一種無人飛行器實時測速裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及無人飛行器領(lǐng)域，尤其涉及一種無人飛行器實時測速裝置，通過設(shè)置在無人飛行器底部的攝像頭獲取連續(xù)兩幀的圖像數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)計算得到光流，再結(jié)合超聲波測距裝置可以測得無人飛行器的高度數(shù)據(jù)、陀螺儀可以測得無人飛行器的角加速度數(shù)據(jù)、加速度傳感器可以測得無人飛行器的加速度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理裝置可計算得到無人飛行器的實時速度。本方案采用多種傳感器和多個計算模塊，實現(xiàn)了無人飛行器速度的實時監(jiān)測。通過采集了無人飛行器的高度、加速度、角加速度等姿態(tài)數(shù)據(jù)，并且結(jié)合圖像光流算法，計算得到更加精確的實時速度，本方案的實施不局限在室外，在室內(nèi)環(huán)境同樣可以檢測到更加精確的實時速度。
【專利說明】
一種無人飛行器實時測速裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及無人飛行器領(lǐng)域，尤其涉及一種無人飛行器實時測速裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，無人飛行器在各行各業(yè)的應(yīng)用有了飛速發(fā)展，出現(xiàn)了更多智能型無人飛行器。而隨著飛行速度及飛行高度的不斷增加，對無人飛行器本身性能要求也不斷提高，對在各種環(huán)境下無人飛行器實時速度、高度信息的準(zhǔn)確監(jiān)測成為重要議題。這些實時信息的準(zhǔn)確與穩(wěn)定，對智能型無人飛行器的發(fā)展有著重要意義。
[0003]無人飛行器自身帶有許多傳感器用于監(jiān)測自身姿態(tài)，但只能對速度進(jìn)行一定的估計，雖然通過GPS可以計算得到當(dāng)前實時速度，但是需要時刻能夠搜到衛(wèi)星，方能實施。
[0004]因此，有必要提供一種無人飛行器實時測速裝置，無需通過衛(wèi)星獲取當(dāng)前實時的速度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種無人飛行器實時測速裝置，無需通過衛(wèi)星即可監(jiān)測得到該無人飛行器的當(dāng)前實時速度。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種無人飛行器實時測速裝置，包括:攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀、加速度傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置;所述攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀和加速度傳感器分別與數(shù)據(jù)處理裝置連接；
[0008]所述攝像頭和超聲波測距裝置設(shè)置在無人飛行器底部;所述超聲波測距裝置的測距探頭豎直向下;所述陀螺儀、加速度傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置在無人飛行器內(nèi)部。
[0009]進(jìn)一步的，還包括平衡檢測模塊，所述平衡檢測模塊與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
[0010]進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在無人飛行器底部的警示燈;所述警示燈與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
[0011]進(jìn)一步的，還包括電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池和電源管理電路；
[0012]所述電源管理電路與所述鋰電池連接，所述電源管理電路分別與所述數(shù)據(jù)處理裝置、攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀、加速度傳感器、平衡檢測模塊和警示燈連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述電源模塊還包括太陽能轉(zhuǎn)換電路，所述太陽能轉(zhuǎn)換電路與所述電源管理電路連接。
