陆空两栖设备及其模式切换系统、方法
阅读说明：本技术 陆空两栖设备及其模式切换系统、方法 (Air-ground amphibious equipment and mode switching system and method thereof ) 是由 樊伟 朱桦 甄鹏飞 刘春桃 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种陆空两栖设备及其模式切换系统、方法,涉及两栖设备及其控制方法技术领域,系统包括初始化及参数更新模块、控制类型检测模块、执行器输出设置模块；设备包括该系统、遥控器和设备主体；方法包括6个步骤。设备中的系统配套遥控器使用,支持遥控器的模式切换拨杆操作,实现设备主体的模式切换功能,使得一个遥控器就能够同时适用于两种模式状态,减少遥控器使用的不便。除此之外,系统增加了模式切换条件,遥控器指令在满足模式切换条件的情况下才会执行行驶模式切换至飞行模式的模式切换指令,否则拒绝执行模式切换指令,相对减少设备主体的控制混乱及损坏。方法基于设备,具有同于设备的有益效果。(The invention discloses an air-ground amphibious device and a mode switching system and method thereof, relating to the technical field of amphibious devices and control methods thereof, wherein the system comprises an initialization and parameter updating module, a control type detection module and an actuator output setting module; the device comprises the system, a remote controller and a device body; the method comprises 6 steps. The system in the equipment is matched with the remote controller for use, supports the mode switching deflector rod operation of the remote controller, and realizes the mode switching function of the equipment main body, so that one remote controller can be simultaneously suitable for two mode states, and the inconvenience in use of the remote controller is reduced. In addition, the system is additionally provided with a mode switching condition, the remote controller can execute the mode switching instruction for switching the driving mode to the flight mode under the condition that the command meets the mode switching condition, otherwise, the mode switching instruction is refused to be executed, and the control confusion and damage of the equipment main body are relatively reduced. The method is based on equipment and has the same beneficial effects as the equipment.)
技术领域
本发明涉及两栖设备及其控制方法技术领域，具体涉及一种陆空两栖设备及其模式切换系统、方法。
背景技术
随着自动化控制技术的不断发展，各种类型、功能的自动化机器人层出不穷，其中由小型多旋翼无人机与地面无人车组成的陆空两栖机器人逐渐成为学术及行业研究热点，该类机器人兼具无人机与无人车的性能特点，能够通过结构设计、融合控制以及任务规划等实现能飞能跑的功能，具有广阔的开发和应用前景。对于此类陆空两栖设备的手动控制通常需要通过航模遥控器实现。
现有的航模遥控器通常具备两个滑杆以及数个拨杆，并且以此作为发送信号的不同通道，在使用时可通过定义不同通道的功能，实现滑杆或拨杆对所定义功能的控制。控制过程通常为，首先将遥控器所对码匹配的接收机与控制主板相连，操作人员拨动滑杆或拨杆到某一位置，对应通道产生控制量的变化，接收机将控制信号的变化值提供给所连接主板，由主板内部控制程序处理该控制信号，并对下游执行器输出特定识别信号，以实现从遥控器到执行器的控制目的。
现有多数航模遥控器实现控制功能时仅支持一种设备模式，无法同时支持两栖设备的飞行模式和行驶模式，此类遥控器在使用切换时非常不便；少数航模遥控器能够实现模式切换，同时支持两栖设备的飞行模式和行驶模式，但是未设置切换条件，导致无论在哪种模式下都能够随意切换至另一种模式，这很容易导致两栖设备的控制混乱及损坏。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种支持遥控器模式切换，并设置切换条件的陆空两栖设备及其模式切换系统、方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种陆空两栖设备的模式切换系统，与遥控器建立通信，包括接收遥控器指令的执行器输出设置模块，其内部预设有模式切换条件，仅在遥控器指令满足模式切换条件的情况下执行模式切换指令。
