本發(fā)明屬于無人飛行器控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于控制無人飛行器的控制終端、控制方法及其無人飛行器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無人飛行器逐步進(jìn)入消費級市場，尤其是多旋翼飛行器，典型地，如四軸多旋翼飛行器，已經(jīng)成為實施航拍的首選設(shè)備。隨著應(yīng)用市場的進(jìn)一步細(xì)分，無人飛行器航拍領(lǐng)域，正從專業(yè)消費級無人飛行器中分離出日常消費級無人飛行器，出現(xiàn)了小型化、便攜化、操作簡單化的自拍無人飛行器。無人飛行器尤其是航拍飛行器已經(jīng)開始廣泛受到關(guān)注和普及，然而實際消費者使用過程中仍然在反映，航拍飛行器的操控還是太難，影響了航拍飛行器的市場前景。尤其是隨著消費級航拍無人飛行器市場的開發(fā)，更為普通的消費者，尤其是所謂的“小白”用戶其實并不那么關(guān)心控制范圍、控制精準(zhǔn)度、飛行速度、飛行高度等有關(guān)性能的問題。這些用戶有可能只需要解決在自身周邊3米到20米范圍內(nèi)，能夠建議的操控?zé)o人飛行器的飛行即可。然而，當(dāng)前的無人飛行器的控制方法是仍然普遍采用搖桿控制的方式，用戶需要在空間至少6個自由度的方向上，采用多個搖桿來輸入飛行控制指令，并且由于用戶與無人飛行器在物理上是分離的，所以用戶在控制無人飛行器時，還要具備能夠代入式的設(shè)想無人飛行器的空間位置的能力，只有這樣才能很好的控制飛行器。這樣的前提條件，導(dǎo)致無人飛行器的普及困難重重。

專利文獻(xiàn)CN205353766U公開一種基于手機操控的無人機控制系統(tǒng)包括客戶終端、數(shù)據(jù)端、無人機終端；所述客戶終端包括手機設(shè)備、電腦終端、顯示器，所述電腦終端通過連接手機設(shè)備與顯示器，完成數(shù)據(jù)的傳輸與操控，所述手機設(shè)備通過無線數(shù)據(jù)連接電腦終端，從而控制無人機設(shè)備；所述數(shù)據(jù)端包括數(shù)據(jù)中心和操控系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)中心通過連接電腦終端和無人機操控系統(tǒng)，完成人機交互，所述操控系統(tǒng)通過編程程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校對與調(diào)控；所述無人機終端包括無人機操控系統(tǒng)、移動傳感器、旋翼板塊、工作板塊，所述無人機操控系統(tǒng)通過連接移動傳感器完成信息的收集，通過連接數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)中心把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻艚K端。該專利通過智能手機使用4G網(wǎng)絡(luò)控制無人機的工作，使其在惡劣環(huán)境下能順利完成任務(wù)，同時通過攝像頭反饋到客戶終端的顯示器上。但該專利無法讓用戶以簡單的方式控制無人飛行器，特別是需要拍攝時，無法使得控制終端或智能手機以較為簡單的方法準(zhǔn)確控制無人飛行器起飛后拍攝方向、拍攝角度確定等操作，無法讓用戶可以像使用自拍桿那樣的使用航拍無人機，無法達(dá)到拍攝操作簡單、拍攝效果較好的目的。

專利文獻(xiàn)CN105469579A公開的一種體感遙控器包括：姿勢傳感器、控制器和第一無線數(shù)傳模塊，以及遙控器本體；所述姿勢傳感器、所述第一無線數(shù)傳模塊和所述控制器均設(shè)置在所述遙控器本體上，所述姿勢傳感器和所述第一無線數(shù)傳模塊均與所述控制器電連接；所述姿勢傳感器用于獲取所述遙控器本體的當(dāng)前位置的初始狀態(tài)信息，以及所述遙控器本體移動的移動信息，并傳遞給所述控制器；所述控制器用于根據(jù)所述初始狀態(tài)信息和移動信息，得到飛行指令，并通過所述第一無線數(shù)傳模塊將飛行指令發(fā)出。該專利使得操作者不需要再找體感遙控器的中心位了，降低對操控者的技術(shù)水平的要求，便于操控者操控。但該專利沒有考慮無人飛行器和遙控器之間距離對姿態(tài)參數(shù)以及無人飛行器飛行的影響，不能控制和調(diào)整無人飛行器和遙控器之間距離，以及不能在控制終端的坐標(biāo)下的姿態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上考量距離矢量參數(shù)對無人飛行器的飛行進(jìn)行處理，無法讓用戶以簡單的方式控制無人飛行器以適當(dāng)?shù)呐臄z距離實現(xiàn)理想的拍攝效果，因此無法讓用戶可以像使用自拍桿那樣的使用航拍無人機，無法達(dá)到拍攝操作簡單、拍攝效果較好的目的。

