一種新型無人機(jī)通用避障模塊及步驟的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，可廣泛用于各類無人機(jī)中。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類無人機(jī)層出不窮，無人機(jī)的保有量也直線上升。無人機(jī)廣泛用于偵察、勘測、航拍、表演、巡線等各種場合，世界范圍內(nèi)有大量的無人機(jī)使用者及愛好者。
[0003]由于大部分無人機(jī)的使用者屬于業(yè)余愛好者，在使用無人機(jī)的過程中會(huì)出現(xiàn)一系列的安全問題，其中最普遍的就是無人機(jī)與障礙物相撞而導(dǎo)致的無人機(jī)損壞以及對公共生命財(cái)產(chǎn)的威脅。對于大部分業(yè)余玩家來說，急需一套能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)避障功能的模塊。
[0004]而當(dāng)前市場上的大部分商業(yè)飛控都不是開源的，無法通過修改源碼以及加裝傳感器來實(shí)現(xiàn)避障。開源飛控如APM，Pixhawk等隨然源碼開放，硬件上也留有接口，但是由于代碼過于復(fù)雜，普通愛好者很難修改并使用，即使有專業(yè)人士修改后可以實(shí)現(xiàn)避障，但是隨著固件的升級(jí)需要重新修改源碼，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且難度較高。而較簡單的飛控如MWC、匿名四軸等雖然代碼和硬件相對簡單，但是其功能和留出的接口有限，難以滿足廣大無人機(jī)愛好者的要求?，F(xiàn)在對無人機(jī)避障的相關(guān)研究較多，但這些研究成果不具有普遍性，即只能用于開發(fā)者使用的特殊的無人機(jī)上，無法實(shí)現(xiàn)模塊化和商業(yè)化。
[0005]本發(fā)明提供一套簡單的無人機(jī)避障模塊，安裝和使用都十分簡單，可以有效避免無人機(jī)與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個(gè)簡單設(shè)置就能夠安裝在各類無人機(jī)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種通用的無人機(jī)避障模塊，安裝在遙控信號(hào)解碼器與無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中間，通過距離傳感器實(shí)時(shí)探測并判斷無人機(jī)前進(jìn)方向上是否存在障礙物:如果未探測到障礙物或探測到的障礙物較遠(yuǎn)不對飛行安全構(gòu)成威脅，避障模塊會(huì)將解碼后的遙控信號(hào)直接傳送給無人機(jī)飛控，這時(shí)無人機(jī)直接由人工操控。如果在前進(jìn)方向探測到的障礙物較近并判斷已經(jīng)對飛行安全構(gòu)成威脅，避障模塊會(huì)自動(dòng)切斷遙控器與飛控之間的通路，改由避障模塊輸出無人機(jī)的控制信號(hào)，避障模塊會(huì)自動(dòng)規(guī)劃飛行路徑，完成避障。完成避障并判斷前進(jìn)方向不存在撞機(jī)危險(xiǎn)后，避障模塊會(huì)打開遙控器與飛控之間的通路，將無人機(jī)的控制權(quán)交還給使用者。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種新型無人機(jī)通用避障模塊，本發(fā)明特征是，由距離傳感器，慣性傳感器(加速度計(jì)、陀螺儀)、單片機(jī)以及無線通信模塊組成；其連接結(jié)構(gòu)為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機(jī)，慣性傳感器還與無線通信模塊連接；單片機(jī)還分別連接無人機(jī)飛控、遙控接收機(jī)；其中，距離傳感器用于探測無人機(jī)與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補(bǔ)償因無人機(jī)飛行時(shí)的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負(fù)責(zé)傳輸無人機(jī)的飛行狀態(tài)，單片機(jī)用于數(shù)據(jù)的處理，其工作步驟為:
步驟1:無人機(jī)飛行過程中，距離傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測前方障礙物的距離，單片機(jī)通過濾波算法修正該距離，然后再根據(jù)慣性傳感器的值計(jì)算飛機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的姿態(tài)角度，從而補(bǔ)償因飛行過程中飛機(jī)傾斜而造成的距離誤差；并將該距離通過無線模塊傳輸至地面；
步驟2:程序會(huì)判斷當(dāng)前時(shí)刻的距離是否對飛行安全構(gòu)成了威脅，如果構(gòu)了威脅，轉(zhuǎn)步驟3，如未構(gòu)成威脅，轉(zhuǎn)步驟6 ；
步驟3:單片機(jī)會(huì)切斷解碼器與飛控之間的通路，獲得無人機(jī)的控制權(quán)，程序會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的避障方向控制無人機(jī)上下或左右飛行；
步驟4:當(dāng)判斷已經(jīng)達(dá)到安全距離的時(shí)候，避障模塊會(huì)運(yùn)行內(nèi)部的避障算法規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機(jī)繞過障礙物；
步驟5:當(dāng)判斷繞過障礙物后，避障模塊控制無人機(jī)回到之前前進(jìn)方向的直線上，并將控制權(quán)交還給用戶，至此避障完成；
步驟6:用戶繼續(xù)控制無人機(jī)飛行，回到步驟I。
