CN105539874A - 一种无人机手抛起飞方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机手抛起飞方法及系统，该方法包括如下步骤：用户触发无人机，使无人机进入预抛起状态，无人机进入预抛起状态的同时，无人机内部计时器开始自动倒计时，无人机通过检测其自身运动的加速度值G和竖直向上速度值V自动判断是否开启旋翼，进行起飞；该系统包括飞行控制器及与其连接的加速度传感器、计时器、警示装置，飞行控制器控制无人机旋翼启动。与现有机械式遥控起飞方式相比，本发明整个起飞过程完全不需要遥控器，可实现无人机快速、便捷起飞，人机互动智能化，方便用户操作，提升了用户体验，便于推广使用。另外，本发明能够有效地避免手抛无人机起飞时可能对用户产生的人身伤害，有效地保障人身安全。

Description

一种无人机手抛起飞方法及系统

技术领域

本发明涉及一种手抛式小型无人机技术领域，更为具体来说，涉及到无人机起飞方法，是一种无人机手抛起飞方法及系统。

背景技术

传统的多旋翼无人机起飞，一般采用遥控起飞的方式。即，将多旋翼无人机放在地上，专业的操作人员通过遥控器远程控制无人机起飞。但是，这种遥控起飞的方式必须要控制起飞过程中无人机的姿态平衡、油门大小等必要因素，才能实现无人机正常、安全的起飞。遥控起飞方法需要专业人员手动控制许多因素，因此操作人员必须经过专业的培训、练习、考核才具备控制无人机起飞的能力，以保证无人机成功、安全地起飞。

从上述内容可以看出：遥控起飞的方式对用户的要求过高，操作过程过于复杂，而且起飞过程完全依靠手动遥控操作，智能化程度非常的低。另外，遥控起飞需要一定的起飞空间和场地，这对于无人机的某些应用场合是无法实现的，因而遥控起飞限制了无人机的使用范围，浪费了无人机优越的功能。

因此，获得一种智能化、自动化、便于操作、稳定性好、安全性高的无人机起飞方法或者起飞装置成为了本领域技术人员始终研究的重点和追求的目标。

发明内容

为解决现有无人机起飞对用户操作技能要求高、起飞成功率低、稳定性差、安全性差等诸多缺陷，本发明提供了一种无人机手抛起飞方法及系统，实现智能化、自动化控制无人机起飞的技术目的，而且起飞过程中避免了对人或者无人机机体的伤害。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种无人机手抛起飞方法，该方法包括如下步骤，

步骤一：用户触发无人机，使无人机进入预抛起状态；无人机进入预抛起状态的同时，无人机内部计时器开始自动倒计时；

步骤二：无人机通过检测其自身加速度值G和竖直向上速度值V自动判断是否开启旋翼，进行起飞。

本发明的无人机手抛起飞方法具有智能化、自动化、便捷性好、可靠性高等特点，用户无需经过专门训练即可顺利地、熟练地操作无人机起飞，本发明适用范围更广，而且安全系数也非常高，保护用户免受伤害。

本发明创新地采用了加速度值和速度值结合的方式判断无人机实时所处的状态，这种方式对于判断是否准备起飞及具体起飞时机更为精准，出错率极低、几乎为零，完全满足了用户对于无人机智能抛飞的需要。

进一步地，步骤二中，无人机利用检测得到的加速度值G和竖直向上速度值V判断是否开启旋翼，若G≠0,则说明无人机受到外力作用，若同时满足G等于0、初始竖直向上速度值V₀大于阈值Vt且竖直向上速度值V由大到小变化至旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制开启旋翼，无人机空中起飞；其中，所述加速度G为地球坐标系加速度。

进一步地，步骤二中，若无人机检测到的加速度G等于0且初始竖直速度值V₀大于等于阈值Vt，则无人机由用户手中抛出、进入空中起飞模式。

本发明可解决起飞过程中遇到的某些特殊情况，如抛出后立刻抓回、抛出后的上升过程中遇到障碍物等问题，而一旦无人机受到外力，加速度传感器就会实时感应到，得出实时G≠0，因此可以通过判断加速度值G是否为0的方式可完全避免上述可能产生对用户或者无人机造成的伤害，提高了手抛起飞的安全性。

进一步地，无人机进入所述空中起飞模式后，若无人机检测到的加速度G等于0且竖直向上速度值V等于旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制旋翼启动，无人机空中起飞。

