CN104906805B - 一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***，包括遥控发射装置和航模飞行器，所述的航模飞行器上设有姿态传感器、遥控器接收器及航模飞行器主控，所述的航模飞行器主控设有姿态转换芯片，所述的遥控发射装置设有姿态检测电路，姿态检测电路与遥控发射装置保持相对固定，遥控发射装置的面板上设有方向操作杆及天线，遥控发射装置通过天线发送控制信号与航模飞行器无线连接，此外本发明还涉及一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法，本发明让航模飞行器自动完成坐标转换，从而实现飞行器相对于操作人员的前后左右方向控制，使得操控人员仅凭直觉就能完成操作，更加简单、直观，提高了安全性。

Description

一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法及***

技术领域

本发明涉及一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法及***，属于无线电遥控技术领域。

背景技术

目前，市面上的航模飞行器都是需要遥控器来控制。在航模遥控器中包括有飞行姿态控制操作杆和油门信号控制操作杆，飞行姿态控制操作杆是一个可在X方向和Y方向上动作的摇杆，摇杆连接一个Y方向上的摇架和一个X方向上的摇架，Y方向上的摇架通过电信号器件输出升降舵控制信号，X方向上的摇架通过电信号器件输出副翼控制信号，油门信号控制操作杆是另一个可在Y方向上动作的摇杆，其连接的电信号器件输出油门信号。实际操作控制时，操作人员在遥控器面板上对飞行姿态的控制是基于飞行器实际所处位置而言的。由于航模飞行器操控人员与飞行器处于不同坐标系中，操控人员需要通过观察飞行器姿态判断操作方式，即要正确判断飞行器的机头方向，遥控控制的姿态向前、向后、向左、向右都是根据这个机头方向来确定的。当航模飞行器朝向与操控人员朝向不同时，操控人员需要将预定飞行路线转换到航模飞行器所在坐标系中。现在的控制方式并不符合人们实际使用的需求，通常情况下我们希望的是，飞行器的左右前后运动都是基于操作人员的位置而言的。另外，若航模飞行器距离操控人员较远，操控人员可能无法判断航模飞行器姿态，从而无法进行正确操作；同时，在紧急情况下，操控人员来不及进行坐标转换，容易触发误操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法及***，所述的基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***通过在遥控发射装置中引入姿态检测实现遥控器姿态的主动检测，并将姿态数据发送给航模飞行器，让航模飞行器自动完成坐标转换，从而实现飞行器相对于操作人员的前后左右方向控制，使得操控人员仅凭直觉就能完成操作，更加简单、直观，提高了安全性。

本发明的主要技术方案如下：

一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***，包括遥控发射装置和航模飞行器，所述的航模飞行器上设有姿态传感器、遥控器接收器及航模飞行器主控，所述的航模飞行器主控设有姿态转换芯片，所述的遥控发射装置设有姿态检测电路，姿态检测电路与遥控发射装置保持相对固定，遥控发射装置的面板上设有方向操作杆及天线，遥控发射装置通过天线发送控制信号与航模飞行器无线连接。

所述的姿态检测电路设有姿态芯片，姿态芯片用于测量收集遥控发射装置朝向信息，所述的遥控发射装置用于将方向操作杆的操控指令和姿态芯片测量收集的遥控发射装置朝向信息通过天线发送至航模飞行器上的遥控器接收器，继而发送给航模飞行器主控，所述的姿态传感器用于测量收集航模飞行器朝向信息，所述的姿态转换芯片用于利用接收到的遥控发射装置朝向信息和航模飞行器朝向信息建立遥控发射装置坐标和航模飞行器坐标之间的转换，同时将方向操作杆的操控指令进行坐标转换，得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角，据此控制航模飞行器电机的转速，做出正确动作。

作为优选方案，所述的姿态芯片测量收集的遥控发射装置朝向信息具体为遥控发射装置当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角α，所述的姿态传感器所测量收集的航模飞行器朝向信息具体为航模飞行器当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角β，所述的姿态转换芯片用于将方向操作杆的操控指令转换为当前操控指令的朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角γ，通过公式γ'＝γ+α-β得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角γ'。

