一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四旋翼無人機(jī)的室內(nèi)定位裝置，該裝置包括四旋翼無人機(jī)、超聲波模塊、陀螺儀，所述超聲波模塊在上層圓板分布有5個(gè)超聲波模塊，其中4個(gè)超聲波模塊每相鄰兩個(gè)呈90°，另一超聲波模塊在上層圓板的中心位置且開口方向向上，在下層圓板上中心位置放置一個(gè)超聲波模塊，其開口方向向下且與超聲波模塊在同一垂直面上，陀螺儀固定在上層圓板上，使其X軸方向與其中一個(gè)旋翼軸平行，Y軸在相鄰旋翼軸平行。一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位方法，該方法具有操作容易、計(jì)算簡(jiǎn)單，對(duì)于實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的計(jì)算資源要求低，在沒有GPS的情況下，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)室內(nèi)的定位，而且成本相對(duì)較低，更容易實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)在室內(nèi)的定位精度。
【專利說明】
一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及無人機(jī)室內(nèi)定位鄰域，尤其涉及一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，四旋翼無人機(jī)在地面?zhèn)刹旌捅O(jiān)視，情報(bào)獲取，高壓線、地震后的路面情況檢查，航拍和成像等方面的作用越來越明顯，而四旋翼無人機(jī)是一種具有四個(gè)輸入端和六個(gè)自由度的前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，機(jī)械結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且四旋翼無人機(jī)的四個(gè)旋翼之間能夠互相抵消扭矩，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)姿態(tài)和軌跡的控制。然而，對(duì)于四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位的研究卻很少，由于室內(nèi)的GPS信號(hào)相比于室外要弱很多，導(dǎo)致四旋翼無人機(jī)無法在室內(nèi)利用GPS進(jìn)行定位，不利于實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)在室內(nèi)的偵察，監(jiān)控以及室內(nèi)的環(huán)境的監(jiān)測(cè)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述提出的問題，本發(fā)明的目的在于提出了一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置及方法，是一種基于超聲波傳感器的四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位方法，用于解決四旋翼無人機(jī)的室內(nèi)定位問題。
[0004]本發(fā)明為了解決上述問題采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置，包括四旋翼無人機(jī)(1)、超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(5)、超聲波模塊(6)、超聲波模塊(7)、超聲波模塊(8)、陀螺儀(3)，所述超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(6)、超聲波模塊(7)四個(gè)模塊固定在四旋翼無人機(jī)上層圓板(10)位置上，且每兩個(gè)相鄰超聲波模塊成90°，超聲波模塊(5)、(8)分別固定在上層圓板(10)和下層圓板(9)上中心位置上，其開口方向分別向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺儀(3)固定在上層圓板(10)上，使其X軸方向與其中一個(gè)旋翼軸平行，Y軸與相鄰旋翼軸平行。
[0006]—種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位方法，其特征在于，其中分布在上層圓板(10)的超聲波模塊(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)地平面的位置，分布在上層圓板
(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以達(dá)到四旋翼無人機(jī)(I)室內(nèi)空間上的定位，陀螺儀(3)能保證四旋翼無人機(jī)(I)的飛行姿態(tài)以及超聲波模塊采集數(shù)據(jù)的方向，其步驟為:
[0007]I)在上層圓板(10)上與陀螺儀(3)X軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(4)、(7)采集的數(shù)據(jù)定義為X軸方向上的數(shù)據(jù)、與陀螺儀(3)Y軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(2)、(6)采集的數(shù)據(jù)定義為Y軸方向上的數(shù)據(jù)，上層圓板(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)采集的數(shù)據(jù)定義為Z軸上的數(shù)據(jù)。
[0008]2)超聲波模塊(4)、(7)采集的距離為L5、L6，超聲波模塊(2)、(6)采集的距離為L1、L2，超聲波模塊(5)、(8)采集的距離為L4、L3，根據(jù)上述采集來的數(shù)據(jù)可以建立以某個(gè)墻角為原點(diǎn)的室內(nèi)空間坐標(biāo)系，即室內(nèi)的長、寬、高分別為:L1+L2、L5+L6、L3+L4，室內(nèi)空間坐標(biāo)軸以陀螺儀(3)的X、Y軸為基準(zhǔn)建立，確立坐標(biāo)系后，可以得出四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)的空間坐標(biāo)為仏5丄1丄3)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、對(duì)于四旋翼無人機(jī)的室內(nèi)定位，該方法具有操作容易、計(jì)算簡(jiǎn)單。
[0011]2、對(duì)于實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)資源要求低，從而能夠有效將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上，以達(dá)到四旋翼無人機(jī)實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前位置信息。
[0012]3、在沒有GPS的情況下，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)室內(nèi)的定位。
[0013]4、該四旋翼無人機(jī)定位裝置相比于其它四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置成本要低，而且更容易實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的定位精度。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0015]圖1為四旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為陀螺儀在四旋翼無人機(jī)中的位置圖。