进一步地，所述旋翼启动速度值为0或1/6*V₀，其中在旋翼启动速度为1/6*V₀情况下，无人机由用户手中抛出进入空中起飞模式时，记录并存储无人机检测到的初始竖直速度值V₀，待速度降为1/6*V₀时旋翼启动。

一般来说，旋翼的开启具有一定的延迟，本发明优选V值减小至1/6V₀时，无人机飞行控制器自动开启旋翼，即提前给予旋翼启动信号，具有能够更好地实现无人机起飞、提高无人机起飞成功率的技术效果。

进一步地，步骤一中，为更便捷地使无人机进入预抛起状态，提高本发明的智能化和便捷性，用户触发无人机进入预抛起状态的方式为连续拍打无人机机体三下，若无人机在预设时间内检测到的加速度信号有连续三个脉冲信号，则飞行控制器判断无人机进入预抛起状态。

进一步地，所述预设时间为1秒至3秒区间内的任意值；脉冲信号幅值大于等于2.5g时有效；加速度信号通过四阶butterworth数字滤波器滤波，该滤波采样频率为8000hz、截止频率为30hz；g为重力加速度值。

进一步地，无人机预抛起状态计时时长为预先设定值，所述计时时长结束且无人机未起飞，则飞行控制器控制无人机退出预抛起状态。

进一步地，无人机进入预抛起状态时，无人机通过发出预抛起警示信号提醒，为提高无人机的警示效果，使用户更容易地注意到无人机进入了预抛起状态，所述预抛起状态警示信号为灯光信号和/或声音信号。

本发明的另一个发明目的在于提供一种无人机手抛起飞系统，包括无人机机体及其内部的飞行控制器，该系统还包括分别与飞行控制器连接的加速度传感器、计时器、警示装置，飞行控制器控制无人机旋翼启动；为提高本发明手抛起飞系统的判断精度和集成度，所述飞行控制器为飞行控制处理芯片，计时器为飞行控制处理芯片计时模块，加速度传感器为压阻式传感器。

用户将无人机抛出后，本发明的手抛起飞系统具有能够使无人机自动判断是否起飞及起飞时机的效果，并对无人机的工作状态进行明显地提示，具有便捷性好、起飞稳定性高、安全性高等优点。

本发明的有益效果为：与现有机械式遥控起飞方式相比，本发明实现了用户用手将无人机抛到空中达到无人机起飞的目的，抛出后的无人机在空中自动智能检测、判断后启动，最终飞行停留空中，整个起飞过程完全不需要遥控器，本发明能够实现无人机快速、简单、便捷起飞，起飞方式更加灵活，人机互动智能化，方便用户操作，提升了用户体验，便于推广和使用，利于扩大产品的市场。另外，本发明能够有效地避免手抛无人机起飞时可能对用户产生的人身伤害，有效地保障人身安全。

附图说明

图1为无人机手抛起飞方法流程图。

图2为无人机手抛起飞原理流程图。

图3为无人机手抛起飞系统组成框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的无人机手抛起飞方法以及手抛起飞系统进行详细的解释和说明。

本发明的手抛起飞的方法，即通过人手将无人机抛向空中，无人机在空中智能识别起飞时机，然后在空中启动后进入正常飞行状态。整个过程，用户只需触发、抛起两个动作，即可顺利完成无人机的起飞。

如图1、2、3所示，一种无人机手抛起飞方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：用户触发无人机、使无人机处于预抛起状态，也就是让无人机做好起飞的准备，等待用户下一步的操作；具体的触发方式本领域技术人员可根据需要选择，本实施例中，优选的触发方式为连续拍打无人机机体两下以上，比如，当无人机内部的加速度传感器在预设时间内检测到连续的三个强烈的脉冲信号时，则判断出无人机需要进入抛飞预备模式，也就是预抛起状态，并将抛飞预备信号发送给无人机飞行控制器，预设时间优选为1秒至3秒区间内的任意值，“强烈的脉冲信号”可理解为大于等于2.5g的脉冲信号，此时的脉冲信号为有效信号，g为重力加速度值。当然，本发明也可以直接按下无人机上专门设置的触发按钮，按下触发按钮即给了飞行控制器一个触发信号，这两种方式可选择一种，也可以同时使用，同时使用有利于增加本发明的安全性。

