本發(fā)明涉及無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)。

背景技術(shù)：

隨著無人機(jī)技術(shù)的提升和成本的下降，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。雖然各個(gè)領(lǐng)域?qū)οM(fèi)級無人機(jī)的需求都在逐漸增長，但在無人機(jī)的應(yīng)用方面還比較單一，目前還是以航拍為主,在技術(shù)應(yīng)用方面仍有很多路要走。在叢林或城市內(nèi)飛行，如何讓它們可以安全地起飛，并避開電線桿、廣告牌等障礙物？很多用戶不會經(jīng)過太多的專業(yè)培訓(xùn)，如何讓他們也能輕松地使用并將無人機(jī)應(yīng)用于自己的領(lǐng)域？

這些都是現(xiàn)在依舊有待解決的問題，但無人機(jī)普及的路上，除了面向用戶的簡易化操作外，最重要的依舊是和安全息息相關(guān)的自動避障技術(shù)。因?yàn)槿绻B無人機(jī)和人員的安全都無法保障，其他一切都無從談起了。而且消費(fèi)級無人機(jī)體積小，其安全性反而更容易被忽視。

現(xiàn)在絕大部分民用無人機(jī)并沒有配備自動避障技術(shù)，無人機(jī)一般只能由使用者實(shí)時(shí)操控，或按照預(yù)設(shè)航線和高度飛行，自身并沒有能力對飛行路線上的障礙物進(jìn)行感知和避讓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)，以解決現(xiàn)有民用無人機(jī)沒有配備自動避障技術(shù)，無法自動避障的問題。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)，包括飛控主板、若干旋翼和若干電機(jī)，各電機(jī)與各旋翼一一對應(yīng)，分別用于驅(qū)動各自對應(yīng)的旋翼，還包括第一控制器、若干超聲波傳感器和若干第二控制器；

各第二控制器與各超聲波傳感器一一對應(yīng)，各超聲波傳感器與各自對應(yīng)的第二控制器通信連接，各第二控制器與所述第一控制器通信連接，所述第一控制器與所述飛控主板通信連接，所述飛控主板與各電機(jī)通信連接；

各超聲波傳感器被配置為分別實(shí)時(shí)感測無人機(jī)不同方向的障礙物與所述無人機(jī)之間的距離，并將各自實(shí)時(shí)感測到的距離信號發(fā)送到各自對應(yīng)的第二控制器；

各第二控制器用于對各自接收到的距離信號進(jìn)行處理，得出無人機(jī)相應(yīng)方向的障礙物與所述無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)，并將各自得出的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第一控制器；

所述第一控制器根據(jù)接收到的所述無人機(jī)各方向的障礙物與所述無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成飛行控制指令，并將所述飛行控制指令實(shí)時(shí)發(fā)送到所述飛控主板；

所述飛控主板根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的飛行控制指令控制相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以改變相應(yīng)電機(jī)所驅(qū)動的旋翼的轉(zhuǎn)速，使所述無人機(jī)進(jìn)行自動避障飛行。

進(jìn)一步地，所述無人機(jī)包括四個(gè)旋翼、四個(gè)電機(jī)、四個(gè)超聲波傳感器和四個(gè)第二控制器；

所述不同方向包括前、后、左、右四個(gè)方向，每一超聲波傳感器感測所述無人機(jī)其中一個(gè)方向的障礙物與所述無人機(jī)之間的距離。

進(jìn)一步地，所述無人機(jī)還包括高度傳感器和第三控制器；

所述高度傳感器與所述第三控制器通信連接，所述第三控制器分別與所述第一控制器和飛控主板通信連接；

所述高度傳感器用于實(shí)時(shí)感測所述無人機(jī)的高度，并將實(shí)時(shí)感測到的高度信號發(fā)送到所述第三控制器；

所述第三控制器用于對所述高度信號進(jìn)行處理，得出所述無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)，并將所述無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)發(fā)送到所述第一控制器和飛控主板；

所述第一控制器還根據(jù)所述無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)發(fā)送高度調(diào)節(jié)指令到所述飛控主板，所述飛控主板根據(jù)所述高度調(diào)節(jié)指令控制各電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)所述無人機(jī)的飛行高度。

進(jìn)一步地，所述高度傳感器為超聲波傳感器。

進(jìn)一步地，所述飛控主板上集成有氣壓計(jì)、三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀、電子羅盤中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述飛控主板上設(shè)置有遙控信號接收端口，所述第一控制器通過有線與所述遙控信號接收端口連接，并按照遙控通信協(xié)議將所述飛行控制指令發(fā)送到所述遙控信號接口，所述飛控主板通過所述飛控端口接收所述飛行控制指令。

進(jìn)一步地，所述第一控制器和第二控制器均采用型號為Atmega328的處理器。

進(jìn)一步地，所述第一控制器、各超聲波傳感器和各第二控制器集成在同一塊控制板上。

進(jìn)一步地，各超聲波傳感器與各自對應(yīng)的第二控制器通過串口通信連接。

進(jìn)一步地，所述超聲波傳感器為數(shù)字式超聲波傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)在傳統(tǒng)無人機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)第一控制器、若干超聲波傳感器和若干第二控制器，利用各超聲波傳感器分別實(shí)時(shí)感測無人機(jī)不同方向的障礙物與無人機(jī)之間的距離，各第二控制器通過各自對應(yīng)的超聲波傳感器檢測出無人機(jī)相應(yīng)方向的障礙物與無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)，第一控制器根據(jù)無人機(jī)各方向的障礙物與無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成飛行控制指令，無人機(jī)的飛控主板根據(jù)實(shí)時(shí)生成的飛行控制指令控制無人機(jī)相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以改變相應(yīng)電機(jī)所驅(qū)動的旋翼的轉(zhuǎn)速，使無人機(jī)進(jìn)行自動避障飛行。本發(fā)明還可應(yīng)用于競賽無人機(jī)等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例提供的多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以通過中間媒介間接連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)，包括飛控主板6、若干旋翼8和若干電機(jī)7，各電機(jī)7與各旋翼8一一對應(yīng)，各電機(jī)7用于分別驅(qū)動各自對應(yīng)的旋翼8。該無人機(jī)還包括第一控制器5、若干超聲波傳感器1和若干第二控制器3。

