本實用新型涉及一種通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)，屬于無人機融合避障技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國內(nèi)外無人機開源社區(qū)的不斷發(fā)展及無人機資本市場的大力推動，全球范圍內(nèi)催生了一大批無人機廠商的誕生。各類無人機廣泛用于地質(zhì)偵察、森林防火、資源勘測、影視航拍、電力巡線、大型集群表演、3D建模等場景，與此同時，無人機的使用群體由專業(yè)航模愛好者擴展到普通業(yè)余愛好者，這使得消費群體對無人機飛行平臺的要求也在不斷提高，逐漸從穩(wěn)定飛行到復(fù)雜地形下的智能飛行轉(zhuǎn)變。在使用無人機的過程中會出現(xiàn)一系列的安全問題，如無人機與航路上障礙物相碰撞而導(dǎo)致的無人機平臺及機載設(shè)備的損毀以及對公共生命財產(chǎn)安全的威脅。

然而，雖然當前市場上已有成熟開源飛行控制系統(tǒng)如APM、Pixhawk的大力普及，但真正工程實現(xiàn)所需專業(yè)技術(shù)門檻過高，普通無人機愛好者很難進行二次開發(fā)和使用，即使有專業(yè)研發(fā)團隊進行技術(shù)支持后可以實現(xiàn)避障，但隨著軟件升級的需要而進行代碼維護的成本較高，很難推廣使用。同時，大多數(shù)商業(yè)飛控都不開源，不支持通過修改源碼以及外加傳感器來實現(xiàn)避障功能，即使個別廠家如DJI開發(fā)出支持二次開發(fā)的Guidance視覺避障系統(tǒng)，依然存在代價昂貴，調(diào)試復(fù)雜，控制接口少的問題。因此，對于大部分普通無人機愛好者來說，急需一套成本低廉、調(diào)試簡單、控制精準且能在不同飛行平臺進行通用化的無人機立體視覺避障功能的模塊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人機實時動態(tài)監(jiān)測周圍障礙物信息并自主實現(xiàn)躲避。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)，所述無人機包括機載飛行控制系統(tǒng)、遙控信號接收機，該系統(tǒng)還包括超聲波測距傳感器、雙目測距傳感器、機載視覺處理器、融合避障處理器；

所述雙目測距傳感器的輸出端與機載視覺處理器的輸入端相連，機載視覺處理的輸出端、超聲波測距傳感器的輸出端、遙控信號接收機的輸出端分別與融合避障處理器的輸入端相連，融合避障處理器的輸出端與機載飛行控制系統(tǒng)的輸入端相連。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述遙控信號接收機、超聲波測距傳感器、機載視覺處理器均通過UART與融合避障處理器連接，融合避障處理器通過UART與機載飛行控制系統(tǒng)連接。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述雙目測距傳感器采用USB2.0總線傳輸協(xié)議的可變基線結(jié)構(gòu)，且初始基線距為63mm。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述融合避障處理器采用STM32F407型號的芯片。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述超聲波測距傳感器采用雙筒收發(fā)式結(jié)構(gòu)，型號為HC-SR04。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述遙控信號接收機輸出的信號為S.BUS/PPM信號。

本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本實用新型中遙控信號接收機、機載視覺處理器、超聲波測距傳感器分別與融合避障處理器相連，將障礙物警告信息和控制信號直接接入系統(tǒng)避障反饋回路，實現(xiàn)模擬人眼在回路的閉環(huán)位置控制，最終實現(xiàn)多旋翼無人機在任意室外場景的自動感知與規(guī)避。

2、本實用新型提供一套簡單可行的無人機多傳感融合避障系統(tǒng)，安裝和使用都無需更改現(xiàn)有飛行控制系統(tǒng)架構(gòu)和參數(shù)，可以有效避免繁雜的避障系統(tǒng)與各類飛行控制系統(tǒng)產(chǎn)品的適配，同時實現(xiàn)無人機與障礙物的碰撞檢測與實時規(guī)避，具有較高的普遍性，適合推廣安裝在各類無人機上，結(jié)構(gòu)簡單，制造加工成本低。

附圖說明

圖1是本實用新型通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實用新型通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)的工作過程圖。

圖3是本實用新型實施例的立體示意圖。

其中，1-動力系統(tǒng)，2-超聲波測距傳感器，3-雙目測距傳感器，4-融合避障處理器，5-機載視覺處理器，6-機載飛行控制系統(tǒng)，7-遙控信號接收機。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。

如圖1所示，一種通用的無人機多傳感器融合避障控制系統(tǒng)，由雙目測距傳感器3、超聲波測距傳感器2、機載視覺處理器5、融合避障處理器4組成；無人機包括機載飛行控制系統(tǒng)6、遙控信號接收機7和動力系統(tǒng)1。其連接結(jié)構(gòu)為：雙目測距傳感器連接機載視覺處理器，超聲波測距傳感器、機載視覺處理器、遙控信號接收機分別連接融合避障處理器，融合避障控制器還與機載飛行控制系統(tǒng)相連。如圖3所示，為本實用新型實施例的示意圖。