專利文獻(xiàn)CN105667775A公開的一種基于手機App的遙控微型航拍四旋翼飛行器，采用智能手機上的APP應(yīng)用作為遙控器，實現(xiàn)對四旋翼飛行器進(jìn)行控制，四旋翼飛行器包括四旋翼飛行器機身，所述四旋翼飛行器機身上還安裝有一號WIFI連接與數(shù)據(jù)傳輸模塊(1)、藍(lán)牙連接與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)、微型攝像頭(3)、航拍模塊(4)、主控制器(5)、電機驅(qū)動控制器(6)、三個加速度傳感器(7)和三個角速度傳感器(8)；一號WIFI連接與數(shù)據(jù)傳輸模塊(1)用于與手機的WIFI模塊進(jìn)行無線連接，接收航拍模塊(4)發(fā)送的視頻信號和圖片信號，通過無線向手機APP發(fā)送視頻信號和圖片信號，接收手機APP通過WIFI模塊發(fā)送的圖像拍攝控制信號；向航拍模塊(4)發(fā)送圖像拍攝控制信號；一號藍(lán)牙連接與數(shù)據(jù)傳輸模塊(2)用于與手機的藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線連接，接收手機App通過藍(lán)牙模塊發(fā)送的四旋翼飛行器機身的飛行速度、飛行姿態(tài)和飛行方向的控制命令，并將接收的命令傳輸給主控制器。該專利使用手機App控制代替了物理遙控器，減小了四旋翼的體積和重量，擴大了航拍的適用范圍，手機端分別通過藍(lán)牙向四旋翼飛行器傳輸控制指令，通過Wi-Fi技術(shù)接收無線圖傳數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)航拍的功能。但該專利沒有考慮無人飛行器和遙控器之間距離對姿態(tài)參數(shù)以及無人飛行器飛行的影響，不能控制和調(diào)整無人飛行器和遙控器之間距離，以及不能在控制終端的坐標(biāo)下的姿態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上考量距離矢量參數(shù)對無人飛行器的飛行進(jìn)行處理，無法讓用戶以簡單的方式控制無人飛行器以適當(dāng)?shù)呐臄z距離實現(xiàn)理想的拍攝效果，因此無法讓用戶可以像使用自拍桿那樣的使用航拍無人機，無法達(dá)到拍攝操作簡單、拍攝效果較好的目的。

因此，本領(lǐng)域急需要解決的技術(shù)問題在于，向普通消費者用戶提供一種設(shè)計簡便，操控容易的無人飛行器控制設(shè)備，主要是針對視距內(nèi)、距離近的航拍無人飛行器實施該控制方式，用戶可以像使用自拍桿那樣的使用航拍無人飛行器。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于控制無人飛行器的控制終端包括測量所述無人飛行器本體與控制終端之間距離參數(shù)的測距傳感器、測量所述控制終端姿態(tài)參數(shù)的姿態(tài)測量模塊和處理器，所述處理器基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送至所述無人飛行器本體。

優(yōu)選地，所述處理器設(shè)有矢量計算模塊，所述矢量計算模塊基于所述控制終端的位置矢量參數(shù)和所述距離參數(shù)生成所述無人飛行器本體位置參數(shù)。

