TWI379702B - - Google Patents

Description

1379702 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種制遙控器之運動以控制遙控直昇機飛行的系 統及方法’尤指-種感測遙控器之運動向量而產生控制訊號，再經無 線傳輸將控觀號傳至-遙控直昇機上，進而難遙控直昇機之至少 一操縱機構的作動’俾能輕易且更為穩定控制遙控直昇機的飛行狀態 者。 【先前技術】 在無人飛機先進航電系統的研究領域中，Aut〇pil〇t是無人飛機 最重要_心技術，而㈣伽即穩定直昇機_同_器。換言 之，co-pilot是autopilot的一部份。再者，由於航空玩具（如遙控 版機或直昇機）飛行控制實屬不易，以致進人門檻以及所遭遇的障礙與 困難性相對較高，所以遙控航空玩具是專業玩家的纖，而非初 學者所能輕易踏入的門檻。 按’-般用以遙控玩具或是航空玩具多以傳統的RC遙控器為之， 以讓小朋友也可輕易地操控。現今對於物件（12〇)的遙控，如第七圖所 示。亥RC遙控器係利用—手持遙控裝置⑴〇)，以撥動上方操控桿⑴】) 之偏移’透過上下左右的間接感知操控模式，決定被遙控之物件（12〇) 所應產生的職雜方向，以達纟彳互動湖之裝置者。然而，習知技 術在三度空騎細分析理論和計算公式複雜，必須制高性能的我 入式系統演算手持控繼置的運動，成本和耗電量均居高不下因此， 該習用結構確實有解決改善的必要性。 關的專利前案，如本國新型專利第_4『遙 控機向控制、、，吉構』其主要係 一- 二、三舰馬達具有第_、二」、° —、一、二條馬達，第-、 辨由第三舰η & ―、二連動桿馳接於連動機構之連動座， 二一之作而得控制副翼前、後不同仰俯角度，藉由第 一 '-概馬達之動作，得控制副翼、主翼左右不同 -二三伺料達全㈣作，以控_翼升_柯高度。措 =¾用、、’。構雖可叫化結構而減輕重量，進而制軸輕巧、省 電功f ’惟其並無飛航協同控繼麟置，所以無法以感測之 飛打狀態與遠端傳輸之_命令進行比對而送出修正命令給各飼服馬 達，以令伺服馬達帶動相關之操縱機構進行相應_整輸出，使遙控 直昇機的射歡轉在所設定之絲^的__離預設航 線，故而該習用結構有改良的必要。 為改善刖述缺失，另有一種如本國發明第1233833『遙控直昇機 鲁之自動控制系統』的專利前案，其自動控制系統裝設在遙控直昇機上， 其包含-FPGA f路板及-感測元件；其中，該FpGA電路板燒錄有模 糊控制賴·狄演算電路喊，射PGA電雜相產生訊號並傳 送至遙控直昇機之各侧服馬達，俾控制域翼之葉#驗及油門出 力，藉以上設置，當操控遙控直昇機升空保持停懸並切換成自動控制 狀態後，系統中之感測元件會將遙控直昇機之機身姿態及飛行狀態訊 號傳送給FPGA電路板，而FPGA電路板接收訊號後’會進行模糊控制 計算並送出修正命令給各伺服馬達。 1379702 ' 該㈣結構職可以送祕正命令給各舰馬達，令遙控直昇機 ‘的機^穩錄持在所設定之姿態而不受氣流的擾動，惟其非以伽運 動向莖以產生控制訊號的方式來操控直昇機的飛行而是同樣採用此 遙控器’所以其在三度空間運動的分析理論和計算公式複雜故而必 須使用高性能桃人式系統演算手持控繼置的運動，因而使得成本 和耗電量均居高不下，因此’該習用結構確實有解決改善的必要性。 有鑑於上述習用的缺失，本發明人乃藉多年的研究經驗與學識積 #極投入研發，經不斷的實驗與研究’終得有應用於控制遙控直昇機的 技術成果。 【發明内容】 本發明主要储供-種_遙㈣之運動鱗継控直昇機飛行 的系統及方法，主要係以感測遙控器之_向量來產生控制訊號再 與所感測之飛行狀態做比對而送出修正命令給相關之操控機構，使遙 控直昇機得以穩定維持在所設定的飛行姿態，故而較不受氣流的擾動 #下而偏離航道’進而得以加速引導初學者進入遙控飛航領域的門權， 因而具有遙控飛賴單容易、操作省力、成本相賴低以及較為環保 節能省電等諸多特點。 為達成上述功效’本發明採用之技術手段係其係感測遙控器之運 動向量而產生控制訊號，再經無線傳輸將控制訊號傳至一遙控直昇機 上，進而操控遙控直昇機之至少-操縱機構的作動，以控制該遙控直 昇機的飛行狀態，其中，高度控制模組包含一高度感測器用以感測遙 控直昇機目前高度而產生-高度感測訊號，並將高度感測訊號與來自