各第二控制器3與各超聲波傳感器1一一對應(yīng)，各超聲波傳感器1與各自對應(yīng)的第二控制器3通信連接，各第二控制器3與第一控制器5通信連接，第一控制器5與飛控主板6通信連接，飛控主板6與各電機(jī)7通信連接。

各超聲波傳感器1被配置為分別實(shí)時(shí)感測無人機(jī)不同方向的障礙物與無人機(jī)之間的距離，并將各自實(shí)時(shí)感測到的距離信號發(fā)送到各自對應(yīng)的第二控制器3。

各第二控制器3用于對各自接收到的距離信號進(jìn)行處理，得出無人機(jī)相應(yīng)方向的障礙物與無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)，并將各自得出的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)發(fā)送到第一控制器5。各第二控制器3可通過I²C總線與第一控制器5通信連接。

第一控制器5根據(jù)接收到的無人機(jī)各方向的障礙物與無人機(jī)之間的實(shí)時(shí)距離數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成飛行控制指令，并將飛行控制指令實(shí)時(shí)發(fā)送到飛控主板6。

飛控主板6根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的飛行控制指令控制相應(yīng)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速以改變相應(yīng)電機(jī)7所驅(qū)動的旋翼8的轉(zhuǎn)速，使無人機(jī)進(jìn)行自動避障飛行。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，無人機(jī)包括四個(gè)旋翼8、四個(gè)電機(jī)7、四個(gè)超聲波傳感器1和四個(gè)第二控制器3，不同方向包括前、后、左、右四個(gè)方向，每一超聲波傳感器1感測無人機(jī)其中一個(gè)方向的障礙物與無人機(jī)之間的距離。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，無人機(jī)還包括高度傳感器2和第三控制器4。高度傳感器2與第三控制器4通信連接，第三控制器4分別與第一控制器5和飛控主板6通信連接。高度傳感器2用于實(shí)時(shí)感測無人機(jī)的高度，并將實(shí)時(shí)感測到的高度信號發(fā)送到第三控制器4。第三控制器4用于對高度信號進(jìn)行處理，得出無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)，并將無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)發(fā)送到第一控制器5和飛控主板6。第一控制器5還根據(jù)無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度數(shù)據(jù)發(fā)送高度調(diào)節(jié)指令到飛控主板6，飛控主板6根據(jù)高度調(diào)節(jié)指令控制各電機(jī)7的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)無人機(jī)的飛行高度。可具有自穩(wěn)模式、定高模式、自動降落等飛行功能。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，高度傳感器2為超聲波傳感器1。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，飛控主板6上集成有氣壓計(jì)、三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀、電子羅盤中的至少一種。氣壓計(jì)用于測量無人機(jī)的海拔高度，三軸加速度傳感器用于測量無人機(jī)的運(yùn)動加速度，三軸陀螺儀用于測量無人機(jī)的運(yùn)動角速度，電子羅盤用于測量無人機(jī)的航向。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，飛控主板6上設(shè)置有遙控信號接收端口，第一控制器5通過有線與遙控信號接收端口連接，并按照遙控RF通信協(xié)議將飛行控制指令發(fā)送到遙控信號接口，飛控主板6通過飛控端口接收飛行控制指令或姿態(tài)控制遙控?cái)?shù)據(jù)包。通過這種方式使對無人機(jī)的控制脫離了遙控器，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)姿態(tài)的自動控制。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一控制器5和第二控制器3均采用型號為Atmega328的處理器。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一控制器5、各超聲波傳感器1和各第二控制器3集成在同一塊控制板上，通過將該控制板集成安裝在普通的無人機(jī)上，通過有線與無人機(jī)的飛控主板6的遙控信號接收端口連接，就可使之具備自動避障功能，簡單方便。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，各超聲波傳感器1與各自對應(yīng)的第二控制器3通過串口連接。

作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，超聲波傳感器1為數(shù)字式超聲波傳感器1，具體可采用US-100型數(shù)字式高精度超聲波傳感器1。

以下為該多旋翼超聲波自動避障無人機(jī)的一控制實(shí)例：

無人機(jī)上電后，通過各第二控制器3和第三控制器4連接的超聲波傳感器1及高度傳感器2獲取到無人機(jī)前、后、左、右四個(gè)方向上的障礙物的距離數(shù)據(jù)和無人機(jī)的高度數(shù)據(jù)。第一控制器5將各數(shù)據(jù)匯總后，分析判斷無人機(jī)與各方向障礙物的位置關(guān)系和無人機(jī)的高度，判斷無人機(jī)距離哪個(gè)方向的障礙物更近(偏前、偏后、偏左、偏右)，再判斷距離障礙物較近的方向上的障礙物的距離是否小于預(yù)設(shè)的安全距離，如果小于安全距離，則對無人機(jī)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。第一控制器5可生成相應(yīng)調(diào)整指令，發(fā)送到飛控主板6，由飛控主板6控制相應(yīng)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的調(diào)整。結(jié)合與各方向障礙物的距離數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，對無人機(jī)的調(diào)整主要包括前進(jìn)、后退、左移、右移、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升、下降等。

最后應(yīng)說明的是：上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。