CN106200630A - 一种姿势控制遥控器***及遥控方法 - Google Patents

一种姿势控制遥控器***及遥控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种姿势控制遥控器***及遥控方法，用于实现遥控器对无人机进行遥控，包括：用于量测遥控器的姿势数据的陀螺仪加速度计，并且陀螺仪加速度计将所量测的姿势数据发送给处理器；用于将陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号并且将姿势控制信号发送给无线通讯器的处理器；用于将处理器发送的姿势控制信号发送给无人机的无线通讯器，从而实现通过改变遥控器的姿势来控制无人机的姿势，使无人机的姿势和遥控器的姿势保持一致。

Description

一种姿势控制遥控器***及遥控方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种姿势控制遥控器***及遥控方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是一种不载人的微型飞行器，可以通过无线电遥控器远程遥控飞行，或者利用控制器控制实现自主飞行。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。
无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
目前无人机的控制主要通过遥控器完成，目前市场上的无人机遥控器大都是摇杆型的，所谓的摇杆就是两个双向的电位器，遥控器的处理器通过检测电压的方式检测两个电位器的位置，然后将两个电位器的位置信息转换为相应的控制量。用这种方法去遥控飞机并不能给人一种很直观的控制感受，因为摇杆的变化和飞机姿势的变化不一致，新手在尝试遥控的时候一般不能很快适应这种遥控方式，只有通过长时间的训练才能掌握遥控的技巧，这给普通大众利用无人机航拍时带来了一定的难度。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种姿势控制遥控器***及遥控方法，从而实现通过改变遥控器的姿势来控制无人机的姿势，使无人机的姿势和遥控器的姿势保持一致。
为了达到上述目的，本发明提供了一种姿势控制遥控器***，用于实现遥控器对无人机进行遥控，包括：
陀螺仪加速度计，用于量测遥控器的姿势数据；并且将所量测的姿势数据发送给处理器；
处理器，用于将所述陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给无线通讯器；
无线通讯器，用于将所述处理器发送的姿势控制信号发送给无人机。
优选地，所述无线通讯器还用于接收无人机发送来的实际姿势信号；处理器连接有一显示器，无人机将自身的实际姿势信号通过无线通讯器传输给处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过显示器实时显示出来；处理器根据所述陀螺仪加速度计所量测的姿势数据和实际姿势数据采用PID控制算法计算出修正控制量，所述处理器将计算出来的修正控制量数据通过无线通讯器发送给无人机。
优选地，所述无线通讯器还具有寄存器，所述处理器还具有缓存器和时钟，所述处理器将所述修正控制信号和/或姿势控制信号存储于缓存器中，通过时钟设定中断时间，每间隔所述中断时间，所述处理器将缓存器中的修正控制信号和/或姿势控制信号写入到所述无线通讯器的寄存器中。
优选地，所述处理器将所述实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法运算得到修正控制量，通过所述显示器的人机交互界面可以修正所述PID控制算法的参数。
优选地，所述***还具有摇杆电位器和切换器，通过切换器来切换摇杆电位器和陀螺仪加速度计与处理器之间的数据通道；摇杆电位器与所述处理器相连，摇杆电位器所变换的动作发送给所述处理器，处理器将所变换的动作转换为摇杆控制信号发送给无线通讯器，无线通讯器将处理器发送的摇杆控制信号发送给无人机。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种采用上述的遥控器进行遥控方法，其包括：
步骤01：采用所述陀螺仪加速度计来量测遥控器的姿势数据；并且所述陀螺仪加速度计将所量测的姿势数据发送给所述处理器；
步骤02：所述处理器将所述陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给所述无线通讯器；