優(yōu)選地，所述處理器將所述控制終端的姿態(tài)參數(shù)作為無人飛行器的姿態(tài)參數(shù)且發(fā)送所述無人飛行器本體。

優(yōu)選地，所述控制終端包括無線連接所述無人飛行器本體的無線通信設(shè)備。

優(yōu)選地，所述姿態(tài)測量模塊包括陀螺儀、加速度計、磁傳感器和霍爾傳感器中的一個或多個，所述姿態(tài)參數(shù)包括繞三維坐標(biāo)軸的角度參數(shù)和三維坐標(biāo)的位置參數(shù)中的一個或多個。

優(yōu)選地，所述無人飛行器本體設(shè)有用于拍攝圖像的拍攝設(shè)備，當(dāng)所述拍攝設(shè)備進(jìn)行自拍時，所述處理器基于所述姿態(tài)參數(shù)生成所述拍攝設(shè)備的鏡頭始終指向所述控制終端的控制命令。

優(yōu)選地，所述控制終端設(shè)有用于輸入指令的實體或者虛擬鍵盤和/或撥輪。進(jìn)一步地，實體或者虛擬鍵盤和/或撥輪調(diào)節(jié)控制終端和無人飛行器之間的距離。

優(yōu)選地，所述控制終端設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述測距傳感器和/或姿態(tài)測量模塊測量頻率的變頻調(diào)節(jié)模塊使得所述測距傳感器和/或姿態(tài)測量模塊按照預(yù)定頻率實時刷新。

優(yōu)選地，所述控制終端為智能手機或飛行遙控器、所述處理器包括CPU、RAM和內(nèi)存、所述測距傳感器為無線測距傳感器、所述姿態(tài)測量模塊包括三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計、所述拍攝設(shè)備為CCD相機、和/或所述無線通信設(shè)備包括具有不同優(yōu)先級的無線局域網(wǎng)通信設(shè)備、平流層通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中的一個或多個。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種使用所述的用于控制無人飛行器的控制終端的控制方法包括以下步驟。

第一步驟中，所述控制終端與無人飛行器本體建立通信連接。

第二步驟中，所述控制終端對準(zhǔn)無人飛行器本體，測距傳感器測量所述無人飛行器本體與控制終端之間距離參數(shù)和姿態(tài)測量模塊測量所述控制終端的姿態(tài)參數(shù)。

第三步驟中，所述處理器基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送所述無人飛行器本體。

優(yōu)選地，在第三步驟中，所述控制指令包括由所述控制終端輸入的距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，所述姿態(tài)參數(shù)與所述控制終端的姿態(tài)參數(shù)相應(yīng)。

本發(fā)明的又一方面，一種無人飛行器控制系統(tǒng)，其包括基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)的控制指令生成器，所述控制指令生成器無線連接所述的于控制無人飛行器的控制終端。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使得本發(fā)明的技術(shù)手段更加清楚明白，達(dá)到本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照說明書的內(nèi)容予以實施的程度，并且為了能夠讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，下面以本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行舉例說明。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選的具體實施方式中的詳細(xì)描述，本發(fā)明各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于控制無人飛行器的控制終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于控制無人飛行器的控制終端的三維坐標(biāo)系的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于控制無人飛行器的控制終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于控制無人飛行器的控制終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的使用所述控制終端的控制方法的步驟示意圖。

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的具體實施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的具體實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

需要說明的是，在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可以理解，技術(shù)人員可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名詞的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。說明書后續(xù)描述為實施本發(fā)明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個附圖并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。

圖1為本發(fā)明的一個實施例的用于控制無人飛行器的控制終端的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實施例將結(jié)合圖1進(jìn)行具體說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例提供了一種用于控制無人飛行器的控制終端，用于控制無人飛行器的控制終端包括測量所述無人飛行器本體與控制終端1之間距離參數(shù)的測距傳感器2、測量所述控制終端1姿態(tài)參數(shù)的姿態(tài)測量模塊3和處理器4，所述處理器4基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送至所述無人飛行器本體。

實施例中，無人飛行器本體是無人飛行器的本體部分，無人飛行器簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”(unmanned aerial vehicle)，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術(shù)角度定義可以分為：無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。