优选的，陆空两栖设备的模式切换系统还包括与遥控器建立通信的初始化及参数更新模块。
优选的，陆空两栖设备的模式切换系统还包括与初始化及参数更新模块建立通信的控制类型检测模块。
优选的，所述执行器输出设置模块、初始化及参数更新模块、执行器输出设置模块均通过信息池进行信息交互。
一种陆空两栖设备，包括所述陆空两栖设备模式切换系统和遥控器、及由两者配合控制的设备主体。
所述陆空两栖设备的模式切换方法，对设备主体进行行驶模式和飞行模式相互切换，包括以下步骤：
S01、初始化及参数更新模块读取遥控器更新指令；
S02、执行器输出设置模块仅在读取到的遥控器更新指令满足模式切换条件时，执行模式切换指令。
优选的，所述步骤S02中的模式切换条件由控制类型检测模块和执行器输出设置模块共同判断。
优选的，所述步骤S01具体为：初始化及参数更新模块实时读取遥控器指令并判断遥控器指令是否更新，在遥控器指令频繁更新的情况下拒绝执行遥控器指令，在遥控器指令非频繁更新的情况下将遥控器指令更新信息发送至控制类型检测模块。
优选的，所述步骤S01后还包括步骤：控制类型检测模块接收初始化及参数更新模块发送的遥控器指令更新信息，根据不同的遥控器指令更新信息确定是否正常执行遥控器指令，并对第一组判断信息进行判断。
优选的，所述步骤S02具体为：执行器输出设置模块对第二组判断信息进行判断，还接收控制类型检测模块对于第一组判断信息的判断结果，根据第一组判断信息和第二组判断信息判断所得的不同判断结果，并执行不同的操作。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：设备中的系统配套遥控器使用，支持遥控器的模式切换拨杆操作，实现设备主体的模式切换功能，使得一个遥控器就能够同时适用于两种模式状态，减少遥控器使用的不便。除此之外，系统增加了模式切换条件，遥控器指令在满足模式切换条件的情况下才会执行行驶模式切换至飞行模式的模式切换指令，否则拒绝执行模式切换指令，相对减少设备主体的控制混乱及损坏。方法基于设备，具有同于设备的有益效果。
附图说明
图1为陆空两栖设备模式切换系统的结构框图。
图2为陆空两栖设备模式切换系统中各模块关系图。
图3为初始化及参数更新模块的逻辑图。
图4为控制类型检测模块的逻辑图。
图5为执行器输出设置模块的逻辑图。
图6为陆空两栖设备的模式切换方法的流程图。
图中标记：初始化及参数更新模块-1、控制类型检测模块-2、执行器输出设置模块-3、信息池-4。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参看图1、图2，一种陆空两栖设备模式切换系统，与遥控器建立通信，包括初始化及参数更新模块1、控制类型检测模块2、执行器输出设置模块3；主程序读取到遥控器输入信号后自动运行该三个模块，三个模块之间通过uORB信息发布与订阅的模式进行信息交互，即通过信息池4进行信息交互，三个模块将产生的信息全部发布至信息池4内，并从信息池4内订阅需要的信息；遥控器的指令更新信息也发布至信息池4内，供对应模块订阅。信息池4为uORB信息池。经过层层数据更新、模式判断及类型检测后向控制器输出指令。
请参看图2至图5，一种陆空两栖设备，包括所述陆空两栖设备模式切换系统、遥控器、及由两者配合控制的设备主体，设备主体内部设置有接收信号并操作设备主体的执行器控制器；遥控器设置有模式切换锁、模式切换拨杆、油门；设备主体包括行驶模式和飞行模式，其在行驶模式和飞行模式下均设置有自动模式和手动模式，遥控器还设置有切换自动模式和手动模式的自手切换键。陆空两栖设备模式切换系统的主要功能是使用户可以通过拨动遥控器拨杆，实现设备主体的行驶模式与飞行模式切换控制，两种模式并行开发，各模式功能明确、相互独立，且可互相切换，并通过设备主体中原有的飞行控制器系统下的uORB的信息交互机制实现不同模式的信息交互，即通过信息池4进行信息交互。
初始化及参数更新模块1主要负责整个程序运行的前期工作，不断读取遥控器输入指令以及识别指令是否更新，并且获取系统默认参数以及执行系统默认操作，包括清理释放内存空间、读取系统默认参数、读取当前时间、限制主函数过度调度；限制主函数过度调度的方式为：在遥控器的指令频繁更新的情况下拒绝发布遥控器的指令更新信息至信息池4内，防止遥控器的误操作。初始化及参数更新模块1在执行完成上述初始化操作后将所识别到的遥控器的指令更新信息以及当前时间信息打包作为更新信息发布到信息池4中，以提供给下一模块使用。
控制类型检测模块2通过订阅初始化及参数更新模块1发布在信息池4内的更新信息，在遥控器指令更新后先设置油门中位，作为一种安全机制。根据模式切换拨杆判断设备主体是否位于飞行模式,并实时判断模式切换拨杆是否发生模式切换。如果发生模式切换，则在每一次模式切换拨杆发生模式切换后，重新设置对应切换模式前的模式参数，即行驶模式参数或飞行模式参数，并发布至信息池4中；如果未发生模式切换，则控制类型检测模块2正常执行遥控器更新信息的指令。