[0017]圖3為四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位計(jì)算方法圖。
[0018]圖4為四旋翼無人機(jī)室內(nèi)位置實(shí)時(shí)顯示原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參見圖1和圖2，一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置，包括四旋翼無人機(jī)(I)、超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(5)、超聲波模塊(6)、超聲波模塊(7)、超聲波模塊
(8)、陀螺儀(3)，所述超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(6)、超聲波模
[0020]塊(7)四個(gè)模塊固定在四旋翼無人機(jī)上層圓板(10)位置上，且每兩個(gè)相鄰超聲波模塊成90°，超聲波模塊(5)、(8)分別固定在上層圓板(10)和下層圓板(9)上中心位置上，其開口方向分別向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺儀(3)固定在上層圓板(10)上，使其X軸方向與其中一個(gè)旋翼軸平行，Y軸與相鄰旋翼軸平行。
[0021]參見圖1、圖2、圖3所示，一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位方法，其特征在于，其中分布在上層圓板(10)的超聲波模塊(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)地平面的位置，分布在上層圓板(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以達(dá)到四旋翼無人機(jī)(I)室內(nèi)空間上的定位，陀螺儀(3)能保證四旋翼無人機(jī)(I)的飛行姿態(tài)以及超聲波模塊采集數(shù)據(jù)的方向，其步驟為:
[0022]I)在上層圓板(10)上與陀螺儀(3)Χ軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(4)、(7)采集的數(shù)據(jù)定義為X軸方向上的數(shù)據(jù)、與陀螺儀(3)Υ軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(2)、(6)采集的數(shù)據(jù)定義為Y軸方向上的數(shù)據(jù)，上層圓板(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)采集的數(shù)據(jù)定義為Z軸上的數(shù)據(jù)。
[0023]2)超聲波模塊(4)、(7)采集的距離為L5、L6，超聲波模塊(2)、(6)采集的距離為L1、L2，超聲波模塊(5)、(8)采集的距離為L4、L3，根據(jù)上述采集來的數(shù)據(jù)可以建立以某個(gè)墻角為原點(diǎn)的室內(nèi)空間坐標(biāo)系，即室內(nèi)的長、寬、高分別為:L1+L2、L5+L6、L3+L4，
[0024]室內(nèi)空間坐標(biāo)軸以陀螺儀(3)的X、Y軸為基準(zhǔn)建立，確立坐標(biāo)系后，可以得出四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)的空間坐標(biāo)為(L5，LI，L3)。
[0025]參見圖4所示，四旋翼無人機(jī)室內(nèi)位置實(shí)時(shí)顯示原理圖，所述四旋翼無人機(jī)飛控板采用的控制器為STM32F103VCT6單片機(jī)，用于控制四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)，數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)信息的發(fā)送與接收；電調(diào)模塊完成四旋翼無人機(jī)無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn);慣性導(dǎo)航模塊由加速度計(jì)模塊、陀螺儀模塊、電子羅盤模塊組成，完成四旋翼無人機(jī)的姿態(tài)測(cè)量，為其平穩(wěn)飛行提供信息反饋;超聲波模塊測(cè)量四旋翼無人機(jī)在室內(nèi)當(dāng)前的位置信息;無線通信模塊采用NRF24L01，該模塊通過SPI通訊方式與單片機(jī)通訊，能將超聲波模塊采集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上的接收模塊，在上位機(jī)上通過對(duì)接收過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到四旋翼無人機(jī)室內(nèi)位置實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)顯示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位裝置，包括四旋翼無人機(jī)(I)、超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(5)、超聲波模塊(6)、超聲波模塊(7)、超聲波模塊(8)、陀螺儀(3)，所述超聲波模塊(2)、超聲波模塊(4)、超聲波模塊(6)、超聲波模塊(7)四個(gè)模塊固定在四旋翼無人機(jī)上層圓板(10)位置上，且每兩個(gè)相鄰超聲波模塊成90，超聲波模塊(5)、(8)分別固定在上層圓板(10)和下層圓板(9)上中心位置上，其開口方向分別向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺儀(3)固定在上層圓板(10)上，使其X軸方向與其中一個(gè)旋翼軸平行，Y軸與相鄰旋翼軸平行。2.—種四旋翼無人機(jī)室內(nèi)定位方法，其特征在于，其中分布在上層圓板(10)的超聲波模塊(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)地平面的位置，分布在上層圓板(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以達(dá)到四旋翼無人機(jī)(I)室內(nèi)空間上的定位，陀螺儀(3)能保證四旋翼無人機(jī)(I)的飛行姿態(tài)以及超聲波模塊采集數(shù)據(jù)的方向，其步驟為: 1)在上層圓板(10)上與陀螺儀(3)X軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(4)、(7)采集的數(shù)據(jù)定義為X軸方向上的數(shù)據(jù)、與陀螺儀(3)Y軸方向平行的一對(duì)超聲波模塊(2)、(6)采集的數(shù)據(jù)定義為Y軸方向上的數(shù)據(jù)，上層圓板(10)和下層圓板(9)上的超聲波模塊(5)、(8)采集的數(shù)據(jù)定義為Z軸上的數(shù)據(jù)； 2)超聲波模塊(4)、(7)采集的距離為L5、L6，超聲波模塊(2)、(6)采集的距離為L1、L2，超聲波模塊(5)、(8)采集的距離為L4、L3，根據(jù)上述采集來的數(shù)據(jù)可以建立以某個(gè)墻角為原點(diǎn)的室內(nèi)空間坐標(biāo)系，即室內(nèi)的長、寬、高分別為:L1+L2、L5+L6、L3+L4，室內(nèi)空間坐標(biāo)軸以陀螺儀(3)的X、Y軸為基準(zhǔn)建立，確立坐標(biāo)系后，可以得出四旋翼無人機(jī)(I)在室內(nèi)的空間坐標(biāo)為(L5，L1，L3)。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK106093865SQ201610538663
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】雷斌, 徐鵬成, 周亮, 易文, 陳浩, 蔣林
【申請(qǐng)人】武漢科技大學(xué)