Claims (1)

1379702 ' 補充修正曰期101年10月04曰 七、申請專利範圍： ’ ·· L 一種偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機飛行的系統，其係用 以產生運動感測訊遽，並依據该運動感測訊號而產生控制訊號，再經 由一無線傳輸模組將該控制訊號傳至一遙控直昇機上操縱模組，該操 縱模組再操控該遙控直昇機之至少一操縱機構的作動，進而控制該遙 控直昇機的飛行狀態，其包括： 一運動感測器，其設在一遙控器上，用以偵測該遙控器之運動向 鲁重而產生該運動感測訊號，該運動向量包括可分別相對X軸、γ軸及z 軸位移的第一、第二及第三運動向量，及可分別相對χ軸、γ軸及Z 軸旋轉的第四、第五及第六運動向量； -訊號處理單元’其設在-遙控||上，用崎該運械測訊號轉 換為該控制訊號，以遙控該遙控直昇機之飛行，該遙控器更包含一用 以儲存複數個修正係數的資料庫，卩供該訊號處理單元將該動感測 訊號乘以與該運城職號對應之娜正錄後轉換為該控制訊號； • 一控制器，其設在該遙控直昇機上； -设在該遙控直昇機上的贿協同控制手段，該麟協同控制手 段用以控綱聽_的作動，使該遙控直昇齡現穩定的飛行狀 態’使該遙㈣未對該遙控直昇機施㈣，該遙控直昇機仍保持穩定 飛行狀態，該飛行協同控制手段包括一位置控繼組，其包含一用以 感測該遙控直昇機位置變化的光學位置感測器，當該運動感測器產生 該第-運動向量或該第二運動向量時，該訊號處理單元則將減之該 運動感測訊號轉換為位置移動命令的該控制訊號，該控制器比較該光 1379702 補充修正日期101年10月04日 學位置感測器產生的位置訊號與該位置軸命令，該控制器再依據比 :較結果而輸Hx控繼操_構_整訊號，使該遙控直昇機所 處位置達到與該位置移動命令相符合的位置； 碰控繼組’其包含—高賴測㈣域峨遙控直昇機目 别局度而產生-高度感測訊號，#該運動感測器產生該第三運動向量 或該第四運動向量時，該峨纽單元騎相應之該運械測訊號轉 換為高度命令的該控制訊號，該控制器再將該高度感測訊號與來自該 ⑩遙控n之該高度命令做峨，而可雜_結果輸出—肋控制該操 縱機構作_觀㈣簡，使該赫直昇齡或輕無高度命令 相符合之高度；及 一方位減賴組’其包括有二個分職設在該遙㈣及該直# 機上的方位角感測器，用以感繼遙控直昇機與該遙控ϋ彼此間的2 位角而分別產生二方位減測訊號，該訊號處理單元解讀其一該方七 角感測訊號後產生-機頭方向命令的該控制訊號，該控制器將其二言 方位角感職號與該_方向命令做味，並依據比較絲而輸出_ 用以控制賴縱麟㈣—轉雜娜號，使麵雜肖達到與該名 頭方向命令姆合的方向’以㈣該雜直昇機的航向肖與該遙控署 的指向角維持在-相對角度，該方位減測模組更包含—ζ轴感分 I’用以提供-2滅_絲錄継中，轉為修正該操縱機系 轉迷控制訊號的依據，而可進—步穩定該遙控直昇機的機頭方向。 ^ 2·如請求項第1項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機名 行的系統，其中，該運動感測器係為陀螺儀或加速度計。 19 1379702 補充修正曰期101年10月〇4曰 -· @求項第1項所述之伽隨控器之運動以控制遙控直昇機飛 :行的系統二其中，所翻之該運動向量為該遙控器之六軸向量。 4·如明求項第1項所述之伽彳遙控器之運動以控制遙控直昇機飛 行的系統，其中，該高度感測器為超音波感測器。 5. 如明求項第1項所述之伽彳遙控H之運動以控f]遙控直昇機飛 打的系統，其中，該方位角感測器為磁感測器。 6. 如請求項第！項所述之侧遙控器之運動以控制遙控直昇機飛 鲁行的系統，其中，該操縱機構包括一主旋翼。 7·如凊求項第1項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機飛 行的系統，其中，該控制嚭係為一 pID控制器或模糊控制器。 