CN106527464A - 一种无人机姿态保持方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机姿态保持方法及装置，所述方法包括：获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；根据所述位置数据计算得出姿态角；根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。所述方法能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种无人机姿态保持方法及装置。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，广泛应用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等领域。
目前，现有的无人机在空中作业时，常常需要在一段时间内保持一定的姿态，以便于更好地工作，现有技术中主要是通过在无人机体的几何中心安装一个陀螺仪和加速度计组成的传感***来获取无人机飞行时的姿态数据，然后根据所述姿态数据通过遥控或者自我调节实现无人机的姿态保持。但无人机在空中作业时情况复杂多变，根据所述姿态数据不能精确地保持无人机的姿态。
发明内容
本发明实施例提供一种无人机姿态保持方法及装置，能够随时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
第一方面，本发明提供了一种无人机姿态保持方法，包括：
获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；
根据所述位置数据计算得出姿态角；
根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
优选地，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个。
优选地，所述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个。
优选地，在所述根据所述位置数据计算得出姿态角之前，还包括：
获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内；
所述根据所述位置数据计算得出姿态角具体为：
根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
优选地，在所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态之前，还包括：
接收用户的姿态调整指令；
所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态具体为：
根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
第二方面，本发明提供了一种无人机姿态保持装置，包括：
第一获取模块，用于获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；
计算模块，用于根据所述位置数据计算得出姿态角；
调整模块，用于根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
优选地，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个。
优选地，所述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个。
优选地，还包括：
第二获取模块，用于获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内；
所述计算模块具体用于，根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
优选地，还包括：
接收模块，用于接收用户的姿态调整指令；
所述调整模块具体用于，根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
实施本发明实施例，通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，根据所述位置数据计算得出姿态角，根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态，能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持方法的流程图；
图2是一具体应用场景的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保持方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保持装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
S101：获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置。
所述姿态传感器为组合式传感器，由陀螺仪和加速度传感器组成。其中，所述陀螺仪为传感陀螺仪，输出角速度，对所述角速度进行积分能得到角度，由于所述陀螺仪在零输入状态时仍有输出，它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠加，受此影响，在积分的过程中，会引进累计误差，积分时间越长，误差就越大。因此，需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正，所述加速度传感器利用力的分解原理，通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角，没有积分误差，可以有效校正陀螺仪的误差。
所述姿态传感器至少有两个，且位于所述无人机的不同位置，所述姿态传感器的具***置根据所述无人机的具体情况确定。在一具体的实施例中，若无人机为四轴无人飞行器，那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别安装所述姿态传感器，对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。在另一实施例中，若无人机为双翼无人飞机，那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装所述姿态传感器。
在本实施方式中，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个，其中，所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感器测量得出，所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量得出。在其他实施方式中，所述位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的高度、和地面控制***的距离等与所述预设位置相关的数据。
S102：根据所述位置数据计算得出姿态角。
在本实施方式中，综合姿态传感器中的加速度传感器和陀螺仪的输出，来计算得出姿态角，述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个，所述俯仰角、滚转角、偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕X、Y、Z三个轴分别转动形成的夹角，所述俯仰角、滚转角、偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面的姿态。
S103：根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
在本实施方式中，所述无人机在多种情况下都需要保持姿态，例如，当所述无人机进行拍摄作业时，需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定；当所述无人机在天气状况恶劣的情况下，在飞行时需要保持一定的姿态以提高无人机的抗干扰能力，防止无人机损坏或失稳。
具体的，若所述无人机预设位置的俯仰角过大，则说明所述无人机预设位置相对于水平面上下的幅度过大，可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的滚转角过大，则说明所述无人机预设位置翻转的角度过大，可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的偏航角过大，则说明所述无人机预设位置偏离了航线，可以通过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线行进。
在本实施方式中，所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器，分别对不同位置的姿态进行调整，能够保持无人机每个位置的姿态，进而保持无人机体的姿态。