本發(fā)明實施例中優(yōu)選的無人飛行器為多旋翼無人飛行器，多旋翼無人飛行器可以是四旋翼、六旋翼及旋翼數(shù)量大于六的無人飛行器。

本發(fā)明技術(shù)方案采用的無人飛行器主要是指小、微型多旋翼無人飛行器，這種無人飛行器體積小、成本低、飛行穩(wěn)定性較好，飛行成本低等。本發(fā)明使用的飛行器，典型的以四軸多旋翼飛行器為代表。因此，在一個實施例中，無人飛行器本體可以例如是多旋翼無人飛行器本體。

本發(fā)明實施例優(yōu)選的是，控制終端1是手持設(shè)備，典型的可以使用常見的智能手機，當(dāng)然也可以是專門設(shè)計的飛行遙控器，只要該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送所述無人飛行器本體，該設(shè)備的具體載體不受限制。本發(fā)明的控制終端1解決了兩個問題，第一個問題是解決了控制終端1與無人飛行器本體之間的距離感應(yīng)；第二個問題是解決了控制終端1的空間姿態(tài)判斷，并轉(zhuǎn)換成無人飛行器的飛行目的地。下面依次對上述問題進(jìn)行說明，由于現(xiàn)在常用的智能手機已經(jīng)基本能夠滿足本發(fā)明的物理硬件需求，下面的實施例以特定的智能手機作為控制終端1來控制無人飛行器本體的飛行為例來進(jìn)行。

首先，手機上具有非常多的傳感器，包括測距傳感器2，通常的測距傳感器的原理是大同小異的，一般是通過發(fā)射一段特定頻率的波，然后根據(jù)接收到的反射波的時間來判斷距離。此外，還可以通過GPS定位的方式來判斷兩個具有GPS模塊的設(shè)備之間的距離。不過上述測距傳感器的方式，主要針對的是不特定對象，而GPS的方式，精度不高。對于本發(fā)明來說，優(yōu)選采用無線通信測距的方式，原理其實也是類似的，通過測定無線信號的傳遞時間來判斷距離。具體到用手機控制無人飛行器的情況而言，可以通過建立在手機與無人飛行器本體之間的無線通信信號來回傳輸?shù)臅r間去判斷距離，還可以通過接收方感應(yīng)到的發(fā)射放的信號衰減程度來判斷距離，具體算法比如可以是基于WIFI的RSSI算法等。鑒于這些具體的距離測定方法，不是本申請方案的重點，在此不再贅述。另外，上述的無線通信方式可以是多樣的，無論是利用藍(lán)牙、紅外、還是其他通信協(xié)議，只要能實現(xiàn)距離感應(yīng)都是可以的。最后，由于本發(fā)明主要解決的問題是飛行控制操作的便攜性，而并非提供一種高精準(zhǔn)度的無人飛行器控制方式，所以，雖然無論GPS、WiFi通信等哪種方式來說，對于距離的測定是存在一定誤差的，但是對于本發(fā)明這樣主要關(guān)注操作手感的情況而言，并且其應(yīng)用領(lǐng)域主要是集中在視距內(nèi)、近距離等應(yīng)用情況，所以這些測距傳感器2的誤差是在可容忍范圍之內(nèi)的。

智能手機利用霍爾傳感器、IMU等成熟的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對自身姿態(tài)的監(jiān)測，這種技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且廣泛應(yīng)用在各種APP或者手機游戲里。通過姿態(tài)的監(jiān)測，能夠輕易并且高速的判斷出智能手機當(dāng)前的朝向。

