一種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，包含有避障測距傳感器和信號處理單元，所述的避障系統(tǒng)模塊介于接收機(jī)與飛控系統(tǒng)之間。本發(fā)明的多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，可以根據(jù)要求連接接收機(jī)和多種飛行控制系統(tǒng)，適用于PWM和SBUS信號輸入的接收機(jī)，解決了因不明確飛控軟硬件帶來的通用性問題。利用多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的避障設(shè)計(jì)方法周期長、成本高及風(fēng)險(xiǎn)高的缺點(diǎn)，極大的提高了開發(fā)效率，大大縮短了開發(fā)周期。
【專利說明】
一種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無人機(jī)，尤其涉及一種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的進(jìn)步與成熟，無人機(jī)越來越多的被應(yīng)用于各個場景，航拍、勘察、安檢、 快遞等，而價(jià)格的下降，讓更多普通消費(fèi)者能夠接觸到之前看起來高大上的無人機(jī)，然而隨 著無人機(jī)民用化的持續(xù)加速，面對復(fù)雜的場景和成本控制要求，越來越多的安全問題體現(xiàn) 了出來，無人機(jī)炸機(jī)傷人事件屢見不鮮，有效的提高無人機(jī)的安全性能迫在眉睫。近年來， 無人機(jī)自主避障系統(tǒng)能夠有效的避免撞墻炸機(jī)，減少損失，對無人機(jī)的普及無疑是一大利 好消息。所謂無人機(jī)自主避障功能，就是無人機(jī)飛行器在飛行的過程中遇到障礙物的時(shí)候， 通過自動提前識別、有效規(guī)避障礙物，達(dá)到安全飛行的效果，就目前而言，主流的多旋翼無 人機(jī)避障系統(tǒng)主要有三種，分別是超聲波、T0F以及相對更加復(fù)雜的由多種測距方法和視覺 圖像處理組成的復(fù)合型方法，但無論哪種方法都針對固定的特定機(jī)型的飛行控制系統(tǒng)，沒 有一種通用性的避障系統(tǒng)，可適用于不同軟硬件架構(gòu)的飛控系統(tǒng)。導(dǎo)致多種不同的軟硬件 架構(gòu)的飛控系統(tǒng)需要研發(fā)多種相配套的避障系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種可適用于不同的軟硬件 架構(gòu)的飛控系統(tǒng)的多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)。
[0004] -種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，包含有避障測距傳感器和信號處理單元；
[0005] 所述避障測距傳感器用于測量無人機(jī)與障礙物的距離信號，信號處理單元采集遙 控器接收機(jī)輸出的信號，并根據(jù)避障測距傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，重 構(gòu)出遙控器信號輸送給飛行控制系統(tǒng)；
[0006] 所述信號處理單元包含輸入信號采集模塊、邏輯判斷模塊和輸出信號模擬模塊，
[0007] 所述輸入信號采集模塊用于采集測距傳感器輸入的距離信號和遙控器接收機(jī)輸 入的標(biāo)準(zhǔn)信號；
[0008] 所述邏輯判斷模塊用于判斷所采集距離是否處于安全范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果給 出所需要的遙控指令，所述邏輯判斷模塊可根據(jù)無人機(jī)與障礙物距離進(jìn)行遙控器信號指令 重構(gòu)，若無人機(jī)處于安全距離以外，則輸出信號指令與輸出信號指令一致，反之，則輸出信 號指令相反；
[0009] 所述輸出信號模擬模塊根據(jù)邏輯判斷模塊的要求，精確模擬遙控器接收機(jī)的輸出 信號，并傳遞給飛行控制系統(tǒng)。
[0010]由于目前現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng)基本均接收遙控器接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號，因此，將本 發(fā)明的避障系統(tǒng)安裝在接收機(jī)和飛控系統(tǒng)之間增加避障系統(tǒng)，采集遙控器接收機(jī)輸出的信 號并根據(jù)避障測距傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，重構(gòu)出遙控器信號輸送給 飛行控制系統(tǒng)，從而在不改變飛控軟硬件的情況下實(shí)現(xiàn)精確避障，這樣就能夠降低技術(shù)難 度，用自己熟練的控制方式來實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和傳遞，最終產(chǎn)生一個可控可操作性更好的 避障系統(tǒng)。
[0011] 本發(fā)明的多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，在使用時(shí)，將避障系統(tǒng)模塊介于接收 機(jī)與飛控系統(tǒng)之間。
[0012] 所述的測距傳感器還包含激光測距傳感器、紅外測距傳感器和視覺傳感器。
[0013] 所述避障系統(tǒng)模塊可適用于PWM信號和SBUS信號輸入的接收機(jī)。
[0014] 綜上所述的，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)如下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 本發(fā)明的多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，可以根據(jù)要求連接接收機(jī)和多種飛行控 制系統(tǒng)，適用于PWM和SBUS信號輸入的接收機(jī)，解決了因不明確飛控軟硬件帶來的通用性問 題。利用多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的避障設(shè)計(jì)方法周期長、成本高及風(fēng)險(xiǎn) 高的缺點(diǎn)，極大的提高了開發(fā)效率，大大縮短了開發(fā)周期。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0017] 圖2是信號處理單元的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 本發(fā)明公開了一種多適配性自主避障系統(tǒng)，包含測距傳感器和信號處理單元；
[0021] 所述測距傳感器用于測量無人機(jī)與障礙物的距離信號，信號處理單元采集遙控器 接收機(jī)輸出的信號，并根據(jù)避障測距傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，重構(gòu)出 遙控器信號輸送給飛行控制系統(tǒng)；
