CN110162080A - 穿戴式单手无人机控制器 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式单手无人机控制器，将显示设备与操作设备佩戴在同一手臂上，使用以四自由度摇杆为核心的控制模块控制无人机及载荷。该控制器不仅只用单手就能实现无人机全部的飞行动作，还可以迅速地在操作与携行状态间切换，适合在复杂、危险的环境下使用。

Description

穿戴式单手无人机控制器

技术领域

本发明涉及一种操作无人机控制装置，尤其是将操作和显示设备佩戴在手臂上，只用单手就可以实现无人机全自由度机动及机载设备操控的设备。

背景技术

无人机技术随着电传和数控操作科技的革命性进步而在过去二十年间获得了飞速的发展。时至今日，以多旋翼无人直升机为代表的微型无人飞行器已经发展成为一种一般市民都可以简单地购买和使用的消费类电子产品。而更加大型、复杂的无人机则被广泛用于航拍、测绘、监控巡查、植物保护等专业领域。

无人机技术不仅仅在民用领域得到了广泛应用，军队和执法部门同样在积极地应用无人机技术拓展自己的业务领域并提升效率。与更加普遍的民用无人机不同，军队和执法部门因为其任务的特殊性，也产生了相应的独特需求，其中对操控方式的要求就是其与民用无人机应用区别显著的一个方面。

目前，除去触屏操作、运动感应操作等看似简便但是却乏精确性、及时性和可靠性的新型操控方法，民用无人机最常见的操控方式依然是使用摇杆。一个常见的模拟信号摇杆（也被称为类比摇杆）可以提供2个自由度的有效操控；一些摇杆还可以按下并触发微动开关，提供一个额外的按键功能。

然而，要完全地操作一架固定翼飞机需要4个自由度——前进方向上的速度（对固定翼飞机而言即油门）、滚转、俯仰和左右偏航。即使将通常以节流阀形式控制的前进速度独立出来，其余的3个自由度的操控依然要求控制器具备2个摇杆才能够实现。对于直升机而言，可操作的自由度更多，但是通常简化到4个即可满足绝大多数需要，这同样意味着需要2个摇杆。因此，常见的无人机控制装置都是需要双手握持，每只手负责一个摇杆和若干功能按键的控制。

在通常的无人机民用情景中，或将显示设备安装在双摇杆控制器上，或佩戴头戴式显示设备（如VR头盔、眼镜），双手握持控制器进行操作是一种自然而舒适的操作方式。但是对于军队和执法部门而言，这样的操作方式则常常是难以实现的。这是因为民用无人机操作人员通常可以专注地在一个固定位置操作无人机，但是军队和执法部门则经常需要在陌生、复杂，随时可能遭遇突发状况的环境下，于移动中进行无人机操控，同时还需要保持一只手随时可用，以握持枪械等其他装备，或用于攀爬、翻滚等战术动作。

因此，理想的军队与执法部门使用的无人机操控设备，特别是在外勤情况下使用的操控装置，必须具备以下特点：可以极其迅速地在操作无人机的状态与执行其他战术动作或操作其他装备的状态间自由切换，即操作与携行状态的切换；操控无人机时只完全占用一只手，同时保持另一只手随时可用，以应对突发状况。

发明内容

为了克服现有无人机操控装置占用双手，操作与携行状态转换缓慢的问题，本发明提供一种穿戴式单手无人机控制器，该控制器不仅只用单手就能实现无人机操作，还可以迅速地在操作与携行状态间切换，适合在复杂、危险的环境下使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将显示设备与操作设备佩戴在同一手臂上，用另一只手进行操作；操作设备由单摇杆控制器和若干控制按钮、旋钮、开关组成；其摇杆具备4个操作自由度，不仅可以像传统摇杆一样在平面上全向摇动，还可以绕摇杆中轴线旋转，进行逆时针、顺时针旋扭，还能对摇杆进行垂直方向上的上拉、下压的操作；在操作无人机时，摇杆左扭、右扭对应无人机在水平方向上的航向调节操作，上拉、下压则控制无人机在垂直方向上的运动；具体操控方式可以在控制界面中定义和调整。

附图说明

附图1所示为本发明的一种可能的具体实施方案。所示方案采用显示设备模块与操控设备模块刚性结合的布局。

附图1中零部件名称：

1. 显示屏，2. 四自由度摇杆，3. 按键，4. 旋钮，5. 开关。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步说明。实施例仅代表本发明的一种可能的实施方式，并不作为对本发明的限定。

本实施例中的控制器采用显示设备（1）、操控设备（2，3，4，5）整合的布局，可以整体佩戴在前臂上，内部整合了电池和无线电收发装置。显示设备（1）为液晶屏，操控设备包括一个4自由度可折叠摇杆（2），3个按键（3），1个旋钮（4）和1个开关（5）。

携行状态下，可以将摇杆（2）向右压90°至锁定位置，避免摇杆钩住其他物体，需要操作无人机时，则扳动摇杆到竖直状态。携行、操作状态频繁切换时无需每次都锁定摇杆，只有预期较长时间不会使用时进行锁定操作。

操作无人机时，本实施例中的摇杆（2）在水平方向上的摇动对应无人机在其所在平面上的运动，包括前进、后退、左右平移，移动速度通过摇动摇杆的幅度控制；改变无人机在水平方向上的朝向通过旋扭摇杆实现：逆时针扭动摇杆令无人机向左转向，顺时针扭动摇杆令无人机向右转向，转向的速度通过扭动的角度控制；改变无人机的高度通过拉、压摇杆实现：向上拉动摇杆令无人机上升，向下压摇杆令无人机下降，高度变化速度通过拉、压摇杆的距离或压力控制。

使用者可以根据需要和使用习惯对摇杆和其他控制按键、旋钮、开关的功能进行定义。理论上，本实施例的摇杆(2)提供4个操控自由度，旋钮(4)提供1个操控自由度，结合开关(5)和按键(3)，可以满足绝大多数飞行器的操控需求并提供若干机载设备的控制能力。

Claims (4)

1.一种穿戴式单手无人机控制器，包含显示模块和以摇杆为核心的控制模块，其特征是：显示模块和控制模块一同佩戴在同一手臂上；控制模块包含一个摇杆，摇杆除了可以在水平方向上摇动，还可以绕摇杆中轴线顺、逆时针旋扭，以及沿摇杆中轴线上拉和下压；操作无人时，摇杆前后左右的摇动控制无人机在水平方向上的前进、后退，左右平移，扭动摇杆控制无人机水平朝向的左右变化，上拉、下压摇杆控制无人机的上升和下降。

2.根据权利要求1所述的穿戴式单手无人机控制器，其特征是：可以在控制界面中自定义操作方式。

3.根据权利要求1所述的穿戴式单手无人机控制器，其特征是：控制模块还可以包含若干按键、旋钮、开关等控制零件，辅助摇杆实现无人机和无人机载荷的操作。

4.根据权利要求1所述的穿戴式单手无人机控制器，其特征是：集成了电池和无线收发模块。