CN112068599A - 以四通道实现fpv自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法 - Google Patents
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Abstract
以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法，包括独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D；独立通道A控制拍摄镜头转向目标对象所在经度、且确定相对于拍摄镜头的经度角；独立通道C调整拍摄镜头的旋转角；独立通道D，用于控制无人机在第三步中，沿着三维空间矢量方向上的运动速度；矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度控制无人机在三维空间中自稳飞行；独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D控制拍摄镜头定向拍摄的同时，可沿定向拍摄方向飞行运动。本发明实现了一个人只使用四个独立控制通道，即可独立操作有飞控自我稳定的无人机飞行动作在三维空间中运动的同时，完成对目标对象定向拍摄；降低了FPV穿越机飞行的操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法。
背景技术
在三维空间中从一点向特定目标对象进行拍摄，需要使用到空间中六个自由度的三个通道进行控制；分别使用通道一控制目标对象的相对于拍摄镜头的“经度角”，使用通道二控制目标对象相对拍摄镜头的“纬度角”， “经度角”和“纬度角”构成目标对象相对于拍摄镜头的“经纬角”，以及对准目标后，若需要调整画面角度，则使用通道三对拍摄镜头修正的“旋转角”。
现在多旋翼无人机的基本控制方式有两种，没有飞控介入操纵的手动模式和有飞控介入的自稳模式；这两种模式，都是采用四个控制通道：副翼通道、俯仰通道、油门通道、方向通道，来控制无人机在空间中六个自由度中的四个；手动模式的多旋翼无人机操作方式：通过副翼通道使无人机左右横滚；通过俯仰通道使无人机前后翻滚；通过油门通道使无人机的旋翼转速全部提高或者降低，从而使无人机加速运动或者减速运动；通过方向通道控制无人机水平转动方向；自稳模式的多旋翼无人机操作方式：让飞控介入飞行动作，保持飞机不失衡。这种方法通过副翼通道使无人机水平左右横飞而不是做横滚；通过俯仰通道使无人机水平前后运动而不是前后翻滚；通过油门通道使无人机垂直水平面升高或者降低；只有通过方向通道控制无人机的运动航向，与手动模式的目的相同。
基于背景技术实现的现有航拍技术的缺点：
FPV穿越机航拍技术，是将一个拍摄镜头固定在多旋翼无人机机身上，再利用多旋翼无人机飞行控制技术的手动模式进行定向拍摄控制，从而完成航空拍摄的技术；手动模式中：使用俯仰通道控制无人机机身向前或者向后翻转的角度，替代定向拍摄控制中通道二的作用，来控制拍摄镜头对目标对象的“纬度角”；使用方向通道控制无人机机身运动航向的角度，替代定向拍摄控制中通道一的作用，来控制拍摄镜头对目标对象的“经度角”；通过副翼通道控制无人机机身左右横滚的角度，替代定向拍摄控制中通道三的作用，调整拍摄镜头的“旋转角”。从而达到定向拍摄的目的；这种航拍技术的缺点有：缺点一：航拍目标对象与无人机在同一水平面时，才能不以失衡状态拍摄目标对象，但由于没有飞控介入飞行动作控制，对飞手控制飞机稳定的能力要求很高；缺点二：航拍目标对象不与无人机在同一水平面时，无人机就必须以失衡的状态拍摄目标，运动中拍摄更容发误操作从而发生事故；缺点三：要熟练掌握FPV穿越机航拍技术，需要大量时间精力费用进行训练。
自稳多旋翼无人机航拍技术，是定向拍摄控制技术与多旋翼无人机自稳模式的相结合实现多旋翼无人机对目标对象完成拍摄的技术；自稳多旋翼无人机航拍技术，首先，使用多旋翼无人机自稳模式确保无人机在三维空间的位置；然后，在无人机上安装多轴云台，将拍摄镜头固定于云台，通过独立的通道二控制云台，使云台上的拍摄镜头指向目标对象的“纬度角”；接着，利用多旋翼无人机自稳模式中方向通道，调整无人机运动方向，替代定向拍摄控制中通道一的作用，使拍摄镜头指向目标对象的“经度角”，或直接通过独立的通道一控制云台，使云台上的拍摄镜头指向目标对象的“经度角”；最后，通过独立的的通道三控制云台，使云台上的拍摄镜头指向目标对象有合适的“旋转角”；这种航拍技术的缺点有：缺点一：独立控制通道六个以上，一般飞手只能直接操作四个独立控制通道，这使得一般飞手在控制无人机飞行和拍摄两个时不能兼顾；缺点二：由于有飞控自稳的限制，多旋翼无人机不能手动进行翻滚、横滚等失衡动作，一个人独立操作时，拍摄范围也就不能像FPV穿越机航拍一样广泛。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种降低无人机单人操作的难度、保持平衡自稳飞行、与拍摄目标同时兼顾，使其拍摄目标对象时与FPV穿越机航拍一样广泛的以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法，包括独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D；所述独立通道A控制拍摄镜头转向目标对象所在经度、且确定相对于拍摄镜头的经度角；所述独立通道B控制拍摄镜头转向目标对象所在纬度、且确定相对于拍摄镜头的纬度角；所述独立通道A和独立通道B构建目标对象相对于拍摄拍摄镜头的经纬角坐标，再通过空间转换把经纬角坐标转化为三维空间矢量；所述独立通道C调整拍摄镜头的旋转角；所述独立通道D，用于控制无人机在第三步中，沿着三维空间矢量方向上的运动速度；所述三维空间矢量分