步骤03：所述无线通讯器将所述处理器发送的姿势控制信号发送给无人机。
优选地，步骤03之后，还包括：无人机将自身的实际姿势信号发送给无线通讯器，无线通讯器再将实际姿势信号发送给处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过一显示器实时显示出来；处理器根据所述陀螺仪加速度计所量测的姿势数据和实际姿势数据采用PID控制算法计算出修正控制量，所述处理器将计算出来的修正控制量数据通过无线通讯器发送给无人机。
优选地，所述处理器将所述修正控制信号存储于一缓存器中，通过处理器设定中断时间，每间隔所述中断时间，所述处理器将缓存器中的所述修正控制信号写入到所述无线通讯器的寄存器中。
优选地，所述处理器将所述实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法运算得到修正控制量，通过所述显示器的人机交互界面可以修正所述PID控制算法的参数。
优选地，所述步骤02中，所述处理器将所述控制信号通过SPI协议发送给无线通讯器。
本发明的姿势控制遥控器***及遥控方法，很好的解决了当前无人机遥控器不利于新手操作的问题。该设计能避免操控者因为失误将遥控器姿势弄得偏离过大的角度。各种人性化的设计，使得该遥控器适用于任何群体，也降低了遥控无人机驾驶的技术门槛。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的姿势控制遥控器***的方块图
图2为本发明的一个较佳实施例的姿势控制遥控器的图片
图3为本发明的一个较佳实施例的显示器的人机交互界面的图片
图4为本发明的一个较佳实施例的遥控方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图1-4和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例的姿势控制遥控器***，对无人机进行遥控，请参阅图1和2，包括：
陀螺仪加速度计，用于量测遥控器的姿势数据；并且将所量测的姿势数据发送给处理器；这里的陀螺仪加速度计可以采用MPU6050六轴传感器芯片，其具有一个陀螺仪和一个加速度计。陀螺仪的数据在短时间内是比较稳定的，但随外界环境的变化较大，特别是对温度非常敏感，时间一长，数据的可靠性就得不到保证了。加速度计对环境的变化不敏感，可以在长时间内保持相对的稳定性，但加速度计受振动的影响比较大，也就是短时间内可能会产生很多不稳定因素，所以结合两个姿势传感器的数据就可以合成一个比较稳定的角度数据。我们计算陀螺仪数据和加速度计的数据的协方差，得到两个数据在同一时间的可靠程度，按照可靠程度去取两个数据的百分比，例如，陀螺仪数据为40，加速度计数据为60，通过计算得到陀螺仪数据的可靠程度为40％，加速度计数据的可靠程度为60％，陀螺仪数据40*40％+加速度计数据60*60％，最终融合成一个相对可靠的角度数据，该角度数据作为姿势数据发送给处理器。姿势数据包括角度数据和方向数据等。
处理器，用于将陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给无线通讯器；本实施例中，处理器还根据所设定的参考姿势数据和当前得到的姿势数据进行比较，得出姿势控制数据。再将该姿势控制数据按照一定的比例转变，该比例为姿势控制数据范围与无人机油门范围的比值，例如，得到的姿势控制数据范围为为0～300，油门的数值范围为1000～2000，油门的数值范围是姿势数据范围的10/3倍，所以发送到无人机的姿势数据应该乘以10/3。
处理器将控制信号通过SPI通讯协议发送给无线通讯器4。处理器还具有miniUSB接口6。
无线通讯器4，用于将处理器发送的姿势控制信号发送给无人机，本实施例中还用于接收无人机发送来的实际姿势信号。这里的无线通讯器可以为NRF24L01。
处理器连接有一显示器3，处理器将姿势控制数据通过显示器3显示出来；无人机将自身的实际姿势信号通过无线通讯器4传输给处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过显示器3实时显示出来；处理器根据所述陀螺仪加速度计所量测的姿势数据和实际姿势数据通过PID控制算法计算出修正控制量，所述处理器将计算出来的修正控制量数据通过无线通讯器4发送给无人机。处理器连接有按键2，通过按键2输入来修正PID控制参数。这里的显示器3可以为LCD显示屏。