[0022] 所述信號處理單元包含輸入信號采集模塊、邏輯判斷模塊和輸出信號模擬模塊。 [0023]所述輸入信號采集模塊用于采集測距傳感器輸入的距離信號和遙控器接收機(jī)輸 入的標(biāo)準(zhǔn)信號；
[0024] 所述邏輯判斷模塊用于判斷所采集距離是否處于安全范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果給 出所需要的遙控指令；
[0025] 所述輸出信號模擬模塊根據(jù)邏輯判斷模塊的要求，精確模擬遙控器接收機(jī)的輸出 信號，并傳遞給飛行控制系統(tǒng)；
[0026]多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)如圖1所示，將測距傳感器和接收機(jī)與可配置的信 號處理單元進(jìn)行物理連接，信號處理單元采集遙控器接收機(jī)輸出的信號，并根據(jù)避障測距 傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，重構(gòu)出遙控器信號輸送給飛行控制系統(tǒng)，從 而適時(shí)改變飛行姿態(tài)已達(dá)到避障的目的。
[0027]多適配性無人機(jī)自主避障系統(tǒng)測距傳感器采用了 MB1212型號超聲波，42kHz超聲 波頻率，20cm最小檢測距離，765cm最大測量距離，I2C總線通信，具備良好的噪聲容限和雜 波抑制指標(biāo)，超聲波聲吶技術(shù)成本低，操作方便，體積小，重量輕，易于集成到避撞系統(tǒng)中， 目前很多無人機(jī)的避障技術(shù)都來源于它；控制模塊硬件采用的是Arduino UN0，UN0的處理 器核心是ATmega328，ATmega328內(nèi)置的UART可以通過數(shù)字口 0(RX)和1(TX)與外部實(shí)現(xiàn)串口 通信，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個16MHz 晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復(fù)位按鈕。
[0028]如圖2信號處理單元的控制流程圖，信號處理單元采集遙控器接收機(jī)輸出的信號， 并根據(jù)避障測距傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，判斷測量距離是否小于安全 距離，然后根據(jù)判斷結(jié)果重構(gòu)出遙控器信號輸送給飛行控制系統(tǒng)。
[0029]采用一個前方MB1212超聲波和信號處理單元就組成了一個前方區(qū)域的探測控制 避障系統(tǒng);現(xiàn)安全距離設(shè)定400mm，代碼中的控制只選用了 AIL和ELE作為控制通道，獨(dú)立了 油門（THR)和方向通道，目的是若發(fā)生意外情況，飛手可操控油門通道讓飛機(jī)停止工作，保 證重要系統(tǒng)工作的獨(dú)立穩(wěn)定性。首先在sr()函數(shù)里進(jìn)行了測距工作得出前方距離 distance，注意distance為浮點(diǎn)全局變量;后對distance做了一次濾波:如果distance大于 等于400或等于20,都讓distance賦值400,因?yàn)橹骱瘮?shù)里的：
[0030] if (distance〈 = 400)//如果小于等于 400 就讓400-distance 賦值給變量 delta，然 后再除以4
[0032] 從中可以得到這樣的結(jié)果，如果測出的距離是400或20那么變量delta就為0。如果 距離是300,那么delata就是100,所以我的目的是給飛機(jī)一個20-400的雷達(dá)范圍，當(dāng)距離為 400或者大于400時(shí)則系統(tǒng)認(rèn)為是沒有障礙物的，當(dāng)有障礙物進(jìn)入范圍后，這個delta的作用 就是測出障礙物進(jìn)入雷達(dá)范圍邊緣的距離，也可以理解為超邊緣距離，而后，將這個delta 除以4,作用是給delta做一個比例P，這個比例P的大小為1/4即25%。最后，將delta作用在 0UTELE = 0UTELE-delta;這樣就實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)遇到障礙物后，會根據(jù)障礙物的遠(yuǎn)近做出避讓， 障礙物越近，那么delta越大，避障動作越大，實(shí)現(xiàn)避開障礙的目的。
[0033]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技 術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還 應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中 的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0034] 以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā) 明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0035] 本實(shí)施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，其特征在于:包含有避障測距傳感器和信號 處理單元； 所述避障測距傳感器用于測量無人機(jī)與障礙物的距離信號，信號處理單元采集遙控器 接收機(jī)輸出的信號，并根據(jù)避障測距傳感器所測量的無人機(jī)與障礙物之間的距離，重構(gòu)出 遙控器信號輸送給飛行控制系統(tǒng)； 所述信號處理單元包含輸入信號采集模塊、邏輯判斷模塊和輸出信號模擬模塊， 所述輸入信號采集模塊用于采集測距傳感器輸入的距離信號和遙控器接收機(jī)輸入的 標(biāo)準(zhǔn)信號； 所述邏輯判斷模塊用于判斷所采集距離是否處于安全范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果給出所 需要的遙控指令，所述邏輯判斷模塊可根據(jù)無人機(jī)與障礙物距離進(jìn)行遙控器信號指令重 構(gòu)，若無人機(jī)處于安全距離以外，則輸出信號指令與輸出信號指令一致，反之，則輸出信號 指令相反； 所述輸出信號模擬模塊根據(jù)邏輯判斷模塊的要求，精確模擬遙控器接收機(jī)的輸出信 號，并傳遞給飛行控制系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，其特征在于:所述的測距傳 感器還包含激光測距傳感器、紅外測距傳感器和視覺傳感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多適配性的無人機(jī)自主避障系統(tǒng)，其特征在于:所述避障系統(tǒng) 模塊可適用于PWM信號和SBUS信號輸入的接收機(jī)。
【文檔編號】G05D1/10GK106054925SQ201610548494
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】林朝輝, 戴禮豪, 湯明文, 王力群, 許凌西, 楊建斌
【申請人】國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司, 福州振源科技開發(fā)有限公司