在接收到控制类型检测模块2发出的运行指令后，执行器输出设置模块3更新并在信息池4内订阅了一系列相关信息，将所有执行器输出清零。执行器输出设置模块3判断模式切换锁是否为解锁状态，在未解锁的情况下，通过之前的订阅信息判断设备主体是否处于飞行模式，若处于飞行模式，此时将飞行模式中的虚拟姿态设定值设定为真实姿态设定值，将该真实姿态设定值传递至执行器控制器中，再打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，则再通过之前的订阅信息判断是否发生模式切换，若是，则判断此时油门是否处于中位，若此时油门处于中位，则判断是否为手动模式或自动模式，若是手动模式或自动模式，则将接收到的油门信号进行归一化处理，再将遥控器指令更新信息传递到执行器控制器中，并将有关信息打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，并未发生模式切换，则将当前遥控器的指令更新信息传递到执行器控制器中，后打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，并发生模式切换，且油门不处于中位，则系统基于安全保护机制，拒绝执行模式切换指令，返回为切换前的飞行模式；若处于行驶模式，并发生模式切换，且油门处于中位、未处于非手动模式和自动模式，则油门信号无需处理，直接将遥控器的指令更新信息传递到执行器控制器中，并打包发布信息至信息池4中；当油门已解锁，则直接发布信息至信息池4中。
上述执行器输出设置模块3的指令执行操作简化为：在接收到控制类型检测模块2发出的运行指令后，执行器输出设置模块3更新并在信息池4内订阅了一系列相关信息，将所有执行器输出清零的后，执行器输出设置模块3执行指令共有如下六种情况：
1.模式切换锁未解锁，当前处于飞行模式，此时将飞行模式中的虚拟姿态设定值设定为真实姿态设定值，将该真实姿态设定值传递至执行器控制器中，再打包发布至信息池4中；
2.模式切换锁未解锁，当前处于行驶模式，且发生了模式切换，油门处于中位，且处于手动模式或自动模式，则将油门信号归一化处理，将遥控器指令更新信息传递到执行器控制器中，打包发布信息至信息池4中；
3.模式切换锁未解锁，当前处于行驶模式，且未发生模式切换，此时将遥控器指令更新信息传递到执行器控制器中，打包发布信息至信息池4中；
4.模式切换锁未解锁，当前处于行驶模式，且发生了模式切换，油门未处于中位，系统拒绝执行模式切换指令，返回飞行模式；
5.模式切换锁未解锁，当前处于行驶模式，且发生了模式切换，油门处于中位，且未处于手动模式和自动模式，油门信号无需处理，此时直接将遥控器指令更新信息传递到执行器控制器中，打包发布信息至信息池4中；
6.模式切换锁已解锁，直接发布信息至信息池4中。
陆空设备主体模式切换系统基于PX4固件二次开发，扩展了遥控器功能，使得遥控器实现控制功能的同时支持飞行模式和行驶模式两种模式。利用遥控器上可定义的模式切换拨杆，传递遥控器切换指令，通过增加、更改设备主体控制器的底层系统，实现了针对陆空设备主体的模式切换控制。具体通过定义遥控器上可定义的模式切换拨杆通道，模式切换拨杆不同位置对于此通道的两个不同控制信号值，提供给底层系统后就能够实现设备主体的模式切换功能。
请参看图6，所述陆空两栖设备的模式切换方法，对设备主体进行行驶模式和飞行模式相互切换，包括以下步骤：
S01：初始化及参数更新模块1不断读取遥控器输入指令以及识别指令是否更新；
S02：初始化及参数更新模块1获取系统默认参数以及执行系统默认操作，包括清理释放内存空间、读取系统默认参数、读取当前时间、限制主函数过度调度；其中，限制主函数过度调度的方式为：在遥控器的指令频繁更新的情况下拒绝发布遥控器的指令更新信息至信息池4内，防止遥控器的误操作。初始化及参数更新模块1在执行完成上述初始化操作后将所识别到的遥控器的指令更新信息以及当前时间信息打包作为更新信息发布到信息池4中，以提供给下一模块使用；
S03：控制类型检测模块2通过订阅初始化及参数更新模块1发布在信息池4内的更新信息，在遥控器指令更新后先设置油门中位，作为一种安全机制；
S04：控制类型检测模块2根据模式切换拨杆判断设备主体是否位于飞行模式,并实时判断模式切换拨杆是否发生模式切换。如果发生模式切换，则在每一次模式切换拨杆发生模式切换后，重新设置对应切换模式前的模式参数，即行驶模式参数或飞行模式参数；如果未发生模式切换，则控制类型检测模块2正常执行更新信息的指令；
S05：在接收到控制类型检测模块2发出的运行指令后，执行器输出设置模块3更新并在信息池4内订阅了一系列相关信息，将所有执行器输出清零；
S06：执行器输出设置模块3判断模式切换锁是否为解锁状态，在未解锁的情况下，通过之前的订阅信息判断设备主体是否处于飞行模式，若处于飞行模式，此时将飞行模式中的虚拟姿态设定值设定为真实姿态设定值，将该真实姿态设定值传递至执行器控制器中，再打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，则再通过之前的订阅信息判断是否发生模式切换，若是，则判断此时油门是否处于中位，若此时油门处于中位，则判断是否为手动模式或自动模式，若是手动模式或自动模式，则将接收到的油门信号进行归一化处理，再将遥控器的指令更新信息传递到执行器控制器中，并将有关信息打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，并未发生模式切换，则将当前遥控器的指令更新信息传递到执行器控制器中，后打包发布至信息池4中；若处于行驶模式，并发生模式切换，且油门不处于中位，则系统基于安全保护机制，拒绝执行模式切换指令，返回为切换前的飞行模式；若处于行驶模式，并发生模式切换，且油门处于中位、未处于非手动模式和自动模式，则油门信号无需处理，直接将遥控器的指令更新信息传递到执行器控制器中，并打包发布信息至信息池4中；当油门已解锁，则直接发布信息至信息池4中。
本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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