用于直升型飞行器的语音遥控系统及直升型遥控飞行器技术方案

本发明专利技术公开了用于直升型飞行器的语音遥控系统，机载飞行控制系统包括第一微控制器、姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块；地面语音遥控系统包括第二微控制器、语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块；语音识别模块用于实现非特定人声语音指令的识别并通过第二无线通信模块传送给飞行器；第二无线通信模块用于给飞行器发送语音识别结果并给地面回传飞行器飞行姿态数据；第二显示器模块用于显示飞行器的姿态；地面电源模块为地面语音遥控系统提供所需的供电电压和电流。本发明专利技术还公开了直升型遥控飞行器。本发明专利技术的升降与转向控制算法简单易行，算法量小,转向控制精准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种遥控飞行器及其控制系统，尤其涉及一种用于直升型飞行器的语音遥控系统及直升型遥控飞行器。
技术介绍
直升型飞行器的起飞靠飞行器上的上下两个主旋翼高速旋转实现。通过上下主旋冀按顺时钟和逆时钟方式旋转的方式使风往下打产生升力，同时抵消由于旋翼旋转造成的自旋。此外，飞行器可以利用上下旋翼的转速差，使飞行器产生自旋，从而可以使飞行器转向。通过控制尾旋翼正转或反转，从而抬高或拉低飞行器的尾部，使飞行器向前倾斜即向前飞或向后倾斜即向后飞。以三通道直升机为例可以实现升降、左右转向、前进后退等三组动作，以及这三组动作的组合。随着小型航拍器的兴起和流行，使用者对飞行器搭载航拍器的使用需求也逐渐增大。一般的飞行器出厂后，机械结构和重心已经固定，搭载上航拍器后可能导致飞行器的重心发生偏移，从而降低飞行器的可操控性和平衡性。直升型飞行器一般利用遥控器的手柄操作控制，飞行器执行的每一种动作都与遥控器上的几个功能手柄的动作相对应。如果要执行较复杂的飞行动作时，往往需要同时操作两个以上功能手柄并进行细微的调节才能完成，这就需要使用者都具有较高的协调能力和较熟练的操作水平。普通的直升机飞行器玩具配合的遥控器，往往只提供单纯的手柄操作功能。如果直升机玩具在空中飞行时与操控者的距离较远，操控者就无法单纯地凭借视觉获取直升机的飞行数据和状态。另外还有些飞行器玩具配备了PC端的飞行监控软件，用于实时掌握飞行器的飞行状态。但这样导致使用者在户外操控制飞行器时也必须依赖于PC机上的监控软件，使操控者的使用体验大打折扣。专利技术内容本专利技术的目的在于克服上述缺点，提供一种用于直升型飞行器的语音遥控系统及直升型遥控飞行器。本专利技术的机载飞行控制系统采用惯性导航技术和智能闭环控制保障平稳飞行，并可以减少对机身重心的依赖性；地面的遥控器可利用语音发出较复杂的飞行指令，同时可在遥控器面板实时监测飞行器的飞行状态。1、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用于直升型飞行器的语音遥控系统，包括机载飞行控制系统和地面语音遥控系统；所述机载飞行控制系统包括第一微控制器、姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块；姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块分别与所述第一微控制器为电连接；所述姿态仪模块用于采集飞行器姿态数据并传送给所述第一微控制器；所述电机驱动模块用于执行所述第一微控制器的命令以控制电机的转动方向和速度；所述第一无线通信模块用于接收地面遥控器的飞行指令，并给地面遥控器回传飞行数据；所述第一显示器模块用于显示飞行器的运行参数，便于使用者调试和操控；所述机载电源模块用于为所述机载飞行控制系统提供所需的供电电压和电流；所述地面语音遥控系统包括第二微控制器、语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块；所述语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块分别和第二微控制器为电连接；所述语音识别模块用于实现非特定人声语音指令的识别，并把识别的结果通过所述第二无线通信模块传送给飞行器；所述第二无线通信模块用于给飞行器发送语音识别结果，即飞行器的动作指令，同时给地面回传飞行器的飞行姿态数据；所述第二显示器模块用于显示飞行器的姿态，以便于进行更直观的操控和实现良好的人机交互；所述地面电源模块为所述地面语音遥控系统提供所需的供电电压和电流。进一步的，所述姿态仪模块由数字加速度计、数字陀螺仪和电子指南针组成；数字陀螺仪用于检测飞行器机身运动的角速度；数字加速度计用于检测飞行器机身运动的角加速度；电子指南针用于检测飞行器机身与大地北的夹角。进一步的，所述第一微控制器和第二微控制器均采用STM32F103RBT6芯片。TM32F103RBT6芯片工作频率高、运行速度快、稳定性好、I/O数目多、片上外设丰富、功率损耗小。进一步的，所述姿态仪模块采用由L3G4200D三轴数字陀螺仪、ADXL345三轴数字加速度计和HMC5883L地磁传感器组成的九轴姿态传感器。九轴姿态传感器分辨率高、功耗小、外围电路少、通信方便。进一步的，语音识别模块采用LD3320芯片。LD3320芯片是速度快、稳定性高、识别精度高的非特定人声语音识别专用芯片。进一步的，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用半双工NRF2401无线通信模块。半双工NRF2401无线通信模块传输距离远、稳定性高、功耗小的。进一步的，所述第一显示器模块和第二显示器模块均采用0.96寸OLED显示屏。0.96寸OLED显示屏高亮度、低功耗、体积小、质量轻。为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一种技术方案为：直升型遥控飞行器，包括飞行器，还包括上述所述的用于直升型飞行器的语音遥控系统。进一步的，飞行器包括平衡杆、上主旋翼、尾旋翼、下主旋翼、主轴、起落架，上主旋冀电机和下主旋冀电机采用大功率开关管IRFR1205构成的驱动电路，同时采用LP521-2进行光耦隔离。进一步的，飞行器尾旋冀电机采用小功率集成H桥电动驱动芯片L9110驱动,并串小电阻防止驱动电路对控制信号的干扰。本专利技术有以下优点和效果：本专利技术的升降与转向控制算法简单易行，算法量小。在飞行器上安装有三个电机，两个大电机负责主旋翼的升降动力，小电机负责尾旋翼的平衡动力。由于大电机不需要正反转，故采用单通道PWM控制主旋翼电机的旋转速度。挑选特性相同的上下主旋冀的大电机，在给定相同的占空比的PWM控制时，经测试发现，飞行器基本没有产生自旋现象，因此不用对上下主旋冀的大电机的占空比进行调整和补偿。飞行器的飞行转向的控制方面不需要复杂的算法，只需要对上下主旋冀的PWM的占空比给定一定差值即可。本专利技术前进后退时的尾旋冀控制算法计算量小，实时性高，同时减少了飞行器对机身重心的依赖性。尾冀电机需要正反转和速度控制。正反转控制采用H桥电路，通过两通道PWM逻辑输入实现电机的正反转；同时利用PWM的占空比控制电机的转速，从而控制飞行器机体前进与后退。由于飞行器有前后重量的差异，飞行器在飞行时向前或向后会产生一定角度的倾斜，如果倾斜角度过大有可能会影响飞行的平衡性。针对这个问题，本专利技术通过姿态传感器回传的飞行姿态数据，对尾旋翼的旋转方向和旋转速度进行闭环PID控制，从而减小飞行器前后重量不均匀导致的机身失衡问题，解决飞行器对机身重心的依赖性问题。在尾旋冀电机的控制算法上，采用增量型PI控制算法，它具有计算量小、实时性高的优势。本专利技术使飞行器按照非特定人发出的语音指令执行飞行动作，提供良好人机语音交互。为减小飞行器本身噪音干扰和语音传送距离对语音识别效果的影响，将语音识别模块与飞行器本身分开，设计独立的地面手持语音控制遥控器。遥控器中的语音识别模块采用语音识别专用芯片LD3320，该芯片内部集成语音识别处理器、Flash闪存和功放电路等，节省了外围电路，无需录音和训练就可以实现语音识别，识别准确率可以达到95%的精度。该芯片还支持MP3播放功能，第二微控制器只需将所需的语音指令写本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直升型飞行器的语音遥控系统，包括机载飞行控制系统和地面语音遥控系统；其特征在于：所述机载飞行控制系统包括第一微控制器、姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块；姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块分别与所述第一微控制器为电连接；所述姿态仪模块用于采集飞行器姿态数据并传送给所述第一微控制器；所述电机驱动模块用于执行所述第一微控制器的命令以控制电机的转动方向和速度；所述第一无线通信模块用于接收地面遥控器的飞行指令，并给地面遥控器回传飞行数据；所述第一显示器模块用于显示飞行器的运行参数，便于使用者调试和操控；所述机载电源模块用于为所述机载飞行控制系统提供所需的供电电压和电流；所述地面语音遥控系统包括第二微控制器、语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块；所述语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块分别和第二微控制器为电连接；所述语音识别模块用于实现非特定人声语音指令的识别，并把识别的结果通过所述第二无线通信模块传送给飞行器；所述第二无线通信模块用于给飞行器发送语音识别结果，即飞行器的动作指令，同时给地面回传飞行器的飞行姿态数据；所述第二显示器模块用于显示飞行器的姿态，以便于进行更直观的操控和实现良好的人机交互；所述地面电源模块为所述地面语音遥控系统提供所需的供电电压和电流。...