所述的大地坐标系中一固定方向A可设定为为地磁北极或地磁南极等。

本发明还涉及一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法，包括如下步骤：

步骤1)：遥控发射装置将方向操作杆的操控指令和遥控发射装置朝向信息通过天线发送至航模飞行器；

步骤2)：航模飞行器正确接收数据和指令；

步骤3)：航模飞行器利用自带的姿态传感器测量出航模飞行器朝向信息；

步骤4)：航模飞行器利用接收到的遥控发射装置朝向信息和航模飞行器朝向信息建立遥控发射装置坐标和航模飞行器坐标之间的转换，同时将方向操作杆的操控指令进行坐标转换，得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角；

步骤5)：根据步骤4)得到的实际偏航角控制航模飞行器电机的转速，做出正确动作。

作为优选方案所述的步骤1)中遥控发射装置朝向信息具体为遥控发射装置当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角α，所述的步骤3)中航模飞行器朝向信息具体为航模飞行器当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角β，所述的步骤4)具体为将方向操作杆的操控指令转换为当前操控指令的朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角γ，通过公式γ'＝γ+α-β得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角γ'。

所述的大地坐标系中一固定方向A可设定为为地磁北极或地磁南极等。

本发明的有益效果是，通过主动式姿态检测的遥控器，让航模飞行器自动完成姿态转换，实现飞行器相对于遥控发射装置，即操作人员的坐标系的前后左右的方向控制，使得操作更加简单，让航模爱好者更加容易上手进行飞行控制，与此同时，对于专业的飞行器调试人员来说，也变得更加容易，缩短研发周期。最重要的是提高了航模飞行器遥控的安全性。

附图说明

图1表示大地坐标方向，朝上为北；

图2是航模飞行器，箭头方向为飞行器朝向(此图中朝东)，其中：3-姿态传感器；

图3是遥控发射装置，箭头方向为遥控发射装置朝向(此图中朝北)，其中：5-方向操作杆，6-姿态检测电路，7-天线；

图4是本发明一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法的逻辑流程图。

具体实施方式

本发明在现有遥控发射装置中引入姿态检测电路，并与遥控发射装置保持相对固定。在操作人员使用遥控发射装置时，遥控发射装置的位置必定不能固定，这时遥控器中姿态检测电路能通过姿态芯片的数据测量出遥控发射装置当前朝向与大地坐标系中某一固定角度A(可设置为地磁北极)之间的夹角α，然后遥控发射装置通过数据通道无线发送到安装于航模飞行器上的遥控器接收器，继而发送给航模飞行器主控。在航模飞行器自身也有姿态检测模块，通过其航模飞行器可以测量出航模飞行器当前朝向与大地坐标系中同一固定角度A(可设置为地磁北极)之间的夹角β。航模飞行器主控同时接收来自遥控发射装置的控制信号和姿态检测模块的数据夹角α和夹角β，在控制信号即相对于遥控发射装置坐标系的偏航角γ的基础上加上夹角α和夹角β的偏差影响，得到对于飞行器坐标系的实际偏航角γ'＝γ+α-β，完成操控人员发出的动作信号到飞行器坐标系的转换，进而控制电机的转速，做出正确动作。

下面，结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

如附图1-3所示，一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***，主要由遥控发射装置、姿态检测电路6、航模飞行器、以及航模飞行器上的姿态传感器3组成。

所述的遥控发射装置能够通过天线7发送控制信号到航模飞行器，并且在其面板上设有方向操作杆5，用以控制航模飞行器的前后左右飞行姿态。

所述的姿态检测电路6与遥控发射装置保持相对固定。姿态检测电路6能通过姿态芯片的数据测量出遥控发射装置当前朝向与图1大地坐标系中某一固定角度A之间的夹角α，然后遥控发射装置通过天线7无线发送到安装于航模飞行器上的遥控器接收器，继而发送给航模飞行器主控。

所述的航模飞行器上的姿态传感器3可以测量出航模飞行器当前朝向与大地坐标系中同一固定角度A之间的夹角β。

任取大地坐标系中某一固定方向A，例如正北。所述遥控发射装置中的姿态检测电路6检测到自身朝向为正北，与A夹角α为0,并将这一角度通过天线7传输给航模飞行器。此时，若操控人员想让航模飞行器朝北飞，由于夹角α为0，此时正北方向对于操控人员来说即为正前方，操控人员只需发送“朝前飞”即偏航角γ＝0的命令，即拨动方向操作杆5往下，天线7将此控制命令偏航角γ以及检测到的夹角α的值发送给航模飞行器。航模飞行器接收到数据后，得到α为0，再由自带的姿态传感器3测得航模飞行器当前实际朝向为东，与A夹角β为90°，由公式γ'＝γ+α-β，相对于航模飞行器坐标系的实际偏航角γ'＝γ+α-β＝0+0-90°＝-90°，即可将操控人员发送的“朝前飞”(γ＝0)命令转换为航模飞行器“向左飞”(γ'＝-90°)，即完成操控人员发出的动作信号到航模飞行器实际坐标系的转换，进而航模飞行器控制电机的转速，做出正确动作。