[0008]本發(fā)明安裝在遙控信號(hào)的解碼器與無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中間，通過對遙控信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)發(fā)送給無人機(jī)的飛控，以完成對無人機(jī)飛行的控制。
[0009]本發(fā)明通過距離傳感器實(shí)時(shí)測量飛行前進(jìn)方向上的障礙物與無人機(jī)之間的距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給避障模塊上的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理過程中對傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以獲得當(dāng)前時(shí)刻更準(zhǔn)確的無人機(jī)與障礙物的距離信息。同時(shí)將慣性傳感單元測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，通過解算可以得到當(dāng)前時(shí)刻無人機(jī)的姿態(tài)角度。將算得的姿態(tài)角與無人機(jī)與障礙物的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可以補(bǔ)償由于無人機(jī)飛行時(shí)由于傾斜而導(dǎo)致的距離誤差。程序會(huì)判斷經(jīng)過補(bǔ)償后較為準(zhǔn)確的無人機(jī)與障礙物之間的距離是否會(huì)對飛行安全構(gòu)成威脅。如果判斷未對飛行安全構(gòu)成威脅，避障模塊不會(huì)對解碼器發(fā)送來的信號(hào)進(jìn)行處理，直接將信號(hào)發(fā)送給飛控；如果避障模塊判斷前方障礙物會(huì)對無人機(jī)的飛行安全構(gòu)成威脅，則會(huì)切斷解碼器與飛控之間的直接通路，從而獲得無人機(jī)的控制權(quán)，通過按照預(yù)先設(shè)定的避障方式繞開障礙物，當(dāng)避障模塊判斷障礙物已被繞過并且前方不存在障礙物或前方的障礙物暫未對飛行安全構(gòu)成威脅后，避障模塊會(huì)打開解碼器與飛控之間的通路，將無人機(jī)的控制權(quán)交還給用戶。無線通信模塊可以將當(dāng)前的飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給無人機(jī)的操作者，可以讓操作者知道當(dāng)前時(shí)刻無人機(jī)與障礙物的距離以及無人機(jī)是處在正常飛行模式或者避障模式下。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定、可靠，可以有效避免無人機(jī)與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個(gè)簡單設(shè)置就能夠安裝在各類無人機(jī)上。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的無人機(jī)避障過程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1，一種新型無人機(jī)通用避障模塊，本發(fā)明特征是，由距離傳感器，慣性傳感器(加速度計(jì)、陀螺儀)、單片機(jī)以及無線通信模塊組成；其連接結(jié)構(gòu)為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機(jī)，慣性傳感器還與無線通信模塊連接；單片機(jī)還分別連接無人機(jī)飛控、遙控接收機(jī)；其工作步驟為:(如圖2)
步驟1:無人機(jī)飛行過程中，距離傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測前方障礙物的距離，單片機(jī)通過濾波算法修正該距離，然后再根據(jù)慣性傳感器的值計(jì)算飛機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的姿態(tài)角度，從而補(bǔ)償因飛行過程中飛機(jī)傾斜而造成的距離誤差；并將該距離通過無線模塊傳輸至地面；
步驟2:程序會(huì)判斷當(dāng)前時(shí)刻的距離是否對飛行安全構(gòu)成了威脅，如果構(gòu)了威脅，轉(zhuǎn)步驟3，如未構(gòu)成威脅，轉(zhuǎn)步驟6 ；
步驟3:單片機(jī)會(huì)切斷解碼器與飛控之間的通路，獲得無人機(jī)的控制權(quán)，程序會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的避障方向控制無人機(jī)上下或左右飛行；
步驟4:當(dāng)判斷已經(jīng)達(dá)到安全距離的時(shí)候，避障模塊會(huì)運(yùn)行內(nèi)部的避障算法規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機(jī)繞過障礙物；
步驟5:當(dāng)判斷繞過障礙物后，避障模塊控制無人機(jī)回到之前前進(jìn)方向的直線上，并將控制權(quán)交還給用戶，至此避障完成；
步驟6:用戶繼續(xù)控制無人機(jī)飛行，回到步驟I。
[0015]本發(fā)明安裝在遙控信號(hào)的解碼器與無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中間，通過對遙控信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)發(fā)送給無人機(jī)的飛控，以完成對無人機(jī)飛行的控制。