8. —種偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機飛行的方法，其係用 以產生運動感測訊號，並依據該運動感測訊號而產生控制訊號，再經 由一無線傳輸模組將該控制訊號傳至一遙控直昇機之操縱模組上，再 由該操縱模組操控該遙控直昇機之至少一操縱機構的作動，以控制該 擊遙控直昇機的飛行狀態，其中，該運動向量包括可分別相對χ軸、γ 軸及Z軸位移的第一、第二及第三運動向量，及可分別相對χ軸、γ 軸及Ζ軸旋轉的第四、第五及第六運動向量，其包括： 將一運動感測器設在該遙控器上，以偵測該遙控器之運動向量而 產生該運動感測訊喊，該運動感測訊號包含該運動向量在一第一座標 系各座標軸之分量，該控制訊號包含一第二座標系各座標軸之分量， 當該訊號處理單元將該控制訊號傳送至一飛行協同控制手段後，該飛 行協同控制手段依據該控制訊號使該遙控直昇機於該第二座標系各座 20 1379702 補充修正日期101年10月04日 標軸之分量進行運動； 將一訊號處理單元設在一遙控器上，可將該運動感測訊號轉換為 該控制訊號，以遙控該遙控直昇機之飛行，該遙控器更包含一用以儲 存複數個修正係敫的資料庫，以供該訊號處理單元將該運動感測訊號 乘以與該運動感測訊號對應之該修正係數後轉換為該控制訊號； 將一控制器設在該遙控直昇機上； 提供一設在該遙控直昇機上的飛行協同控制手段，該飛行協同控 制手段用以控制讓操縱機構的作動，使該遙控直昇機呈現穩定的飛行 狀態’使該遙鮮未對該直昇機施控時，該遙控直昇機仍保持穩定飛 行狀態，該飛行協同控制手段包括一位置控制模組，其包含一用以感 測該遙控直昇雜置變化的光學位置感測H，倾運域卿產生該 第-運動向量或該第二運動向量時，該訊號處理單元則將相應之該運 動感測訊雜齡位置移動命令的該控制峨，當總獅接收到該 位置移動命令時，顯該光學位置感測器產生的位置訊號做比較，該 控制器依據比較結果而輸出一用以控制該操縱機構的調整訊號，使該 遙控直昇機所處錄逹職触置軸命令姆舍的位置上； 以=尚度控制模組之一高度感測器感測該遙控直异機目前高度而 產生-高度感麻號，當該運動感測器產生該第三運動向量或該第四 2向量時該訊號處理單π則將相應之該運動感測訊號轉換為高度 :的該控制鋪;’馳制ϋ縣該高度感槪號與來自該遙控器之 命令做比較，而可依據比較結果輸出—控職操縱機構作動的 、控制訊號，使該遙控直昇機升降至與該高度命令相符合之高度； 1379702 補充修正曰期101年10月04曰 及 ·、 .方位誠職_測該遙控直昇機與該遙控碰此間的方位 角而產生方位誠測訊號，其中，該方位角感測模組包括有二個分別 裝設在該遙控器及該遙控直昇機上的方位角感測器，而可分別產生二 方位角❹m號，賊聽料元解職—财位減酿號後產生 -機頭方向命令的該控制訊號，該控制器則將其二該方位角感測訊號 與該機向命令做比較，並依觀德果啸出—肋控制該操縱 鲁麵郎-轉速㈣峨，韻财位肖_触機财向命令相符 以控制該遙控直昇機的航向角與該遙控器的指向角維持在一相對角 度，該方位角感測模組更包含一 z軸感測器，用以提供一 2轴感測訊 號至該控制器中，以作為修正該操縱機構轉速控制訊號的依據，而可 進一步穩定該直昇機的機頭方向。 9.如μ求項帛8項所述之_遙㈣之獅雌制遙控直昇機飛 行的方法，其中，該運動感測器為陀螺儀或加速度計。 •如請求項第8項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機 飛行的方法’射，所侧之該運動向量賴遙控ϋ之六軸向量。 I如π求項第8項所述之偵測遙控II之運動以控制遙控直昇機 飛打的方法，其中，該高度感測H為超音波感測器。 12·如凊求項第8項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機 飛打的方法’其中’該方位祕測ϋ為磁感·。 丨3·如睛求項第8項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機 飛打的方法，其+，該操縱機構包括-主旋！^ 22 137^702 14.如請求項第 飛行的方法，其_， 補充修正曰期101年10月04日 8項所述之偵測遙控器之運動以控制遙控直昇機 該控制器係為一 PID控制器。 1379702 修正日期101年5月31日 八、圖式：

第一圖 1379702 修11:丨1期：01年5;131门

第二圖 1379702

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第六圖 1379702 修:K:丨斯：⑴丨丨（5 ,:〗31 ::

第七圖

第八圖