如圖2所示的用于控制無人飛行器的控制終端的三維坐標(biāo)系的示意圖，智能手機為常見的扁平長方體狀，此時長方形部分平面XaYa上X代表長度，Y代表寬度。而長方形的厚度則是手機的厚度，用Za來表示該矢量所處的坐標(biāo)系。那么在本發(fā)明中，實際上是將該智能手機當(dāng)做一個指向無人飛行器本體的當(dāng)無人飛行器本體處于用戶正上方的時候，則在開始時相當(dāng)于一個指向Z軸正方向的遙控器而使用操作。舉例來說，當(dāng)用戶手持智能手機，并與無人飛行器已經(jīng)通過驗證完成連接之后，用戶手持的智能手機相當(dāng)于一個無人飛行器的遙控器，假設(shè)該用戶握持智能手機，使得該智能手機處于直立狀態(tài)，也即X軸與重力方向平行，且X軸正向朝向天空的狀態(tài)，并且此時用戶控制該狀態(tài)下的智能手機正好對準(zhǔn)了空中飛行的無人飛行器。當(dāng)用戶確認(rèn)當(dāng)前已經(jīng)對準(zhǔn)無人飛行器的時候，此時用戶在智能手機上給出相應(yīng)的確認(rèn)指令，表示該智能手機已經(jīng)可以作為一個遙控器與無人飛行器進(jìn)行了通信連接或鎖定。此時通過上述距離和姿態(tài)測量，可以感知無人飛行器與智能手機之間的距離，以及智能手機的姿態(tài)變化，基于智能手機的姿態(tài)變化以及上述監(jiān)測得到的智能手機與無人飛行器之間的距離參數(shù)，那么就能計算得出，用戶希望無人飛行器前往的目的地，并將該目的地參數(shù)轉(zhuǎn)換成飛行控制指令，將該飛行控制指令發(fā)送給無人飛行器，要求無人飛行器飛行到該目的地處。此時，當(dāng)用戶用智能手機的X軸對準(zhǔn)無人飛行器并實施對碼確認(rèn)之后，相當(dāng)于構(gòu)成了一個智能手機與無人飛行器組成的虛擬連桿，用戶只需要通過改變手持的智能手機的姿態(tài)和朝向，就能向無人飛行器發(fā)出飛行控制指令，并且這種控制方式對于普通用戶來說，是非常直觀和易理解的。

如圖3所示，本發(fā)明的一個實施例提供了一種用于控制無人飛行器的控制終端，用于控制無人飛行器的控制終端包括測量所述無人飛行器本體與控制終端1之間距離參數(shù)的測距傳感器2、測量所述控制終端1姿態(tài)參數(shù)的姿態(tài)測量模塊3和處理器4，所述處理器4基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送所述無人飛行器本體，其中，所述處理器4設(shè)有矢量計算模塊5，所述矢量計算模塊5基于所述控制終端的位置矢量參數(shù)和所述距離參數(shù)生成所述無人飛行器本體位置參數(shù)。矢量計算模塊5可以是基于三維矢量的計算單元，在運動學(xué)中，基于一個三維位置的矢量以及距離參數(shù)可以獲得另一個三維位置的矢量參數(shù)即位置參數(shù)，在一個實施例中，所述矢量計算模塊5是一種坐標(biāo)變換計算模塊。

為了便于理解，上述以XYZ軸為例進(jìn)行的說明，但是實際使用過程中，也并非一定要用戶將X軸正向設(shè)定為遙控方向，可以根據(jù)實際使用情況來適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。比如可以在該控制開始的最初，所檢測到的無人飛行器本體與控制終端1之間的虛擬連接線，即距離矢量，將其設(shè)定為虛擬連桿方向N。此時控制終端1本身的XYZ軸是否與N軸重合一致并不那么重要，因為在本操控下，主要依據(jù)的是控制終端1自身姿態(tài)的變化情況，而并非某種特定的姿態(tài)本身。只要用戶虛擬確認(rèn)了此時控制終端1作為一個遙控裝置是指向無人飛行器，那么控制終端1只需要計算之后控制終端1本身姿態(tài)的變化情況以及控制終端1與無人飛行器之間的距離，就能簡便的計算得出空間范圍內(nèi)，無人飛行器的飛行目的地。如此，對于用戶來說，操控起來更加方便，用戶在此時甚至都不用另行去理解和驗證手持遙控設(shè)備的當(dāng)前朝向，就可以直接通過改變手持控制終端1的朝向來調(diào)整無人飛行器的空間位置。