无线通讯器4还具有寄存器，处理器还具有缓存器和时钟，处理器将姿势控制信号存储于缓存器中，通过处理器设定第一中断时间，每间隔第一中断时间，处理器将缓存器中的姿势控制信号写入到无线通讯器4的寄存器中。这里，缓存器可以包括有所设定的飞行参数，飞行参数可通过上述的按键2输入来设置。需要说明的是，处理器将姿势控制信号存储于缓存器中时，显示器3进行刷新显示下一个姿势控制数据。当修正控制信号或姿势控制信号被无线通讯器发送给无人机时，显示器3中也会同时刷新实时显示无人机的飞行参数。
这里，处理器连接有四个物理按键K1、K2、K3、K4，通过与显示器3的结合使用，可以选择显示器3上相应的选项，然后修改无人机相应的参数。K1和K4两个按键用来上下移动显示器3界面中的输入光标，K2和K3两个按键用来调整用于控制无人机的参数的大小；当通过K1和K4来移动输入光标并使其停留在K2或K3参数输入框上的时候，这时候通过K2或K3可以调整相应输入框所对应的参数的大小。调整好的参数值同样可以被保存在缓存器中。
处理器将实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法计算出修正控制量，通过显示器3的人机交互界面来修正PID控制算法的参数。由于PID参数为本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。处理器还将修正控制信号存储于缓存器中，通过处理器设定第二中断时间，例如2ms，每间隔第二中断时间，处理器将缓存器中的修正控制信号写入到无线通讯器的寄存器中。第一中断时间和第二终端时间可以相同也可以不相同。较佳的，请参阅图3，显示器3的人机交互界面包括：PID参数显示与修改窗口(图3中人机交互界面的左上)、遥控器姿势动画显示窗口(图3中人机交互界面的右上)、无人机动力大小显示窗口(图3中人机交互界面的下方)，这里动力大小显示窗口显示的为无人机油门量。
***还具有摇杆电位器1和切换器5，通过切换器5来切换摇杆电位器1和陀螺仪加速度计与处理器之间的数据通道，切换器5可以为切换按键，例如遥控器***默认处于由摇杆电位器1完成控制功能的状态，按下切换按键，可以使摇杆电位器1与处理器断开，而使陀螺仪加速度计与处理器相连，当按键被松开时，摇杆电位器1又重新与处理器相连。
需要说明的是，当按下模式切换器使陀螺仪加速度计与处理器相连时，处理器记录下当前遥控器的姿势作为参考姿势，后续遥控器在该基础上发生的姿势变化作为姿势数据输出。当处于默认状态时，摇杆电位器1与处理器相连，摇杆电位器1所变换的动作发送给处理器，处理器将所变换的动作转换为摇杆控制信号发送给无线通讯器4，无线通讯器4将处理器发送的摇杆控制信号发送给无人机。此时，处理器将摇杆控制信号存储于缓存器中，通过时钟设定第三中断时间，每间隔第三中断时间，处理器将缓存器中的摇杆控制信号写入到无线通讯器的寄存器中。
无人机将自身的实际姿势信号发送给处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将摇杆电位器所变换的动作和实际姿势数据通过显示器3实时显示出来；根据摇杆电位器1所变换的动作，通过显示器3的人机交互界面来修正实际姿势数据；处理器将修正后的实际姿势数据转换为修正控制信号并通过无线通讯器4发送给无人机。处理器将实际姿势数据和摇杆电位器所变换的动作通过PID控制算法计算出修正控制量，通过显示器3的人机交互界面来修正PID参数。处理器还将修正控制信号存储于缓存器中，通过时钟设定第四中断时间，每间隔第四中断时间，处理器将缓存器中的修正控制信号写入到无线通讯器的寄存器中。第三中断时间和第四终端时间可以相同也可以不相同。
需要说明的是，当切换器5来切换时，相当于使遥控器***进入摇杆控制模式或进入姿势控制模式，从而使得该遥控器适用于任何群体，也降低了遥控无人机驾驶的技术门槛。
此外，请参阅图4，本实施例中还提供了一种采用上述的遥控器进行遥控
方法，包括：
步骤01：采用陀螺仪加速度计来量测遥控器的姿势数据；并且陀螺仪加速度计将所量测的姿势数据发送给处理器；
步骤02：处理器将陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给无线通讯器；
具体的，处理器将控制信号通过SPI协议发送给无线通讯器。
步骤03：无线通讯器将处理器发送的姿势控制信号发送给无人机。
具体的，当无线通讯器将处理器发送的姿势控制信号发送给无人机之后，无人机将自身的实际姿势信号发送给无线通讯器，无线通讯器再将该实际在台信号发送给处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过一显示器实时显示出来；根据陀螺仪加速度计所量测的姿势数据，通过显示器的人机交互界面来修正实际姿势数据；处理器将修正后的实际姿势数据转换为修正控制信号并通过无线通讯器发送给无人机。较佳的，处理器将修正控制信号存储于一缓存器中，通过一时钟设定中断时间，每间隔中断时间，处理器将缓存器中的修正控制信号写入到无线通讯器的寄存器中。较佳的，处理器将实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法计算出修正控制量，通过显示器的人机交互界面可以修正PID参数。