超聲波測距傳感器實時測量無人機前方障礙物的距離信息并傳送至融合避障處理器；雙目測距傳感器實時獲取無人機前方障礙物的圖像信息并傳送至機載視覺處理器，機載視覺處理器根據(jù)圖像信息計算障礙物的深度信息同時傳送至融合避障處理器；融合避障處理器對距離信息和深度信息進行濾波融合，得到無人機距前方障礙物的距離，根據(jù)該距離計算障礙物的威脅因子，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷障礙物是否存在威脅；當威脅因子小于預(yù)先設(shè)定的閾值時，判斷障礙物無威脅，融合避障處理器將遙控信號接收機接收到的地面遙控信號直接傳送至機載飛行控制系統(tǒng)，由地面遙控信號控制無人機的飛行；當威脅因子大于等于預(yù)先設(shè)定的閾值時，融合避障處理器解算避障模式通道信號，并用避障模式通道信號替換遙控信號接收機接收到的地面遙控信號中的飛行模式通道信號，由避障模式通道信號控制無人機進行避障。

本實用新型提供一種通用的無人機避障模塊，安裝在遙控信號接收機與無人機的機載飛行控制系統(tǒng)中間，通過雙目測距傳感器和機載視覺處理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(gòu)成威脅，融合避障處理器會將解碼后的遙控信號直接傳送給無人機飛行控制系統(tǒng)，這時無人機直接由地面站人員指令操控或遙控操縱。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(gòu)成威脅，融合避障處理器會自動切斷遙控信號接收機與飛行控制系統(tǒng)之間的通路，改由遙控信號接收機信號疊加融合避障處理器的避障指令信號，經(jīng)融合避障處理器處理后輸出至無人機飛行控制系統(tǒng)，同時融合避障處理器會自動根據(jù)當前無人機與障礙物相對距離進行避障決策，然后下發(fā)規(guī)劃后的飛行模式指令至飛行控制系統(tǒng)完成避障。當完成避障并判斷前進方向不存在撞機危險后，融合避障處理器重新交還遙控器控制權(quán)，將無人機遙控信號與飛行控制系統(tǒng)之間的控制通路直接相連，航路恢復(fù)。

本實用新型工作過程如圖2所示：

步驟1：無人機航路飛行過程中，雙目測距傳感器和超聲波測距傳感器會實時檢測前方障礙物的距離及相對于當前機體航向的方位角，融合避障處理器通過先進濾波算法修正解算實際障礙物與無人機距離；

步驟2：融合避障處理器會計算當前機體前方最近障礙物的威脅因子，即融合后的障礙物距離與設(shè)定最低安全距離之差是否大于零，如果不滿足，觸發(fā)避障告警信息，轉(zhuǎn)步驟3，如滿足，轉(zhuǎn)步驟6；

步驟3：融合避障處理器會修改遙控信號接收機與機載飛行控制系統(tǒng)之間的通路，通過判斷障礙物的位置信息來進行響應(yīng)接收機模式信號的切換，從而獲得無人機的控制權(quán)，并轉(zhuǎn)入步驟4；

步驟4：當飛機與障礙物距離已經(jīng)達到安全距離時，觸發(fā)威脅，融合避障處理器會實時規(guī)劃飛行路徑，并控制無人機按規(guī)劃路徑飛行，下面轉(zhuǎn)入步驟5；

步驟5：當完成繞飛障礙物后，融合避障處理器自動切換無人機自駕航路模式，無人機通過機載航線規(guī)劃自動導(dǎo)引回到之前執(zhí)飛航線上，并將控制權(quán)交還給用戶，至此避障告警解除，避障完成，轉(zhuǎn)步驟6；

步驟6：用戶通過地面站或遙控器繼續(xù)控制無人機飛行，回到步驟1。

本實用新型通過雙目-超聲波測距傳感器實時測量飛行前進方向上的全局最近障礙物與無人機之間的相對距離，并將數(shù)據(jù)傳輸給融合避障處理器對數(shù)據(jù)進行融合處理。融合避障處理器會判斷經(jīng)過處理后的障礙物相對距離和方位是否會對無人機的飛行安全構(gòu)成威脅。如果判斷未對飛行安全構(gòu)成威脅，融合避障處理器將屏蔽避障疊加控制量，并將遙控信號接收機發(fā)送來的信號直接發(fā)送給飛行控制系統(tǒng)；如果融合避障處理器發(fā)現(xiàn)前方障礙物會對無人機的飛行安全構(gòu)成巨大威脅，則會立即將距離解算后的控制量疊加到遙控信號的輸入中，通過控制模式通道來切換至剎車模式保持懸停，并實時根據(jù)障礙方位信息規(guī)劃繞飛方向，從而獲得無人機的控制權(quán)；直到按照預(yù)先規(guī)劃的繞飛航路繞開障礙物且無新的障礙威脅后，融合避障處理器自動屏蔽距離轉(zhuǎn)化的模式控制量，實現(xiàn)遙控信號接收機與飛行控制系統(tǒng)之間的直連，將無人機的控制權(quán)交還給使用者。

以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。