在上述距離和姿態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測的基礎(chǔ)下，實際上建立了一個以無人飛行器的控制終端1為中心的一個坐標(biāo)系，此時利用虛擬連桿軸N以及距離數(shù)據(jù)d能夠唯一確定一個飛行目的地，實際上該飛行目的地就是在以遙控器為原點O的空間坐標(biāo)系下，N軸正向方向上，距離原點為d的那個點。無論是在室外環(huán)境下使用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)來確定飛行目的地，還是在室內(nèi)環(huán)境下無衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)使用慣性制導(dǎo)、無線定位等其他方式來確定無人飛行器的飛行目的地的技術(shù)背景下，只要能夠計算出控制終端1在中心位置的姿態(tài)變化，加上距離數(shù)據(jù)d就能唯一確定無人飛行器的飛行目的地。

在一個實施例中，所述處理器4將所述控制終端1的姿態(tài)參數(shù)作為無人飛行器的姿態(tài)參數(shù)且發(fā)送所述無人飛行器本體。也就是說，用戶手持控制終端做出如俯仰、翻滾和偏轉(zhuǎn)等動作，姿態(tài)測量模塊3測量到所述動作的姿態(tài)參數(shù)發(fā)送到無人飛行器本體，所述無人飛行器本體局域所述姿態(tài)參數(shù)也做出相同的動作，因此，用戶可以很方便地操控?zé)o人飛行器本體。

在一個實施例中，所述姿態(tài)測量模塊3包括陀螺儀、加速度計、磁傳感器和霍爾傳感器中的一個或多個，所述姿態(tài)參數(shù)包括繞三維坐標(biāo)軸的角度參數(shù)和三維坐標(biāo)的位置參數(shù)中的一個或多個。在一個實施例中，所述陀螺儀為MEMS陀螺儀、所述加速度計為MEMS加速度計,其中，可以使用MEMS(Micro Electro Mechanical System)微機電系統(tǒng)陀螺儀傳感器跟蹤并捕捉控制終端1在三維空間中的運動。該陀螺儀由一塊封裝而成的芯片組成，當(dāng)驅(qū)動信號加載于驅(qū)動電容片時，金屬片將產(chǎn)生振動，當(dāng)控制終端1發(fā)生偏轉(zhuǎn)、傾斜時，由于科里奧利力的作用，金屬片在X、Y、Z軸產(chǎn)生偏移，專用電路能感知這些微小的轉(zhuǎn)動角速度，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以完成對轉(zhuǎn)動、偏轉(zhuǎn)等動作的測量，此類陀螺儀被稱為三軸陀螺儀傳感器，且配合MEMS加速度計以達(dá)到更精確的捕捉控制終端1姿態(tài)的目的。MEMS陀螺儀和加速度計集成在一起稱為六軸組合傳感器。而更進(jìn)一步地，控制終端1配置陀螺儀+加速度計+磁傳感器作為九軸組合傳感器。此類陀螺儀組合均是為了更加準(zhǔn)確獲取控制終端1姿態(tài)，以及向無人飛行器本體發(fā)送精確的控制指令。

本發(fā)明實施例優(yōu)選的是，所述無人飛行器本體設(shè)有用于拍攝圖像的拍攝設(shè)備，當(dāng)所述拍攝設(shè)備進(jìn)行自拍時，所述處理器4基于所述姿態(tài)參數(shù)生成所述拍攝設(shè)備的鏡頭始終指向所述控制終端1的控制命令。無人飛行器的鏡頭朝向可以是通過專門的一組控制鍵來進(jìn)行調(diào)整。另外，對于本實施例來說，還可以優(yōu)選是，通過利用上述飛行控制方案中得知的控制終端1的姿態(tài)變化情況，然后控制無人飛行器的鏡頭始終朝著用戶，完美模擬了自拍效果。在一個實施例中，當(dāng)所述拍攝設(shè)備進(jìn)行自拍時，所述控制指令中，無人飛行器本體的偏航角等于控制終端1的偏航角加上大致180度。當(dāng)所述拍攝設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝時，所述控制指令中，所述無人飛器本體的航向角等于控制終端1的航向角加上時間乘以常數(shù)，俯仰角等于控制終端1的俯仰角加上時間乘以常數(shù)。

