本發(fā)明屬于無人機技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于外部視覺定位的無人機調(diào)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，人們對無人機的性能也越來越高，一個方便高精度的調(diào)試平臺便成了迫切的需要。無人機又是一個復(fù)雜性高，慣性大，環(huán)境干擾大的一個系統(tǒng)。調(diào)試平臺將很大程度上影響著調(diào)試出來無人機性能的好壞。而現(xiàn)在大部分的無人機調(diào)試平臺都是有底座的，將無人機固定在底座上與實際運行的無人機環(huán)境不同，調(diào)試出來的性能與實際中的也有很大不同。由于固定在底座上，也無法觀察到傳感器溫漂對無人機的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于外部視覺定位的無人機調(diào)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要底座，以求解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)試環(huán)境與實際環(huán)境差別大，難以獲得精確軌跡的問題。

本發(fā)明提供了一種基于外部視覺定位的無人機調(diào)試系統(tǒng)，包括視覺定位系統(tǒng)和與之相連的控制平臺，其中；

所述視覺定位系統(tǒng)由至少3個紅外攝像頭組成，呈環(huán)狀分布，攝像頭固定在離地面一定高度，朝向環(huán)的中心點，用于將采集的無人機圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破脚_中，用于精確定位可視區(qū)域內(nèi)的標記點；所述可視區(qū)域為最少兩個攝像頭可觀測到的共同區(qū)域，所述標記點由反光材料制作而成的小球體，可以反射紅外光；所調(diào)試的無人機設(shè)置在所述視覺定位系統(tǒng)的可視區(qū)域內(nèi)，并在機身上設(shè)置不小于三個并容易被攝像頭捕捉到的標記點；

所述控制平臺包括通信模塊和控制模塊；采集視覺定位系統(tǒng)傳來的圖像數(shù)據(jù)，通過多目視覺坐標測量算法獲取所述無人機上標記點的位置，并傳輸?shù)娇刂颇K中；所述控制模塊通過四元數(shù)法解算出無人機的歐拉角和三維坐標，從而得到無人機的位置和姿態(tài)信息；

所述控制平臺的控制模塊通過控制算法計算出無人機上各個驅(qū)動電機的控制量；所述控制算法包括雙閉環(huán)PID算法和LQR算法，所述控制量包括PWM信號和電壓信號；所述控制平臺通過通信模塊與所述無人機通信，傳送控制量，用于控制所述無人機上的驅(qū)動電機，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對無人機的控制。

工作中，所述控制平臺通過所述視覺定位系統(tǒng)獲得所述無人機上所有標記點的位置，進而解算出無人機的姿態(tài)和軌跡，再通過控制算法得到無人機上驅(qū)動電機的控制量，包括PWM信號和電機電壓信號，通過通信模塊將這些控制量發(fā)送到所述無人機，所述無人機接收到無線信號并執(zhí)行命令。

進一步的，所述攝像頭安置在攝像頭支架上，或安置在墻壁上或者懸掛在建筑物上。

進一步的，所述無人機包括四旋翼無人機、多旋翼無人機、小型無人機和魚鷹無人機。

進一步的，所述視覺定位系統(tǒng)能通過多目視覺坐標測量算法處理技術(shù)獲取無人機的姿態(tài)信息、位置信息和運動軌跡。

進一步的，所述控制平臺的控制模塊嵌在PC機中。

進一步的，所述控制模塊是無人機控制系統(tǒng)中的一部分，或者是與無人機控制系統(tǒng)通信的獨立模塊。

工作時，所述控制平臺通過所述視覺定位系統(tǒng)獲得所述無人機上所有標記點的位置，進而解算出無人機的姿態(tài)和軌跡，再通過控制模塊得到無人機上驅(qū)動電機的控制量，包括PWM信號和電機電壓信號，最后通過無線方式將控制量發(fā)送到所述無人機，所述無人機接收并執(zhí)行命令。

本發(fā)明中，所述控制平臺可直接控制無人機上的電機，因此在調(diào)試過程中可隨意設(shè)計控制模塊中的控制算法而不需要對無人機進行程序的燒錄，這樣極大地節(jié)省了調(diào)試時間，方便了調(diào)試。所述視覺定位系統(tǒng)(201)可無接觸測量出無人機的姿態(tài)和位置信息，調(diào)試環(huán)境高程度地逼近實際中的應(yīng)用環(huán)境，這樣調(diào)試出來的效果可以很好地與實際環(huán)境中的效果吻合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于外部視覺定位的無人機調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為驗證本發(fā)明實施例的有效性而提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為驗證本發(fā)明實施例的有效性而提供的四旋翼無人機；