为了便于对本发明实施例进行理解，下面结合具体的应用场景进行说明。
无人机在进行拍摄工作时，需要进行姿态保持以保证拍摄画面清晰稳定，但在拍摄过程中突然遇到向下的大风，导致无人机机头向下偏离，导致拍摄画面不稳定，而且有可能导致无人机飞行失控而损坏。假设所述无人机在机头位置安装有姿态传感器，那么在所述无人机飞行过程中，所述姿态传感器能够实时测量所述无人机机头的位置数据，在所述无人机机头发生偏离时，能够计算得出所述无人机机头的俯仰角，所述无人机能够根据所述俯仰角自行调节机头的姿态，保持飞行姿态。参阅图2，图2为具体应用场景的示意图。
上述可知，本发明实施例的一种无人机姿态保持方法通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，根据所述位置数据计算得出姿态角，根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态，能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保持方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
S301：获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置。
所述姿态传感器为组合式传感器，由陀螺仪和加速度传感器组成。其中，所述陀螺仪为传感陀螺仪，输出角速度，对所述角速度进行积分能得到角度，由于所述陀螺仪在零输入状态时仍有输出，它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠加，受此影响，在积分的过程中，会引进累计误差，积分时间越长，误差就越大。因此，需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正，所述加速度传感器利用力的分解原理，通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角，没有积分误差，可以有效校正陀螺仪的误差。
所述姿态传感器至少有两个，且位于所述无人机的不同位置，所述姿态传感器的具***置根据所述无人机的具体情况确定。在一具体的实施例中，若无人机为四轴无人飞行器，那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别安装所述姿态传感器，对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。在另一实施例中，若无人机为双翼无人飞机，那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装所述姿态传感器。
在本实施方式中，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个，其中，所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感器测量得出，所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量得出。在其他实施方式中，所述位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的高度、和地面控制***的距离等与所述预设位置相关的数据。
S302：获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内。
S303：根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
在本实施方式中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内，可以是在所述姿态传感器的测量范围内等距离设置多个补偿传感器，所述补偿传感器的组成和所述姿态传感器相同，用于测量所述补偿传感器所处位置的位置数据。由于无人机飞行时情况十分复杂，所述补偿传感器提供的位置数据作为所述姿态传感器测量出的位置数据的补偿数据，通过补偿滤波处理，能够计算得出更加准确的姿态角。
在本实施方式中，综合所述姿态传感器和所述补偿传感器的输出，来计算得出姿态角，述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个，所述俯仰角、滚转角、偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕X、Y、Z三个轴分别转动形成的夹角，所述俯仰角、滚转角、偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面的姿态。
S304：接收用户的姿态调整指令。
在本实施方式中，用户可以通过控制终端，例如无人机遥控器或者地面控制***对无人机发出姿态调整指令，所述用户可以根据所述无人机飞行区域的实际情况、例如天气状况、无人机数量、地理情况等来对所述无人机发出姿态调整指令，以使所述无人机根据飞行区域的实际情况或者用户需求来调整飞行姿态。
S305：根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
在本实施方式中，所述无人机在多种情况下都需要保持姿态，例如，当所述无人机进行拍摄作业时，需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定；当所述无人机在天气状况恶劣的情况下，在飞行时需要保持一定的姿态以提高无人机的抗干扰能力，防止无人机损坏或失稳。
具体的，若所述无人机预设位置的俯仰角过大，则说明所述无人机预设位置相对于水平面上下的幅度过大，可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的滚转角过大，则说明所述无人机预设位置翻转的角度过大，可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的偏航角过大，则说明所述无人机预设位置偏离了航线，可以通过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线行进。
在本实施方式中，所述姿态角表明所述无人机的飞行姿态，所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器，分别对不同位置的姿态进行调整，能够保持无人机每个位置的姿态，进而保持无人机体的姿态，同时，所述无人机根据用户发送的姿态调整指令来调整姿态能够使所述无人机适应飞行环境和用户需求，所述无人机根据所述姿态角以及所述姿态调整指令进行调整能够更好地保持所述无人机预设位置的姿态。
上述可知，本发明实施例的一种无人机姿态保持方法通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，获取补偿传感器测量的补偿数据，根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角，接收用户的姿态调整指令，根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态，能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
上述详细阐述了本发明实施例的方法，下面为了便于更好地实施本发明实施例的上述方案，相应地，下面还提供用于配合实施上述方案的装置。
参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种无人机姿态保持装置的结构示意图，所述装置应用于无人机，所述装置400包括以下功能模块：
第一获取模块410，用于获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置。
所述姿态传感器为组合式传感器，由陀螺仪和加速度传感器组成。其中，所述陀螺仪为传感陀螺仪，输出角速度，对所述角速度进行积分能得到角度，由于所述陀螺仪在零输入状态时仍有输出，它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠加，受此影响，在积分的过程中，会引进累计误差，积分时间越长，误差就越大。因此，需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正，所述加速度传感器利用力的分解原理，通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角，没有积分误差，可以有效校正陀螺仪的误差。
所述姿态传感器至少有两个，且位于所述无人机的不同位置，所述姿态传感器的具***置根据所述无人机的具体情况确定。在一具体的实施例中，若无人机为四轴无人飞行器，那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别安装所述姿态传感器，对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。在另一实施例中，若无人机为双翼无人飞机，那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装所述姿态传感器。