触发动作发生、无人机进入预抛起状态，也给了飞行控制器一个触发信号，飞行控制器控制无人机内部计时器自动倒计时、警示装置发出警示信号，本发明中优选的预抛起状态警示信号为闪烁的灯光信号、声音信号，两者可选择其一或者兼用，同时使用提示效果更好，本实施例中无人机内部计时器的预抛起状态计时时长为预先设定值，所述计时时长结束且无人机未起飞，则飞行控制器控制无人机退出预抛起状态，或者说，倒计时结束后，无人机会自动退出抛飞预备模式，本实施例中，预先设定的预抛起状态倒计时时长为5至10秒中的任意值，如重新需要抛飞，须再次启动抛飞预备模式，倒计时时长可根据用户选择而设置，针对老人、中年人、儿童或者其他类人群，可按照实际需要而合理设定，如针对中年人，可选择7秒的倒计时时长；需要指出的是，本发明的计时工具也可采用飞行控制器内部的计时程序结合其内部时钟或者晶振实现。

步骤二：无人机通过检测其自身加速度值G和竖直向上速度值V自动判断是否开启旋翼、进行起飞。需要指出的是，为提高飞行控制器检测加速度信号的准确性，所述加速度信号经过采样频率8000hz、截止频率30hz的四阶butterworth数字滤波器滤波；无人机利用自身安装的飞行控制器检测得到的加速度值G和竖直向上速度值V判断是否开启旋翼，若同时满足G等于0、初始竖直速度值V₀大于阈值Vt且竖直向上速度值V由大到小变化至旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制开启旋翼，无人机空中起飞；其中，所述加速度G为地球坐标系加速度；若无人机检测到的加速度G等于0且初始竖直速度值V₀大于等于阈值Vt，则无人机由用户手中抛出、进入空中起飞模式；无人机进入所述空中起飞模式后，若无人机检测到的加速度G等于0且竖直向上速度值V等于旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制旋翼启动，无人机空中起飞。

本实施例中，旋翼启动速度值为可为0；所述阈值Vt大于等于2m/s，方向为竖直向上。

需要强调的是，当无人机由用户手中抛出进入空中起飞模式时，记录并存储无人机检测到的初始竖直速度值V₀，在此基础上，本发明的旋翼启动速度值可为1/6*V₀。

具体实施时，用户主要会碰到如下几种情况：

若用户彻底抛出无人机，则无人机飞行控制器自动开启旋翼，无人机进入起飞状态，无人机正常起飞后，可通过遥控器控制后续的飞行姿态、执行相关任务；本发明中的“彻底抛出”应理解为用户将无人机抛出，而不是在手中掂量几下、不小心掉落或者其他误操作。

为克服手抛起飞方式可能存在的人身安全问题，如无人机旋翼在用户手中就开始旋转，或者，无人机被刚刚抛出后就过早旋转，都有可能造成人身伤害。因此，更为具体地，本发明创新地使用加速度传感器获取的加速度值G和速度值V判断无人机是否应该开启旋翼、进行起飞。若G＝0，则说明无人机脱离用户手掌、处于空中，本发明忽略空气阻力的作用，若G≠0，则说人机无人机受到人手或者障碍物产生的外力，本发明也可通过具有能够检测到人手掌的装置判断无人机是否脱离人手。比如，无人机进入预抛飞状态后，用户在手中轻掂几下或者无人机不小心掉落，此时如果无人机旋翼启动的话，容易对用户造成伤害；另外，如果初始的抛飞速度不够的话，无人机也无法在空中正常起飞，也会对人或者无人机造成损害；经过大量的现场试验，本实施例阈值Vt优选为3m/s。

若用户将无人机抛出后立刻抓回或者无人机抛出后的上升过程中遇到障碍物，则无人机飞行控制器自动放弃启动旋翼；

为进一步提高手抛起飞的安全性，克服突发情况产生的安全问题，本发明中，若用户将无人机抛出后立刻抓回，此时无人机再次受到人手施加的外力，则G≠0，无人机飞行控制器自动放弃启动旋翼，保护用户人身安全；或者无人机抛出后的上升过程中遇到障碍物，在遇到障碍物期间内，G≠0，无人机飞行控制器自动放弃启动旋翼，此时无人机可能还具有向上的速度，当无人机摆脱障碍物时，G＝0，若速度值V降为1/6V₀或者0时，无人机可自动判断、启动机翼。若用户放弃抛出无人机，则计时器倒计时结束后，再次手抛需返回步骤一重新触发，若用户放弃抛出无人机，则G≠0，无人机飞行控制器自动放弃启动旋翼。