[0016]本發(fā)明通過距離傳感器實(shí)時(shí)測量飛行前進(jìn)方向上的障礙物與無人機(jī)之間的距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給避障模塊上的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理過程中對傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以獲得當(dāng)前時(shí)刻更準(zhǔn)確的無人機(jī)與障礙物的距離信息。同時(shí)將慣性傳感單元測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，通過解算可以得到當(dāng)前時(shí)刻無人機(jī)的姿態(tài)角度。將算得的姿態(tài)角與無人機(jī)與障礙物的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可以補(bǔ)償由于無人機(jī)飛行時(shí)由于傾斜而導(dǎo)致的距離誤差。程序會(huì)判斷經(jīng)過補(bǔ)償后較為準(zhǔn)確的無人機(jī)與障礙物之間的距離是否會(huì)對飛行安全構(gòu)成威脅。如果判斷未對飛行安全構(gòu)成威脅，避障模塊不會(huì)對解碼器發(fā)送來的信號(hào)進(jìn)行處理，直接將信號(hào)發(fā)送給飛控；如果避障模塊判斷前方障礙物會(huì)對無人機(jī)的飛行安全構(gòu)成威脅，則會(huì)切斷解碼器與飛控之間的直接通路，從而獲得無人機(jī)的控制權(quán)，通過按照預(yù)先設(shè)定的避障方式繞開障礙物，當(dāng)避障模塊判斷障礙物已被繞過并且前方不存在障礙物或前方的障礙物暫未對飛行安全構(gòu)成威脅后，避障模塊會(huì)打開解碼器與飛控之間的通路，將無人機(jī)的控制權(quán)交還給用戶。無線通信模塊可以將當(dāng)前的飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給無人機(jī)的操作者，可以讓操作者知道當(dāng)前時(shí)刻無人機(jī)與障礙物的距離以及無人機(jī)是處在正常飛行模式或者避障模式下。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型無人機(jī)通用避障模塊，其特征是，由距離傳感器，慣性傳感器、單片機(jī)以及無線通信模塊組成；其連接結(jié)構(gòu)為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機(jī)；單片機(jī)還分別連接無人機(jī)飛控、遙控接收機(jī)；其中，距離傳感器用于探測無人機(jī)與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補(bǔ)償因無人機(jī)飛行時(shí)的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負(fù)責(zé)傳輸無人機(jī)的飛行狀態(tài)，單片機(jī)用于數(shù)據(jù)的處理，其工作步驟為: 步驟1:無人機(jī)飛行過程中，距離傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測前方障礙物的距離，單片機(jī)通過濾波算法修正該距離，然后再根據(jù)慣性傳感器的值計(jì)算飛機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的姿態(tài)角度，從而補(bǔ)償因飛行過程中飛機(jī)傾斜而造成的距離誤差，并將該距離通過無線模塊傳輸至地面； 步驟2:程序會(huì)判斷當(dāng)前時(shí)刻的距離是否對飛行安全構(gòu)成了威脅，如果構(gòu)了威脅，轉(zhuǎn)步驟3，如未構(gòu)成威脅，轉(zhuǎn)步驟6 ； 步驟3:單片機(jī)會(huì)切斷解碼器與飛控之間的通路，獲得無人機(jī)的控制權(quán)；程序會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的避障方向控制無人機(jī)上下或左右飛行； 步驟4:當(dāng)判斷已經(jīng)達(dá)到安全距離的時(shí)候，避障模塊會(huì)運(yùn)行內(nèi)部的避障算法規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機(jī)繞過障礙物； 步驟5:當(dāng)判斷繞過障礙物后，避障模塊控制無人機(jī)回到之前前進(jìn)方向的直線上，并將控制權(quán)交還給用戶，至此避障完成； 步驟6:用戶繼續(xù)控制無人機(jī)飛行，回到步驟I。
【專利摘要】一種新型無人機(jī)通用避障模塊，本發(fā)明由距離傳感器，慣性傳感器、單片機(jī)以及無線通信模塊組成；其連接結(jié)構(gòu)為：距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機(jī)；單片機(jī)還分別連接無人機(jī)飛控、遙控接收機(jī)；其中，距離傳感器用于探測無人機(jī)與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補(bǔ)償因無人機(jī)飛行時(shí)的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負(fù)責(zé)傳輸無人機(jī)的飛行狀態(tài)，單片機(jī)用于數(shù)據(jù)的處理。本發(fā)明的有益效果是，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定、可靠，可以有效避免無人機(jī)與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個(gè)簡單設(shè)置就能夠安裝在各類無人機(jī)上。
【IPC分類】G05D1-10
【公開號(hào)】CN104656665
【申請?zhí)枴緾N201510099457
【發(fā)明人】劉世釗, 鄭欣, 劉榮海, 吳章勤
【申請人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月6日