[0014]本實用新型的有益效果在于:通過設(shè)置在無人飛行器底部的攝像頭獲取連續(xù)兩幀的圖像數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)計算得到光流，再結(jié)合超聲波測距裝置可以測得無人飛行器的高度數(shù)據(jù)、陀螺儀可以測得無人飛行器的角加速度數(shù)據(jù)、加速度傳感器可以測得無人飛行器的加速度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理裝置可計算得到無人飛行器的實時速度。本技術(shù)方案采用多種傳感器和多個計算模塊，實現(xiàn)了無人飛行器速度的實時監(jiān)測。目前無人飛行器測速方面，精確度較高的是基于GPS數(shù)據(jù)和飛行器慣導(dǎo)的測速，但是其局限于室外環(huán)境，即為能夠收到GPS信號的地方。通過采集了無人飛行器的高度、加速度、角加速度等姿態(tài)數(shù)據(jù)，并且結(jié)合圖像光流算法，計算得到更加精確的實時速度，本技術(shù)方案的實施不局限在室外，在室內(nèi)環(huán)境同樣可以檢測到更加精確的實時速度。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的無人飛行器實時測速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]標(biāo)號說明:
[0017]1、攝像頭;2、超聲波測距裝置;3、陀螺儀;4、加速度傳感器;5、數(shù)據(jù)處理裝置。
【具體實施方式】
[0018]為詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖予以說明。
[0019]本實用新型最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:通過在無人飛行器底部設(shè)置攝像頭和超聲波測距裝置，在無人飛行器內(nèi)部設(shè)置陀螺儀、加速度傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置，通過多個傳感器獲取到的數(shù)據(jù)再結(jié)合數(shù)據(jù)處理裝置的計算可得到無人飛行器更加精確的實時速度，并且無需通過衛(wèi)星，因此無需局限在室外實施。
[0020]請參照圖1，本實用新型提供的一種無人飛行器實時測速裝置，包括:攝像頭1、超聲波測距裝置2、陀螺儀3、加速度傳感器4和數(shù)據(jù)處理裝置5;所述攝像頭1、超聲波測距裝置
2、陀螺儀3和加速度傳感器4分別與數(shù)據(jù)處理裝置5連接；
[0021]所述攝像頭I和超聲波測距裝置2設(shè)置在無人飛行器底部;所述超聲波測距裝置2的測距探頭豎直向下;所述陀螺儀3、加速度傳感器4和數(shù)據(jù)處理裝置5設(shè)置在無人飛行器內(nèi)部。
[0022]從上述描述可知，本實用新型的有益效果在于:通過設(shè)置在無人飛行器底部的攝像頭獲取連續(xù)兩幀的圖像數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)計算得到光流，再結(jié)合超聲波測距裝置可以測得無人飛行器的高度數(shù)據(jù)、陀螺儀可以測得無人飛行器的角加速度數(shù)據(jù)、加速度傳感器可以測得無人飛行器的加速度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理裝置可計算得到無人飛行器的實時速度。本技術(shù)方案采用多種傳感器和多個計算模塊，實現(xiàn)了無人飛行器速度的實時監(jiān)測。目前無人飛行器測速方面，精確度較高的是基于GPS數(shù)據(jù)和飛行器慣導(dǎo)的測速，但是其局限于室外環(huán)境，即為能夠收到GPS信號的地方。通過采集了無人飛行器的高度、加速度、角加速度等姿態(tài)數(shù)據(jù)，并且結(jié)合圖像光流算法，計算得到更加精確的實時速度，本技術(shù)方案的實施不局限在室外，在室內(nèi)環(huán)境同樣可以檢測到更加精確的實時速度。
[0023]進(jìn)一步的，還包括平衡檢測模塊，所述平衡檢測模塊與數(shù)據(jù)處理裝置5連接。
[0024]由上述描述可知，所述平衡檢測模塊用于檢測無人飛行器的平衡狀態(tài)，且在檢測到所述無人飛行器不平衡時輸出飛行異常信息至所述數(shù)據(jù)處理裝置，以通過數(shù)據(jù)處理裝置輸出飛行控制信號至無人飛行器的飛行驅(qū)動模塊調(diào)整無人機的狀態(tài)。
[0025]進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在無人飛行器底部的警示燈;所述警示燈與數(shù)據(jù)處理裝置5連接。
[0026]由上述描述可知，所述警示燈用于數(shù)據(jù)處理裝置接收到飛行異常信息時，開啟警示燈閃爍，起警示作用。
[0027]進(jìn)一步的，還包括電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池和電源管理電路；
[0028]所述電源管理電路與所述鋰電池連接，所述電源管理電路分別與所述數(shù)據(jù)處理裝置5、攝像頭1、超聲波測距裝置2、陀螺儀3、加速度傳感器4、平衡檢測模塊和警示燈連接。
[0029]由上述描述可知，所述電源管理電路用于將鋰電池的電壓轉(zhuǎn)換為無人飛行器的各個模塊所需的工作電壓，并監(jiān)測所述鋰電池的電量。
[0030]進(jìn)一步的，所述電源模塊還包括太陽能轉(zhuǎn)換電路，所述太陽能轉(zhuǎn)換電路與所述電源管理電路連接。
[0031]由上述描述可知，所述太陽能轉(zhuǎn)換電路在無人飛行器飛行時獲取電能，并通過所述電源管理電路將所獲取的電能輸出給鋰電池充電和無人飛行器的各個模塊供電。