在一個實施例中，所述控制終端1設(shè)有用于輸入指令的實體或者虛擬鍵盤和/或撥輪。N軸上的距離d是可以通過控制終端1的輸入來實時改變的，當(dāng)然也可以是基于一個預(yù)設(shè)值。對于自拍無人飛行器本體來說，這個預(yù)設(shè)值比如可以是5米，這樣相當(dāng)于用戶通過本發(fā)明來控制無人飛行器時，無人飛行器本體始終保持距離用戶5米的距離，然后依據(jù)用戶手中遙控設(shè)備的姿態(tài)來改變其具體空中的位置。

用戶也可以通過設(shè)置在遙控設(shè)備上的實體或者虛擬鍵盤或者撥輪等控制鍵來調(diào)整上述數(shù)據(jù)，比如可以將5米的距離數(shù)值改成3米或者10米。

在一個實施例中，無人飛行器的飛行速度和飛行高度范圍可以是受限的，從而確保其飛行安全。另外，鑒于無人飛行器的安全考慮，可以使用無線雷達(dá)等避障技術(shù)，解決低速情況下的碰撞隱患。

如圖4所示，本發(fā)明的一個實施例提供了一種用于控制無人飛行器的控制終端，用于控制無人飛行器的控制終端包括測量所述無人飛行器本體與控制終端1之間距離參數(shù)的測距傳感器2、測量所述控制終端1姿態(tài)參數(shù)的姿態(tài)測量模塊3、處理器4和用于無線連接所述無人飛行器本體的無線通信設(shè)備6，所述處理器4基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送所述無人飛行器本體。

本發(fā)明施例中優(yōu)選的是，所述無線通信設(shè)備6由具有不同優(yōu)先級的無線局域網(wǎng)通信設(shè)備、平流層通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中的一個或多個組成。無線局域網(wǎng)通信設(shè)備可以是藍(lán)牙、ZigBee或Wi-Fi器中的一個，無線局域設(shè)備可通過2.4GHz通信頻率建立短距離通信，在室內(nèi)或低速移動的室外環(huán)境會優(yōu)選該設(shè)備建立控制終端1和無人飛行器本體之間的通信連接。平流層通信設(shè)備一般用充氦飛艇、氣球作為安置轉(zhuǎn)發(fā)站的平臺，平臺高度距地面17km～22km，無人飛行器在大范圍野外飛行時，可以優(yōu)選平流層通信建立控制終端1和無人飛行器本體之間的通信連接。衛(wèi)星通信設(shè)備利用衛(wèi)星通信信道建立控制終端1和無人飛行器本體之間的通信連接，一般是在無其他可用無線通信網(wǎng)絡(luò)的情況下，會使用衛(wèi)星通信器，作為應(yīng)急通信。在一個實施例中，依據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)成本或無線網(wǎng)絡(luò)接入速度，選擇無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明設(shè)計以下為優(yōu)先級方案，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)：優(yōu)先級為0；平流層通信網(wǎng)絡(luò)：優(yōu)先級為1；衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)：優(yōu)先級為2；優(yōu)先級別0-2，所選擇無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級由高到低，即如果同時存在多種無線信號，且信號強度有效時，控制終端1和無人飛行器本體之間的無線通信會首先選擇Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)作為無線接入網(wǎng)絡(luò)，依次類推。優(yōu)選地，無線通信設(shè)備對2G、3G和4G移動網(wǎng)路通信設(shè)定優(yōu)先級，其中，4G優(yōu)先級大于3G，3G的優(yōu)先級大于2G。

本發(fā)明施例中優(yōu)選的是，所述控制終端1設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述測距傳感器2和/或姿態(tài)測量模塊3測量頻率的變頻調(diào)節(jié)模塊7使得所述測距傳感器2和/或姿態(tài)測量模塊3按照預(yù)定頻率實時刷新。如上所述，按照一定的頻率實時刷新和監(jiān)測如智能手機的控制終端1姿態(tài)參數(shù)和距離參數(shù)，并且適當(dāng)?shù)脑O(shè)置該頻率，就能不斷的向無人飛行器給出下一個飛行目的地的數(shù)據(jù)，而無人飛行器則能夠根據(jù)該飛行目的地的坐標(biāo)完成有序飛行。所以，從實際操控效果來看，就好像在智能手機所充當(dāng)?shù)倪b控器與其所控制的無人飛行器之間有一根虛擬的連桿，無人飛行器隨著遙控器的姿態(tài)和位置改變，不斷的實施飛行，這樣的控制方式，對于普通用戶來說，就好像是在使用一根虛擬的自拍桿，自拍桿的攝像部分是無人飛行器，自拍桿的手持部分就是無人飛行器的控制裝置，而自拍桿中間的連桿，則是虛擬的。

