本實用新型飛行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器。

背景技術(shù)：

四軸飛行器又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機，是一種多旋翼飛行器。四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構(gòu)，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)。

為保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸飛行器上裝有三個方向的陀螺儀和三軸加速度傳感器組成慣性導航模塊，可計算出飛行器此時相對地面的姿態(tài)以及加速度、角速度；飛行控制器通過算法計算保持運動狀態(tài)時所需的旋轉(zhuǎn)力和升力，通過電子調(diào)控器來保證電機輸出合適的力。

四軸飛行器未來發(fā)展方向主要有以下幾個方面：可作為新概念交通工具；隨著人工智能的不斷發(fā)展，配備高清攝像機、各種安保設備的四軸飛行器將廣泛應用在公安、消防、家庭和單位安保領(lǐng)域，四軸將成為極度智能、行動敏捷的電子警察、電子消防員、電子保安、電子管家；建筑領(lǐng)域及其它高危作業(yè)環(huán)境。

國內(nèi)外有研究人員開發(fā)無人機視覺避障系統(tǒng)，其存在著較大缺陷：

⑴攝像頭的使用，成本較高；

⑵易受光照度影響，對工作環(huán)境有較大的依賴性；

⑶視覺避障系統(tǒng)在某個時刻上只能檢測單個方向上的障礙物，存在著很大的安全隱患。

由此可見，以上問題對人群、飛行器以及周邊環(huán)境缺乏安全保障性，很大程度地限制了四軸飛行器多方面的發(fā)展與應用。

因此，針對以上方面，需要對現(xiàn)有技術(shù)進行合理的改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上缺陷，本實用新型提供一種有效降低開發(fā)成本、保障飛行器的安全、系統(tǒng)穩(wěn)定性較強、避障系統(tǒng)的靈敏性較高、有利于后續(xù)開發(fā)實現(xiàn)室內(nèi)飛行地圖掃描與路徑規(guī)劃效果的全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器，包括機架、電機、旋翼，該機架外圍均勻設置四個旋翼并且每個旋翼底部配置一個電機，所述機架上方安裝一個亞克力圓環(huán)，該亞克力圓環(huán)上表面對稱分布四個超聲波傳感器并且四個超聲波傳感器分別朝向前、后、左、右四個方向，在圓環(huán)上表面另增設一個朝上的超聲波傳感器，圓環(huán)下表面安裝一個朝下的超聲波傳感器；所述機架中心部位設置飛行控制器并且該飛行控制器前后兩側(cè)分別設置單片機Ⅰ、單片機Ⅱ，通過飛行控制器向一塊單片機Ⅰ供電，該飛行控制器控制板的串口連接另一塊單片機Ⅱ，使飛行控制器與單片機Ⅱ串口通信。

朝上的超聲波傳感器設置于機頭方向偏左方向45°的圓環(huán)上表面。

所述單片機Ⅰ的5V輸出口連接到繼電器的常開端口，單片機Ⅱ的5V端口連接到繼電器的公共端口，單片機Ⅰ的GND端口連接單片機Ⅱ的GND端口，再由單片機Ⅰ的數(shù)字端口和GND端口分別連接繼電器線圈的兩端。

所述單片機Ⅰ通過串口與無線模塊連接；無線模塊發(fā)送指令控制繼電器對單片機Ⅱ供電。

本實用新型所述的全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器的有益效果為：

⑴通過設置六個固定位置的傳感器，形成超聲波傳感器開發(fā)避障系統(tǒng)，有效降低了開發(fā)成本；

⑵利用超聲波傳感器方向性好以及易于定向發(fā)射的特點，設計四軸飛行器的超聲波避障系統(tǒng)，可在四軸飛行器的上下左右前后六個方向?qū)崿F(xiàn)自動避障，較全面地保障飛行器的安全，有助于提高四軸飛行器對動態(tài)環(huán)境的適應性與推動四軸飛行器的應用發(fā)展；

⑶基于超聲波傳感器，該避障系統(tǒng)的穩(wěn)定性較強，系統(tǒng)受干擾的因子較少；

⑷該避障系統(tǒng)的靈敏性較高，六個方向上當只有某一個方向出現(xiàn)小于50cm的障礙物時，每一次從障礙物被檢測到最終實現(xiàn)避障效果，花費時間不足1.2s；

⑸該自動避障系統(tǒng)可控，不影響正常起飛與降落；

⑹基于六個方向搭載超聲波傳感器的飛行器避障系統(tǒng)，通過不同平面的測距，有利于后續(xù)開發(fā)實現(xiàn)室內(nèi)飛行地圖掃描與路徑規(guī)劃的效果。

附圖說明

下面根據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1是本實用新型實施例所述全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器的俯視示意圖；

圖2是本實用新型實施例所述全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器的軸側(cè)示意圖；

圖3是本實用新型實施例所述全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器的電路連接示意圖。

圖中：

1、機架；2、電機；3、旋翼；4、圓環(huán)；5、繼電器；6、超聲波傳感器；7、單片機Ⅰ；8、飛行控制器；9、單片機Ⅱ；10、無線模塊；11、朝上的超聲波傳感器；12、機頭方向。