解为无人机水平前进和后退方向的矢量一、无人机向左和向右方向的矢量二、无人机垂直上升和下降方向矢量三；所述独立通道D的运动速度按照矢量一、矢量二和矢量三的空间矢量有关系分别分解为矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度；所述矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数，所述矢量三速度作为自稳模式中油门通道参数，所述矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数；所述矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度控制无人机在三维空间中自稳飞行；所述独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D控制拍摄镜头定向拍摄的同时，可沿定向拍摄方向飞行运动。
进一步的，所述独立通道A控制无人机转向目标对象所在经度，所述独立通道B控制无人机转向目标对象所在纬度，所述独立通道C调整无人机的旋转角；所述独立通道A、独立通道B和独立通道C控制无人机转向目标对象。
本发明的有益效果是：
1. 实现了一个人只使用四个独立控制通道，即可独立操作有飞控自我稳定的无人机飞行动作在三维空间中运动的同时，完成对目标对象定向拍摄；
2. 在使用无人机自稳模式飞行的前提下，同时，实现了只有FPV穿越机航拍技术才能完成的镜头；
3. 降低了FPV穿越机飞行的操作难度，使用户不需要经过特别刻苦的训练，就能进行FPV穿越机飞行；
4. 解决了FPV穿越机飞行安全与定向拍摄的矛盾；减少了自稳飞行拍摄中的控制通道数量；也解决自稳飞行中，一个人操作者操作飞行不能与操作拍摄同时兼顾的矛盾。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法的实施例，包括独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D；独立通道A控制拍摄镜头转向目标对象所在经度、且确定相对于拍摄镜头的经度角；独立通道B控制拍摄镜头转向目标对象所在纬度、且确定相对于拍摄镜头的纬度角；独立通道A和独立通道B构建目标对象相对于拍摄拍摄镜头的经纬角坐标，再通过空间转换把经纬角坐标转化为三维空间矢量；独立通道C调整拍摄镜头的旋转角；独立通道D，用于控制无人机在第三步中，沿着三维空间矢量方向上的运动速度；三维空间矢量分解为无人机水平前进和后退方向的矢量一、无人机向左和向右方向的矢量二、无人机垂直上升和下降方向矢量三；独立通道D的运动速度按照矢量一、矢量二和矢量三的空间矢量有关系分别分解为矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度；矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数，矢量三速度作为自稳模式中油门通道参数，矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数；矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度控制无人机在三维空间中自稳飞行；独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D控制拍摄镜头定向拍摄的同时，可沿定向拍摄方向飞行运动。
独立通道A控制无人机转向目标对象所在经度，独立通道B控制无人机转向目标对象所在纬度，独立通道C调整无人机的旋转角；独立通道A、独立通道B和独立通道C控制无人机转向目标对象。
说明书中未详细说明的内容属于本领域技术人员熟知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法，其特征在于，包括独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D；所述独立通道A控制拍摄镜头转向目标对象所在经度、且确定相对于拍摄镜头的经度角；所述独立通道B控制拍摄镜头转向目标对象所在纬度、且确定相对于拍摄镜头的纬度角；所述独立通道A和独立通道B构建目标对象相对于拍摄拍摄镜头的经纬角坐标，再通过空间转换把经纬角坐标转化为三维空间矢量；所述独立通道C调整拍摄镜头的旋转角；所述独立通道D，用于控制无人机在第三步中，沿着三维空间矢量方向上的运动速度；所述三维空间矢量分解为无人机水平前进和后退方向的矢量一、无人机向左和向右方向的矢量二、无人机垂直上升和下降方向矢量三；所述独立通道D的运动速度按照矢量一、矢量二和矢量三的空间矢量有关系分别分解为矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度；所述矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数，所述矢量三速度作为自稳模式中油门通道参数；所述矢量一速度作为自稳模式中俯仰通道参数，所述矢量一速度、矢量二速度和矢量三速度控制无人机在三维空间中自稳飞行；所述独立通道A、独立通道B、独立通道C和独立通道D控制拍摄镜头定向拍摄的同时，可沿定向拍摄方向飞行运动。
2.根据权利要求1所述的以四通道实现FPV自由拍摄同时自稳飞行无人机控制方法，其特征在于，所述独立通道A控制无人机转向目标对象所在经度，所述独立通道B控制无人机转向目标对象所在纬度，所述独立通道C调整无人机的对准目标对象的正对旋转角度；所述独立通道A、独立通道B和独立通道C控制无人机转向目标对象。
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