在一個實施例中，所述控制終端1為智能手機或飛行遙控器、所述處理器4包括CPU、RAM和內(nèi)存、所述測距傳感器2為無線測距傳感器、所述姿態(tài)測量模塊3包括三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計、所述拍攝設(shè)備為CCD相機、和/或所述無線通信設(shè)備6包括具有不同優(yōu)先級的無線局域網(wǎng)通信設(shè)備、平流層通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中的一個或多個。

在一個實施例中，控制終端1可以是無人飛行器的無線電遙控設(shè)備，例如，控制終端1可包括無人飛行器飛行控制臺用于控制無人飛行器本體1的飛行。進(jìn)一步地，控制終端1也可以是用戶移動設(shè)備，諸如手機、pad等個人移動終端，又如在一個實施例中，所述用戶終端1為智能手機，所述處理器4包括CPU、RAM和內(nèi)存，所述處理器4實時更新姿態(tài)參數(shù)和距離參數(shù)。在本發(fā)明實施例中優(yōu)選地，所述處理器4可編譯、組織或分析內(nèi)存中的數(shù)據(jù)以執(zhí)行對數(shù)據(jù)的計算分析。所述處理器4以包括通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、模擬電路、數(shù)字電路、及其組合、或其他已知或以后開發(fā)的處理器。

在一個實施例中，所述處理器4作為智能手機的核心處理模塊，負(fù)責(zé)多任務(wù)調(diào)度，包括訪問姿態(tài)測量模塊、訪問無線通信設(shè)備和測距傳感器數(shù)據(jù)處理等等。所述處理器4可包括存儲器，存儲器可以是易失性存儲器或非易失性存儲器。存儲器可以包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃存儲器、電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM或其它類型的存儲器。

在一個實施例中，用戶終端2提供用戶操作界面，完成一鍵拍攝模式設(shè)定，例如：“自拍模式”，將手機各實時傳感器參數(shù)發(fā)送至無人飛行器。處理器4可包括媒體流處理模塊，其接收無人飛行器本體回傳的視頻或圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)行解壓、解碼處理，將圖像或視頻內(nèi)容呈現(xiàn)至用戶。無線通信設(shè)備6主要負(fù)責(zé)通過各類無線通信網(wǎng)絡(luò)建立與無人飛行器之間的通信路由，發(fā)送的無人飛行器飛行控制信號和各類應(yīng)用層指令消息；同時接收無人飛行器采集的視頻、音頻、傳感器數(shù)據(jù)以及其他應(yīng)用信息。

圖5為本發(fā)明的另一個實施例的使用用于控制無人飛行器的控制終端的控制方法的步驟示意圖，本發(fā)明實施例將結(jié)合圖5進(jìn)行具體說明。

如圖5所示，控制方法包括以下步驟。

第一步驟S1中，所述控制終端1與無人飛行器本體建立通信連接。

第二步驟S2中，所述控制終端1對準(zhǔn)無人飛行器本體，測距傳感器2測量所述無人飛行器本體與控制終端1之間距離參數(shù)和姿態(tài)測量模塊3測量所述控制終端1的姿態(tài)參數(shù)。

第三步驟S3中，所述處理器4基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)生成控制指令并發(fā)送所述無人飛行器本體。

在一個實施例中，在第三步驟S3中，所述控制指令包括由所述控制終端1輸入的距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，所述姿態(tài)參數(shù)與所述控制終端1的姿態(tài)參數(shù)相應(yīng)。

本發(fā)明的一種無人飛行器控制系統(tǒng)，其包括基于所述距離參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)的控制指令生成器，所述控制指令生成器無線連接所述的于控制無人飛行器的控制終端。

盡管以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說明書的啟示下和在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。