一種新型無人機通用避障模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無人機控制技術領域，可廣泛用于各類無人機中。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電子技術的發(fā)展，各類無人機層出不窮，無人機的保有量也直線上升。無人機廣泛用于偵察、勘測、航拍、表演、巡線等各種場合，世界范圍內(nèi)有大量的無人機使用者及愛好者。
[0003]由于大部分無人機的使用者屬于業(yè)余愛好者，在使用無人機的過程中會出現(xiàn)一系列的安全問題，其中最普遍的就是無人機與障礙物相撞而導致的無人機損壞以及對公共生命財產(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)無人機避障功能的模塊。
[0004]而當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)人士修改后可以實現(xiàn)避障，但是隨著固件的升級需要重新修改源碼，費時費力且難度較高。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愛好者的要求?，F(xiàn)在對無人機避障的相關研宄較多，但這些研宄成果不具有普遍性，即只能用于開發(fā)者使用的特殊的無人機上，無法實現(xiàn)模塊化和商業(yè)化。
[0005]本實用新型提供一套簡單的無人機避障模塊，安裝和使用都十分簡單，可以有效避免無人機與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個簡單設置就能夠安裝在各類無人機上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型提供一種通用的無人機避障模塊，安裝在遙控信號解碼器與無人機的飛行控制系統(tǒng)中間，通過距離傳感器實時探測并判斷無人機前進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不對飛行安全構成威脅，避障模塊會將解碼后的遙控信號直接傳送給無人機飛控，這時無人機直接由人工操控。如果在前進方向探測到的障礙物較近并判斷已經(jīng)對飛行安全構成威脅，避障模塊會自動切斷遙控器與飛控之間的通路，改由避障模塊輸出無人機的控制信號，避障模塊會自動規(guī)劃飛行路徑，完成避障。完成避障并判斷前進方向不存在撞機危險后，避障模塊會打開遙控器與飛控之間的通路，將無人機的控制權交還給使用者。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0008]一種新型無人機通用避障模塊，本實用新型特征是，由距離傳感器，慣性傳感器(加速度計、陀螺儀)、單片機以及無線通信模塊組成；其連接結構為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機，慣性傳感器還與無線通信模塊連接；單片機還分別連接無人機飛控、遙控接收機；其中，距離傳感器用于探測無人機與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補償因無人機飛行時的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負責傳輸無人機的飛行狀態(tài)，單片機用于數(shù)據(jù)的處理，其工作步驟為:
[0009]步驟1:無人機飛行過程中，距離傳感器會實時檢測前方障礙物的距離，單片機通過濾波算法修正該距離，然后再根據(jù)慣性傳感器的值計算飛機當前時刻的姿態(tài)角度，從而補償因飛行過程中飛機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；
[0010]步驟2:程序會判斷當前時刻的距離是否對飛行安全構成了威脅，如果構了威脅，轉(zhuǎn)步驟3，如未構成威脅，轉(zhuǎn)步驟6 ；
[0011]步驟3:單片機會切斷解碼器與飛控之間的通路，獲得無人機的控制權，程序會按照預先設定好的避障方向控制無人機上下或左右飛行；
[0012]步驟4:當判斷已經(jīng)達到安全距離的時候，避障模塊會運行內(nèi)部的避障算法規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機繞過障礙物；
[0013]步驟5:當判斷繞過障礙物后，避障模塊控制無人機回到之前前進方向的直線上，并將控制權交還給用戶，至此避障完成；
[0014]步驟6:用戶繼續(xù)控制無人機飛行，回到步驟I。
[0015]本實用新型安裝在遙控信號的解碼器與無人機的飛行控制系統(tǒng)中間，通過對遙控信號進行處理，再將處理后的信號發(fā)送給無人機的飛控，以完成對無人機飛行的控制。
[0016]本實用新型通過距離傳感器實時測量飛行前進方向上的障礙物與無人機之間的距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給避障模塊上的單片機進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理過程中對傳回來的數(shù)據(jù)進行濾波，以獲得當前時刻更準確的無人機與障礙物的距離信息。同時將慣性傳感單元測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，通過解算可以得到當前時刻無人機的姿態(tài)角度。將算得的姿態(tài)角與無人機與障礙物的距離進行數(shù)據(jù)融合，可以補償由于無人機飛行時由于傾斜而導致的距離誤差。程序會判斷經(jīng)過補償后較為準確的無人機與障礙物之間的距離是否會對飛行安全構成威脅。如果判斷未對飛行安全構成威脅，避障模塊不會對解碼器發(fā)送來的信號進行處理，直接將信號發(fā)送給飛控；如果避障模塊判斷前方障礙物會對無人機的飛行安全構成威脅，則會切斷解碼器與飛控之間的直接通路，從而獲得無人機的控制權，通過按照預先設定的避障方式繞開障礙物，當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成威脅后，避障模塊會打開解碼器與飛控之間的通路，將無人機的控制權交還給用戶。無線通信模塊可以將當前的飛行數(shù)據(jù)實時發(fā)送給無人機的操作者，可以讓操作者知道當前時刻無人機與障礙物的距離以及無人機是處在正常飛行模式或者避障模式下。
