数据，生成所述第二控制指令，并输出所述第二控制指令至所 述无线收发装置。
【文档编号】G05D1/10GK205507550SQ201620133589
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月23日
【发明人】杨珊珊
【申请人】杨珊珊