[0032]請參照圖1，本實用新型的實施例一為:
[0033]本實用新型提供了一種無人飛行器實時測速裝置，包括:攝像頭1、超聲波測距裝置2、陀螺儀3、加速度傳感器4和數(shù)據(jù)處理裝置5;所述攝像頭1、超聲波測距裝置2、陀螺儀3和加速度傳感器4分別與數(shù)據(jù)處理裝置5連接；
[0034]所述攝像頭I和超聲波測距裝置2設(shè)置在無人飛行器底部;所述超聲波測距裝置2的測距探頭豎直向下;所述陀螺儀3、加速度傳感器4和數(shù)據(jù)處理裝置5設(shè)置在無人飛行器內(nèi)部。
[0035]所述無人飛行器實時測速裝置還包括平衡檢測模塊，所述平衡檢測模塊與數(shù)據(jù)處理裝置5連接。所述平衡檢測模塊用于檢測無人飛行器的平衡狀態(tài)，且在檢測到所述無人飛行器不平衡時輸出飛行異常信息至所述數(shù)據(jù)處理裝置，以通過數(shù)據(jù)處理裝置輸出飛行控制信號至無人飛行器的飛行驅(qū)動模塊調(diào)整無人機的狀態(tài)。
[0036]所述無人飛行器實時測速裝置還包括設(shè)置在無人飛行器底部的警示燈;所述警示燈與數(shù)據(jù)處理裝置5連接。所述警示燈用于數(shù)據(jù)處理裝置接收到飛行異常信息時，開啟警示燈閃爍，起警示作用。
[0037]所述無人飛行器實時測速裝置還包括電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池和電源管理電路;所述電源管理電路與所述鋰電池連接，所述電源管理電路分別與所述數(shù)據(jù)處理裝置5、攝像頭1、超聲波測距裝置2、陀螺儀3、加速度傳感器4、平衡檢測模塊和警示燈連接。所述電源管理電路用于將鋰電池的電壓轉(zhuǎn)換為無人飛行器的各個模塊所需的工作電壓，并監(jiān)測所述鋰電池的電量。所述電源模塊還包括太陽能轉(zhuǎn)換電路，所述太陽能轉(zhuǎn)換電路與所述電源管理電路連接。所述太陽能轉(zhuǎn)換電路在無人飛行器飛行時獲取電能，并通過所述電源管理電路將所獲取的電能輸出給鋰電池充電和無人飛行器的各個模塊供電。
[0038]本實用新型的無人飛行器實時測速裝置的使用方法具體為:
[0039]預(yù)設(shè)無人飛行器上攝像頭的焦距數(shù)據(jù)f、感光元件尺寸的數(shù)據(jù)△X和連續(xù)兩幀圖像的時間間隔數(shù)據(jù)t;設(shè)置在無人飛行器上的攝像頭獲取連續(xù)兩幀的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)Kanade-Lucas-Tomasi算法【如下參考文獻(xiàn)I】和塊匹配算法【如下參考文獻(xiàn)2】對兩幅圖像計算各像素點的光流，然后采用最大概率統(tǒng)計法，計算出當(dāng)前時刻圖像的光流flow_V;所述光流的計算方法包括但是不限于金字塔模型，Kanade-Lucas-Tomasi算法和塊匹配等；參考文獻(xiàn)如下:
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[0042]獲取無人飛行器當(dāng)前時刻的高度數(shù)據(jù)h、角加速度數(shù)據(jù)α和加速度數(shù)據(jù)a，根據(jù)所述焦距數(shù)據(jù)f、感光元件尺寸的數(shù)據(jù)△ X、時間間隔數(shù)據(jù)t、光流f low_v、高度數(shù)據(jù)h和角加速度數(shù)據(jù)α，計算得到當(dāng)前時刻無人飛行器的速度Vl;具體為:將上述的高度數(shù)據(jù)h、角加速度數(shù)據(jù)α、焦距數(shù)據(jù)f、感光元件尺寸的數(shù)據(jù)Δχ、時間間隔數(shù)據(jù)t和光流flow_v，代入式I中，計算得到當(dāng)前時刻無人飛行器的速度Vl;
[0043]vl = (flow_v-a*t*f/A x)/t/f* Δ x*h 式 I;
[0044]其中無人飛行器當(dāng)前時刻的高度數(shù)據(jù)h是通過在無人飛行器的底部設(shè)置超聲波測距裝置，所述超聲波測距裝置包括收發(fā)分立的雙頭超聲波和收發(fā)合一的單頭超聲波，通過該超聲波測距裝置的測距探頭可以采集到無人飛行器的底部到地面的高度數(shù)據(jù)h;
[0045]其中無人飛行器當(dāng)前時刻的角加速度數(shù)據(jù)α是通過在無人飛行器上設(shè)置陀螺儀3，通過陀螺儀3采集無人飛行器的三軸角加速度數(shù)據(jù)；
[0046]其中無人飛行器當(dāng)前時刻的加速度數(shù)據(jù)a是通過在無人飛行器上設(shè)置加速度傳感器采集無人飛行器的三軸加速度數(shù)據(jù)；
[0047]陀螺儀模塊和加速度傳感器二者集成在無人飛行器中；
[0048]根據(jù)計算得到的當(dāng)前時刻無人飛行器的速度vl、獲取的無人飛行器的加速度數(shù)據(jù)a以及時間間隔數(shù)據(jù)t，計算得到下一時刻預(yù)測的速度；
[0049]具體為:將上述的vl、a和t代入式2，計算得下一時刻預(yù)測的速度v2;
[0050]v2 = vl+a*t 式2;