【技术特征摘要】
1.一种用于直升型飞行器的语音遥控系统，包括机载飞行控制系统和地面语音遥控系统；其特征在于：
所述机载飞行控制系统包括第一微控制器、姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块；姿态仪模块、电机驱动模块、第一无线通信模块、第一显示器模块和机载电源模块分别与所述第一微控制器为电连接；所述姿态仪模块用于采集飞行器姿态数据并传送给所述第一微控制器；所述电机驱动模块用于执行所述第一微控制器的命令以控制电机的转动方向和速度；所述第一无线通信模块用于接收地面遥控器的飞行指令，并给地面遥控器回传飞行数据；所述第一显示器模块用于显示飞行器的运行参数，便于使用者调试和操控；所述机载电源模块用于为所述机载飞行控制系统提供所需的供电电压和电流；
所述地面语音遥控系统包括第二微控制器、语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块；所述语音识别模块、第二无线通信模块、第二显示器模块和地面电源模块分别和第二微控制器为电连接；所述语音识别模块用于实现非特定人声语音指令的识别，并把识别的结果通过所述第二无线通信模块传送给飞行器；所述第二无线通信模块用于给飞行器发送语音识别结果，即飞行器的动作指令，同时给地面回传飞行器的飞行姿态数据；所述第二显示器模块用于显示飞行器的姿态，以便于进行更直观的操控和实现良好的人机交互；所述地面电源模块为所述地面语音遥控系统提供所需的供电电压和电流。
2.根据权利要求1所述的用于直升型飞行器的语音遥控系统，其特征在于：所述姿态仪模块由数字加速度计、数字陀螺仪和电子指南针组成；所述数字陀螺仪用于检测飞行器机身运动的角速度；所述数字加速度计用于检测飞行器机身运...

【专利技术属性】
技术研发人员：周牡丹，刘兴民，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：福建;35