其中，1為基于外部視覺定位的無人機調(diào)試系統(tǒng)、2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、201為視覺定位系統(tǒng)、202為攝像頭支架、203為視覺定位系統(tǒng)的可視區(qū)域、204為無人機飛行器、205為控制平臺、206為四旋翼無人機螺旋槳、207為標記點。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

這里的視覺定位系統(tǒng)布置在周圍，八個紅外攝像頭安裝在2m高的地方呈環(huán)形分布，每個攝像頭朝著環(huán)形的中央，無人機在攝像頭的可視區(qū)域內(nèi)飛行，由熒光粉制成的4個球形標記點安裝在無人機的上側(cè)，為了使調(diào)試環(huán)境與實際環(huán)境一致，這里的無人機與其他物體沒有任何物理連接。無人機在調(diào)試飛行過程中，安裝在無人機上的標記點可以被視覺定位系統(tǒng)系統(tǒng)捕捉到并解算出空間坐標。控制平臺由控制模塊和通信模塊組成，通信模塊為24L01無線通訊模塊，控制模塊為嵌入到PC機中的上位機，可以獲得無人機上多個標記點的空間坐標并通過四元素算法解算出無人機的姿態(tài)、位置和軌跡?？刂颇K中的控制算法通過獲得的姿態(tài)、位置和軌跡通過PID控制算法計算出下一步無人機上驅(qū)動電機的控制量，并通過24L01無線模塊發(fā)送到指令到無人機上。無人機接收到信號后，按照信號中的控制量控制驅(qū)動電機。這樣便形成了一個閉環(huán)調(diào)試?？刂扑惴梢灾苯釉诳刂破脚_上修改，省去了燒錄程序的過程。通過發(fā)送平穩(wěn)飛行的指令，可以實現(xiàn)無人機在可視區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的飛行，即在X,Y,Z上的坐標值趨于一個定值。

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

在本發(fā)明實施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，視覺定位系統(tǒng)檢測到無人機上標記點的位置發(fā)送到控制平臺上，控制平臺根據(jù)標記點的位置利用四元數(shù)法解算出無人機的歐拉角和三維坐標，并通過雙閉環(huán)PID控制算法得出響應(yīng)電機的控制量，再通過24L01無線模塊發(fā)送到無人機上。詳細過程如下：

1：如圖3所示的四旋翼無人機，當無人機向左傾斜的時候，即標記點1、3的位置要低于標記點2、4的位置。視覺定位系統(tǒng)將四個標記點的位置發(fā)送到控制平臺上；

2：控制平臺通過視覺定位系統(tǒng)識別出標記點1、3的位置要低于標記點2、4的位置，通過控制算法計算出了各個驅(qū)動電機的控制量，這里的控制量是PWM信號。為了使無人機的姿態(tài)保持平衡，1、3驅(qū)動電機的控制量要大于2、4驅(qū)動電機的控制量。并將驅(qū)動電機的控制量通過24L01無線模塊發(fā)送到無人機上；

3：無人機將接受到的信號進行處理，獲得了各個驅(qū)動電機的控制量，并相應(yīng)地控制各個驅(qū)動電機。此時1、3驅(qū)動電機的控制量要大于2、4驅(qū)動電機的控制量，因此也可以提供更大的升力，使無人機往右邊傾斜。

通過不斷地調(diào)整，最終無人機保持了穩(wěn)定的姿態(tài)。此調(diào)試平臺可以真實模擬實際中的各種情況，并且通過控制平臺上設(shè)計控制算法和調(diào)試，再通過24L01通信模塊發(fā)送指令去控制，可以實現(xiàn)一種便捷快速的調(diào)試，極大提高了調(diào)試效率。最終調(diào)試出來的無人機，在實際中也有同樣的性能。現(xiàn)有的無人機調(diào)試平臺多為基于基座式的調(diào)試，該調(diào)試方法由于空間的限制很難高程度地逼近實際的應(yīng)用環(huán)境，而本發(fā)明通過視覺定位系統(tǒng)檢測無人機的姿態(tài)和位置，很好地解決了此問題。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。