[0051]根據(jù)所述時間間隔數(shù)據(jù)t、高度數(shù)據(jù)h、焦距數(shù)據(jù)f、感光元件尺寸數(shù)據(jù)Δχ以及計算得到的下一時刻預(yù)測的速度ν2，計算得到下一時刻的像素距離數(shù)據(jù)pre_flow_v ；
[0052]具體為:將上述的^八1和￥2代入式3，計算得下一時刻的像素距離數(shù)據(jù)?作_flow_v；
[0053]所述像素距離的計算公式為:pre_flow_v = v2*t/h*f/A X 式3;
[0054]通過當(dāng)前時刻的光流數(shù)據(jù)flow_v和計算得到的下一時刻的像素距離數(shù)據(jù)pre_flow_v，計算得到下一時刻的光流數(shù)據(jù)flow_v，；
[0055]具體為:將上述的flow_v代入式4，計算得下一時刻的光流數(shù)據(jù)f 1w^' ；
[0056]flow_v’=flow_v+pre_flow_v 式 4;
[0057]獲取無人飛行器下一時刻的高度數(shù)據(jù)h’和角加速度數(shù)據(jù)α’，根據(jù)所述時間間隔數(shù)據(jù)t、焦距數(shù)據(jù)f、感光元件尺寸數(shù)據(jù)A X、計算得到的下一時刻的光流數(shù)據(jù)flow_v’、獲取的下一時刻的高度數(shù)據(jù)h’和角加速度數(shù)據(jù)α’，計算得到下一時刻的速度。將上述參數(shù)代入式I，即可得到下一時刻的精確速度。
[0058]綜上所述，本實用新型提供的一種無人飛行器實時測速裝置，通過設(shè)置在無人飛行器底部的攝像頭獲取連續(xù)兩幀的圖像數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)計算得到光流，再結(jié)合超聲波測距裝置可以測得無人飛行器的高度數(shù)據(jù)、陀螺儀可以測得無人飛行器的角加速度數(shù)據(jù)、加速度傳感器可以測得無人飛行器的加速度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理裝置可計算得到無人飛行器的實時速度。本技術(shù)方案采用多種傳感器和多個計算模塊，實現(xiàn)了無人飛行器速度的實時監(jiān)測。目前無人飛行器測速方面，精確度較高的是基于GPS數(shù)據(jù)和飛行器慣導(dǎo)的測速，但是其局限于室外環(huán)境，即為能夠收到GPS信號的地方。通過采集了無人飛行器的高度、加速度、角加速度等姿態(tài)數(shù)據(jù)，并且結(jié)合圖像光流算法，計算得到更加精確的實時速度，本技術(shù)方案的實施不局限在室外，在室內(nèi)環(huán)境同樣可以檢測到更加精確的實時速度。
[0059]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種無人飛行器實時測速裝置，其特征在于，包括:攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀、加速度傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置;所述攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀和加速度傳感器分別與數(shù)據(jù)處理裝置連接； 所述攝像頭和超聲波測距裝置設(shè)置在無人飛行器底部;所述超聲波測距裝置的測距探頭豎直向下;所述陀螺儀、加速度傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置在無人飛行器內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人飛行器實時測速裝置，其特征在于，還包括平衡檢測模塊，所述平衡檢測模塊與數(shù)據(jù)處理裝置連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人飛行器實時測速裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在無人飛行器底部的警示燈;所述警示燈與數(shù)據(jù)處理裝置連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人飛行器實時測速裝置，其特征在于，還包括電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池和電源管理電路； 所述電源管理電路與所述鋰電池連接，所述電源管理電路分別與所述數(shù)據(jù)處理裝置、攝像頭、超聲波測距裝置、陀螺儀、加速度傳感器、平衡檢測模塊和警示燈連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無人飛行器實時測速裝置，其特征在于，所述電源模塊還包括太陽能轉(zhuǎn)換電路，所述太陽能轉(zhuǎn)換電路與所述電源管理電路連接。
【文檔編號】G01S15/02GK205539050SQ201620197821
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】高建民
【申請人】深圳市高巨創(chuàng)新科技開發(fā)有限公司