[0017]本實用新型的有益效果是，具有結構簡單，穩(wěn)定、可靠，可以有效避免無人機與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個簡單設置就能夠安裝在各類無人機上。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的系統(tǒng)結構圖。
[0019]圖2是本實用新型的無人機避障過程流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0021]如圖1，一種新型無人機通用避障模塊，本實用新型特征是，由距離傳感器，慣性傳感器(加速度計、陀螺儀)、單片機以及無線通信模塊組成；其連接結構為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機，慣性傳感器還與無線通信模塊連接；單片機還分別連接無人機飛控、遙控接收機；其工作步驟為:(如圖2)
[0022]步驟1:無人機飛行過程中，距離傳感器會實時檢測前方障礙物的距離，單片機通過濾波算法修正該距離，然后再根據(jù)慣性傳感器的值計算飛機當前時刻的姿態(tài)角度，從而補償因飛行過程中飛機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；
[0023]步驟2:程序會判斷當前時刻的距離是否對飛行安全構成了威脅，如果構了威脅，轉(zhuǎn)步驟3，如未構成威脅，轉(zhuǎn)步驟6 ；
[0024]步驟3:單片機會切斷解碼器與飛控之間的通路，獲得無人機的控制權，程序會按照預先設定好的避障方向控制無人機上下或左右飛行；
[0025]步驟4:當判斷已經(jīng)達到安全距離的時候，避障模塊會運行內(nèi)部的避障算法規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機繞過障礙物；
[0026]步驟5:當判斷繞過障礙物后，避障模塊控制無人機回到之前前進方向的直線上，并將控制權交還給用戶，至此避障完成；
[0027]步驟6:用戶繼續(xù)控制無人機飛行，回到步驟I。
[0028]本實用新型安裝在遙控信號的解碼器與無人機的飛行控制系統(tǒng)中間，通過對遙控信號進行處理，再將處理后的信號發(fā)送給無人機的飛控，以完成對無人機飛行的控制。
[0029]本實用新型通過距離傳感器實時測量飛行前進方向上的障礙物與無人機之間的距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給避障模塊上的單片機進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理過程中對傳回來的數(shù)據(jù)進行濾波，以獲得當前時刻更準確的無人機與障礙物的距離信息。同時將慣性傳感單元測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，通過解算可以得到當前時刻無人機的姿態(tài)角度。將算得的姿態(tài)角與無人機與障礙物的距離進行數(shù)據(jù)融合，可以補償由于無人機飛行時由于傾斜而導致的距離誤差。程序會判斷經(jīng)過補償后較為準確的無人機與障礙物之間的距離是否會對飛行安全構成威脅。如果判斷未對飛行安全構成威脅，避障模塊不會對解碼器發(fā)送來的信號進行處理，直接將信號發(fā)送給飛控；如果避障模塊判斷前方障礙物會對無人機的飛行安全構成威脅，則會切斷解碼器與飛控之間的直接通路，從而獲得無人機的控制權，通過按照預先設定的避障方式繞開障礙物，當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成威脅后，避障模塊會打開解碼器與飛控之間的通路，將無人機的控制權交還給用戶。無線通信模塊可以將當前的飛行數(shù)據(jù)實時發(fā)送給無人機的操作者，可以讓操作者知道當前時刻無人機與障礙物的距離以及無人機是處在正常飛行模式或者避障模式下。
【主權項】
1.一種新型無人機通用避障模塊，其特征是，由距離傳感器，慣性傳感器、單片機以及無線通信模塊組成；其連接結構為:距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機；單片機還分別連接無人機飛控、遙控接收機；其中，距離傳感器用于探測無人機與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補償因無人機飛行時的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負責傳輸無人機的飛行狀態(tài)，單片機用于數(shù)據(jù)的處理。
【專利摘要】一種新型無人機通用避障模塊，本實用新型由距離傳感器，慣性傳感器、單片機以及無線通信模塊組成；其連接結構為：距離傳感器，慣性傳感器、無線通信模塊、分別連接單片機；單片機還分別連接無人機飛控、遙控接收機；其中，距離傳感器用于探測無人機與障礙物之間的距離，慣性傳感器用于補償因無人機飛行時的傾斜而引起的距離誤差，無線通信模塊負責傳輸無人機的飛行狀態(tài)，單片機用于數(shù)據(jù)的處理。本實用新型的有益效果是，具有結構簡單，穩(wěn)定、可靠，可以有效避免無人機與障礙物的相撞，并且具有較高的普遍性，通個簡單設置就能夠安裝在各類無人機上。
【IPC分類】G05D1-10
【公開號】CN204423159
【申請?zhí)枴緾N201520129617
【發(fā)明人】劉世釗, 鄭欣, 劉榮海, 吳章勤
【申請人】云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月6日