本发明使操控人员无需关心飞行器的具体姿态，实现基于操作人员，即遥控发射装置坐标系的前后左右方向控制，从而使航模飞行器的方向控制更加容易，同时也减少误操作的发生。

图4为此种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***实际逻辑流程图。包括遥控发射装置将方向信息和操控指令发送给航模飞行器、航模飞行器正确接受数据和指令、航模飞行器利用自带的姿态传感器得到航模飞行器自身的方向数据、航模飞行器利用接收到的遥控发射装置方向和航模飞行器方向，建立遥控发射装置坐标和航模飞行器坐标之间的转换，将方向操作杆的操控指令进行坐标转换，得到航模飞行器坐标空间中的正确动作、航模飞行器做出正确机动动作六部分流程。

Claims (4)

1.一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***，包括遥控发射装置和航模飞行器，其特征在于，所述的航模飞行器上设有姿态传感器(3)、遥控器接收器及航模飞行器主控，所述的航模飞行器主控设有姿态转换芯片，所述的遥控发射装置设有姿态检测电路(6)，姿态检测电路(6)与遥控发射装置保持相对固定，遥控发射装置的面板上设有方向操作杆(5)及天线(7)，遥控发射装置通过天线(7)发送控制信号与航模飞行器无线连接；

所述的姿态检测电路(6)设有姿态芯片，姿态芯片用于测量收集遥控发射装置朝向信息，所述的遥控发射装置用于将方向操作杆(5)的操控指令和姿态芯片测量收集的遥控发射装置朝向信息通过天线(7)发送至航模飞行器上的遥控器接收器，继而发送给航模飞行器主控，所述的姿态传感器(3)用于测量收集航模飞行器朝向信息，所述的姿态转换芯片用于利用接收到的遥控发射装置朝向信息和航模飞行器朝向信息建立遥控发射装置坐标和航模飞行器坐标之间的转换，同时将方向操作杆(5)的操控指令进行坐标转换，得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角，据此控制航模飞行器电机的转速，做出正确动作；

所述的姿态芯片测量收集的遥控发射装置朝向信息具体为遥控发射装置当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角α，所述的姿态传感器(3)所测量收集的航模飞行器朝向信息具体为航模飞行器当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角β，所述的姿态转换芯片用于将方向操作杆(5)的操控指令转换为当前操控指令的朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角γ，通过公式γ'＝γ+α-β得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角γ'。

2.根据权利要求1所述的一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控***，其特征在于，所述的大地坐标系中一固定方向A为地磁北极或地磁南极。

3.一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：遥控发射装置将方向操作杆(5)的操控指令和遥控发射装置朝向信息通过天线(7)发送至航模飞行器；

步骤2)：航模飞行器正确接收数据和指令；

步骤3)：航模飞行器利用自带的姿态传感器(3)测量出航模飞行器朝向信息；

步骤4)：航模飞行器利用接收到的遥控发射装置朝向信息和航模飞行器朝向信息建立遥控发射装置坐标和航模飞行器坐标之间的转换，同时将方向操作杆(5)的操控指令进行坐标转换，得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角；

步骤5)：根据步骤4)得到的实际偏航角控制航模飞行器电机的转速，做出正确动作；

所述的步骤1)中遥控发射装置朝向信息具体为遥控发射装置当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角α，所述的步骤3)中航模飞行器朝向信息具体为航模飞行器当前朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角β，所述的步骤4)具体为将方向操作杆(5)的操控指令转换为当前操控指令的朝向与预先设置的大地坐标系中一固定方向A之间的夹角γ，通过公式γ'＝γ+α-β得到航模飞行器坐标空间中正确动作的实际偏航角γ'。

4.根据权利要求3所述的一种基于主动式姿态检测的航模飞行器安全遥控方法，其特征在于，所述的大地坐标系中一固定方向A为地磁北极或地磁南极。