其中，加速度传感器敏感到的外力为手或者障碍物对机体的作用力。

无人机从被抛起至起飞前，此时无人机处于空中，在无人机上升的过程中，V的值由大变小，若V的值减小至0时，本实施例中速度从3m/s逐渐减小，无人机到达最高点是速度为0，无人机飞行控制器自动开启旋翼，无人机进入起飞状态；另外，本发明也可采用1/6V₀的启动条件，如V₀＝3m/s时，无人机上升过程中，若V的值减小至0.5m/s时，无人机飞行控制器自动开启旋翼，无人机进入起飞状态，这样设定的目的在于现有无人机旋翼的启动有时间延迟，相对早一点的启动无人机有利于更安全地起飞。

如图3所示，本发明还提供了一种使用上述无人机手抛起飞方法的手抛起飞系统，包括无人机机体及其内部的飞行控制器，该系统还包括分别与飞行控制器连接的加速度传感器、计时器、警示装置，飞行控制器控制无人机旋翼启动，飞行控制器与无人机电机连接，电机输出轴固接旋翼，警示装置为LED灯和/或扬声器。本实施例中飞行控制器为飞行控制处理芯片，可为ARM处理器，用于整个手抛起飞的控制中心，获取用户操作信息，判断是否执行相关动作，发出是否启动旋翼命令等，加速度传感器为MEMS压阻式传感器，可用于获取无人机的加速度值G、获取速度值V,当然，速度值V也可以单独采用速度传感器来获取。起提醒作用的LED灯设于机臂上，扬声器安装于机体上部。从实际需要考虑，本发明采用的计时器为倒计时器或者飞行控制器内部的计时程序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机手抛起飞方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，

步骤一：用户触发无人机，使无人机进入预抛起状态；无人机进入预抛起状态的同时，无人机内部计时器开始自动倒计时；

步骤二：无人机通过检测其自身加速度值G和竖直向上速度值V自动判断是否开启旋翼，进行起飞。

2.根据权利要求1所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：步骤二中，无人机利用检测得到的加速度值G和竖直向上速度值V判断是否开启旋翼，若同时满足G等于0、初始竖直向上速度值V₀大于阈值Vt且竖直向上速度值V由大到小变化至旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制开启旋翼，无人机空中起飞；其中，所述加速度G为地球坐标系加速度。

3.根据权利要求2所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：步骤二中，若无人机检测到的加速度G等于0且初始竖直速度值V₀大于等于阈值Vt，则无人机由用户手中抛出、进入空中起飞模式。

4.根据权利要求3所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：无人机进入所述空中起飞模式后，若无人机检测到的加速度G等于0且竖直向上速度值V等于旋翼启动速度值，则无人机飞行控制器自动控制旋翼启动，无人机空中起飞。

5.根据权利要求4所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：所述旋翼启动速度值为0或1/6*V₀，其中在旋翼启动速度为1/6*V₀情况下，无人机由用户手中抛出进入空中起飞模式时，记录并存储无人机检测到的初始竖直速度值V₀，待速度降为1/6*V₀时旋翼启动。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：步骤一中，用户触发无人机进入预抛起状态的方式为连续拍打无人机机体三下，若无人机在预设时间内检测到的加速度信号有连续三个脉冲信号，则飞行控制器判断无人机进入预抛起状态。

7.根据权利要求6所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：所述预设时间为1秒至3秒区间内的任意值；脉冲信号幅值大于等于2.5g时有效；加速度信号通过四阶butterworth数字滤波器滤波，该滤波采样频率为8000hz、截止频率为30hz；g为重力加速度值。

8.根据权利要求1所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：无人机预抛起状态计时时长为预先设定值，所述计时时长结束且无人机未起飞，则飞行控制器控制无人机退出预抛起状态。

9.根据权利要求8所述的无人机手抛起飞方法，其特征在于：无人机进入预抛起状态时，无人机通过发出预抛起警示信号提醒，所述预抛起状态警示信号为灯光信号和/或声音信号。

10.一种无人机手抛起飞系统，包括无人机机体及其内部的飞行控制器，其特征在于：该系统还包括分别与飞行控制器连接的加速度传感器、计时器、警示装置，飞行控制器控制无人机旋翼启动；所述飞行控制器为飞行控制处理芯片，计时器为飞行控制处理芯片计时模块，加速度传感器为压阻式传感器。