具體實施方式

實施例1

如圖1-3所示，本實用新型實施例所述的全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器，包括機架1、電機2、旋翼3，該機架1外圍均勻設置四個旋翼3并且每個旋翼3底部配置一個電機2，所述機架1上方安裝一個亞克力圓環(huán)4并且該亞克力圓環(huán)4與機架1上表面之間帶有一定距離，同時，以機頭方向12為飛行器的前方，該亞克力圓環(huán)4上表面對稱分布四個超聲波傳感器6并且四個超聲波傳感器6分別朝向前、后、左、右四個方向，在機頭方向12偏左方向45°的圓環(huán)4上表面位置處安裝一個朝上的超聲波傳感器11，基于機頭方向12朝前超聲波傳感器6的位置處，正對圓環(huán)4下表面安裝一個朝下的超聲波傳感器。

相應地，所述機架1中心部位設置飛行控制器8并且該飛行控制器8前后兩側(cè)分別設置單片機Ⅰ7、單片機Ⅱ9，通過飛行控制器8向一塊Arduino UNO單片機Ⅰ7供電，該飛行控制器8控制板的串口連接另一塊Arduino 2560單片機Ⅱ9，使得飛行控制器8與Arduino 2560單片機Ⅱ9可進行串口通信；

進一步地，所述單片機Ⅰ7的5V輸出口連接到繼電器5的常開端口，單片機Ⅱ9的5V端口連接到繼電器5的公共端口，單片機Ⅰ7的GND端口連接單片機Ⅱ9的GND端口，再由單片機Ⅰ7的數(shù)字端口和GND端口分別連接繼電器5線圈的兩端，另外，單片機Ⅰ7還通過串口與無線模塊10連接。

通過對單片機Ⅰ7編程，可通過無線模塊10發(fā)送指令控制繼電器5，進而實現(xiàn)隨時對單片機Ⅱ9供電，也就是可隨時打開或關(guān)閉避障系統(tǒng)的電源，目的是不影響避障系統(tǒng)對飛行器起飛和降落的干擾；通過單片機Ⅱ9的數(shù)字引腳連接六個超聲波傳感器，這六個超聲波傳感器分別布置在圓環(huán)4飛行器機架外殼的上下左右前后六個表面，往單片機Ⅱ9寫入測距程序與避障程序，單片機Ⅱ9實時讀取六個方向上超聲波傳感器檢測的障礙物距離，當某個方向上的超聲波測距值小于預設的避障有效距離值(有效避障距離設置為50cm)，單片機Ⅱ9將會通過串口向飛行控制器8發(fā)送對應該方向的避障指令，飛行控制器8控制輸出不同的脈沖寬度，以實現(xiàn)改變其中兩個電機2的轉(zhuǎn)速，使得飛行器往相反方向飛行，達到自主避障的效果。

以上本實用新型實施例所述的全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器，工作原理為：無線控制打開四軸飛行器避障系統(tǒng)的電源，避障系統(tǒng)初始化完成后，布置在六個方向上的超聲波傳感器實時檢測障礙物的距離并傳送給Arduino控制中心，當某方向上所檢測障礙物的距離小于程序中預設的避障有效距離，Arduino控制中心將通過串口發(fā)送對應該方向的避障指令到飛行控制器，飛行控制器將控制相應引腳的脈沖寬度輸出以改變電機的轉(zhuǎn)速，改變飛行方向，實現(xiàn)自動避障。

實施例2

如圖1-3所示，本實用新型實施例所述的全方位自動避障系統(tǒng)四軸飛行器，包括機架1，所述機架1上方安裝一個亞克力圓環(huán)4，以機頭方向12為飛行器的前方，該亞克力圓環(huán)4上表面對稱分布四個超聲波傳感器6并且四個超聲波傳感器6分別朝向前、后、左、右四個方向。

相應地，所述機架1中心部位設置飛行控制器8并且該飛行控制器8前后兩側(cè)分別設置單片機Ⅰ7、單片機Ⅱ9，通過飛行控制器8向單片機Ⅰ7供電，該飛行控制器8控制板的串口連接另一塊單片機Ⅱ9，使得飛行控制器8與單片機Ⅱ9可進行串口通信；所述單片機Ⅰ7的5V輸出口連接到繼電器5的常開端口，單片機Ⅱ9的5V端口連接到繼電器5的公共端口，單片機Ⅰ7的GND端口連接單片機Ⅱ9的GND端口，再由單片機Ⅰ7的數(shù)字端口和GND端口分別連接繼電器5線圈的兩端。

上述對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和應用本案技術(shù)，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可輕易對這些實例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本案不限于以上實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本案的揭示，對于本案做出的改進和修改，例如，對于機架、旋翼等組件的尺寸，圓環(huán)與機架之間的距離以及，各個開發(fā)板位置的布置等，若沒有產(chǎn)生超出本案之外的有益效果，則都應該在本案的保護范圍內(nèi)。