需要说明的是，本实施例的遥控方法还包括：打开电源，不开启切换器，然后，操作摇杆电位器的变换动作，处理器获取摇杆电位器的变换动作，然后将该变换动作转换为摇杆控制信号并且存储于缓存器中，同时显示器刷新，处理器发送给无线通讯器，无线通讯器将处理器发送的摇杆控制信号发送给无人机。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种姿势控制遥控器***，用于实现遥控器对无人机进行遥控，其特征在于，包括：
陀螺仪加速度计，用于量测遥控器的姿势数据；并且将所量测的姿势数据发送给处理器；
处理器，用于将所述陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给无线通讯器；
无线通讯器，用于将所述处理器发送的姿势控制信号发送给无人机。
2.根据权利要求1所述的姿势控制遥控器***，其特征在于，所述无线通讯器还用于接收无人机发送来的实际姿势信号；处理器连接有一显示器，无人机将自身的实际姿势信号通过无线通讯器传输给遥控器的处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过显示器实时显示出来；处理器根据所述陀螺仪加速度计所量测的姿势数据和实际姿势数据采用PID控制算法计算出修正控制量，所述处理器将计算出来的修正控制量数据通过无线通讯器发送给无人机。
3.根据权利要求2所述的姿势控制遥控器***，其特征在于，所述无线通讯器还具有寄存器，所述处理器还具有缓存器和外部时钟电路，所述处理器将所述修正控制信号和/或姿势控制信号存储于缓存器中，通过处理器设定中断时间，每间隔所述中断时间，所述处理器将缓存器中的修正控制信号和/或姿势控制信号写入到所述无线通讯器的寄存器中。
4.根据权利要求2所述的姿势控制遥控器***，其特征在于，所述处理器将所述实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法运算得到修正控制量，通过所述显示器的人机交互界面修正所述PID控制算法的参数。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的姿势控制遥控器***，其特征在于，所述***还具有摇杆电位器和切换器，通过切换器来切换摇杆电位器和陀螺仪加速度计与处理器之间的数据通道；摇杆电位器与所述处理器相连，摇杆电位器所变换的动作发送给所述处理器，处理器将所变换的动作转换为摇杆控制信号发送给无线通讯器，无线通讯器将处理器发送的摇杆控制信号发送给无人机。
6.一种采用权利要求1所述的遥控器进行遥控方法，其特征在于，包括：
步骤01：采用所述陀螺仪加速度计来量测遥控器的姿势数据；并且所述陀螺仪加速度计将所量测的姿势数据发送给所述处理器；
步骤02：所述处理器将所述陀螺仪加速度计发送的姿势数据转换为姿势控制信号，并且将姿势控制信号发送给所述无线通讯器；
步骤03：所述无线通讯器将所述处理器发送的姿势控制信号发送给无人机。
7.根据权利要求6所述的遥控方法，其特征在于，步骤03之后，还包括：无人机将自身的实际姿势信号发送给无线通讯器，无线通讯器再将实际姿势信号发送给遥控器处理器，处理器将实际姿势信号转换为实际姿势数据，并且将所量测的姿势数据和实际姿势数据通过一显示器实时显示出来；处理器根据所述陀螺仪加速度计所量测的姿势数据和实际姿势数据采用PID控制算法计算出修正控制量，所述处理器将计算出来的修正控制量数据通过无线通讯器发送给无人机。
8.根据权利要求7所述的遥控方法，其特征在于，所述处理器将所述修正控制信号存储于一缓存器中，通过处理器设定中断时间，每间隔所述中断时间，所述处理器将缓存器中的所述修正控制信号写入到所述无线通讯器的寄存器中。
9.根据权利要求7所述的遥控方法，其特征在于，所述处理器将所述实际姿势数据和所量测的姿势数据通过PID控制算法运算得到修正控制量，通过所述显示器的人机交互界面修正所述PID控制算法的参数。
10.根据权利要求6所述的遥控方法，其特征在于，所述步骤02中，所述处理器将所述控制信号通过SPI通讯协议发送给无线通讯器。
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