在本实施方式中，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个，其中，所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感器测量得出，所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量得出。在其他实施方式中，所述位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的高度、和地面控制***的距离等与所述预设位置相关的数据。
计算模块420，用于根据所述位置数据计算得出姿态角。
在本实施方式中，综合姿态传感器中的加速度传感器和陀螺仪的输出，来计算得出姿态角，述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个，所述俯仰角、滚转角、偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕X、Y、Z三个轴分别转动形成的夹角，所述俯仰角、滚转角、偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面的姿态。
调整模块430，用于根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
在本实施方式中，所述无人机在多种情况下都需要保持姿态，例如，当所述无人机进行拍摄作业时，需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定；当所述无人机在天气状况恶劣的情况下，在飞行时需要保持一定的姿态以提高无人机的抗干扰能力，防止无人机损坏或失稳。
具体的，若所述无人机预设位置的俯仰角过大，则说明所述无人机预设位置相对于水平面上下的幅度过大，可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的滚转角过大，则说明所述无人机预设位置翻转的角度过大，可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置的姿态；若所述无人机预设位置的偏航角过大，则说明所述无人机预设位置偏离了航线，可以通过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线行进。
在本实施方式中，所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器，分别对不同位置的姿态进行调整，能够保持无人机每个位置的姿态，进而保持无人机体的姿态。
本发明实施例的一种无人机姿态保持装置400能够实现如图1所示的无人机姿态保持方法，具体请参阅图1以及相关实施例，此处不再重复赘述。
上述可知，本发明实施例的一种无人机姿态保持装置通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，根据所述位置数据计算得出姿态角，根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态，能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
参阅图5，图5为本发明实施例提供的另一种无人机姿态保持装置，所述装置应用于无人机，所述装置500和图4所示装置400的不同之处在于，还包括以下功能模块：
第二获取模块440，用于获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内；
所述计算模块具体用于，根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
在本实施方式中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内，可以是在所述姿态传感器的测量范围内等距离设置多个补偿传感器，所述补偿传感器的组成和所述姿态传感器相同，用于测量所述补偿传感器所处位置的位置数据。由于无人机飞行时情况十分复杂，所述补偿传感器提供的位置数据作为所述姿态传感器测量出的位置数据的补偿数据，通过补偿滤波处理，能够计算得出更加准确的姿态角。
在本实施方式中，综合所述姿态传感器和所述补偿传感器的输出，来计算得出姿态角，述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个，所述俯仰角、滚转角、偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕X、Y、Z三个轴分别转动形成的夹角，所述俯仰角、滚转角、偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面的姿态。
接收模块450，用于接收用户的姿态调整指令；
所述调整模块具体用于，根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
在本实施方式中，用户可以通过控制终端，例如无人机遥控器或者地面控制***对无人机发出姿态调整指令，所述用户可以根据所述无人机飞行区域的实际情况、例如天气状况、无人机数量、地理情况等来对所述无人机发出姿态调整指令，以使所述无人机根据飞行区域的实际情况或者用户需求来调整飞行姿态。
在本实施方式中，所述姿态角表明所述无人机的飞行姿态，所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器，分别对不同位置的姿态进行调整，能够保持无人机每个位置的姿态，进而保持无人机体的姿态，同时，所述无人机根据用户发送的姿态调整指令来调整姿态能够使所述无人机适应飞行环境和用户需求，所述无人机根据所述姿态角以及所述姿态调整指令进行调整能够更好地保持所述无人机预设位置的姿态。
可以理解的是，本发明实施例的一种无人机姿态保持装置500能够实现如图3所示的无人机姿态保持方法，具体请参阅图3以及相关实施例，此处不再重复赘述。
上述可知，本发明实施例的一种无人机姿态保持装置通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，获取补偿传感器测量的补偿数据，根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角，接收用户的姿态调整指令，根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态，能够实时监控无人机各位置的姿态情况，并进行各位置的姿态调整，使无人机姿态保持更精准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种无人机姿态保持方法，其特征在于，包括：
获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；
根据所述位置数据计算得出姿态角；
根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述位置数据计算得出姿态角之前，还包括：
获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内；
所述根据所述位置数据计算得出姿态角具体为：
根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态之前，还包括：
接收用户的姿态调整指令；
所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态具体为：
根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
6.一种无人机姿态保持装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位置数据，其中，所述姿态传感器至少有两个，所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；
计算模块，用于根据所述位置数据计算得出姿态角；
调整模块，用于根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度、角速度中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述姿态角包括俯仰角、滚转角、偏航角中的至少一个。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
第二获取模块，用于获取补偿传感器测量的补偿数据，其中，所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值内；
所述计算模块具体用于，根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
接收模块，用于接收用户的姿态调整指令；
所述调整模块具体用于，根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无人机预设位置的姿态。
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