CN106054925A - 一种多适配性的无人机自主避障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多适配性的无人机自主避障系统，包含有避障测距传感器和信号处理单元，所述的避障系统模块介于接收机与飞控系统之间。本发明的多适配性无人机自主避障系统，可以根据要求连接接收机和多种飞行控制系统，适用于PWM和SBUS信号输入的接收机，解决了因不明确飞控软硬件带来的通用性问题。利用多适配性无人机自主避障系统克服了传统的避障设计方法周期长、成本高及风险高的缺点，极大的提高了开发效率，大大缩短了开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及无人机，尤其涉及一种多适配性的无人机自主避障系统。
背景技术
随着技术的进步与成熟，无人机越来越多的被应用于各个场景，航拍、勘察、安检、快递等，而价格的下降，让更多普通消费者能够接触到之前看起来高大上的无人机，然而随着无人机民用化的持续加速，面对复杂的场景和成本控制要求，越来越多的安全问题体现了出来，无人机炸机伤人事件屡见不鲜，有效的提高无人机的安全性能迫在眉睫。近年来，无人机自主避障系统能够有效的避免撞墙炸机，减少损失，对无人机的普及无疑是一大利好消息。所谓无人机自主避障功能，就是无人机飞行器在飞行的过程中遇到障碍物的时候，通过自动提前识别、有效规避障碍物，达到安全飞行的效果，就目前而言，主流的多旋翼无人机避障系统主要有三种，分别是超声波、TOF以及相对更加复杂的由多种测距方法和视觉图像处理组成的复合型方法，但无论哪种方法都针对固定的特定机型的飞行控制系统，没有一种通用性的避障系统，可适用于不同软硬件架构的飞控系统。导致多种不同的软硬件架构的飞控系统需要研发多种相配套的避障系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种可适用于不同的软硬件架构的飞控系统的多适配性的无人机自主避障系统。
一种多适配性的无人机自主避障系统，包含有避障测距传感器和信号处理单元；
所述避障测距传感器用于测量无人机与障碍物的距离信号，信号处理单元采集遥控器接收机输出的信号，并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，重构出遥控器信号输送给飞行控制系统；
所述信号处理单元包含输入信号采集模块、逻辑判断模块和输出信号模拟模块，
所述输入信号采集模块用于采集测距传感器输入的距离信号和遥控器接收机输入的标准信号；
所述逻辑判断模块用于判断所采集距离是否处于安全范围内，并根据判断结果给出所需要的遥控指令，所述逻辑判断模块可根据无人机与障碍物距离进行遥控器信号指令重构，若无人机处于安全距离以外，则输出信号指令与输出信号指令一致，反之，则输出信号指令相反；
所述输出信号模拟模块根据逻辑判断模块的要求，精确模拟遥控器接收机的输出信号，并传递给飞行控制系统。
由于目前现有的飞行控制系统基本均接收遥控器接收机的标准信号，因此，将本发明的避障系统安装在接收机和飞控系统之间增加避障系统，采集遥控器接收机输出的信号并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，重构出遥控器信号输送给飞行控制系统，从而在不改变飞控软硬件的情况下实现精确避障，这样就能够降低技术难度，用自己熟练的控制方式来实现信号的转换和传递，最终产生一个可控可操作性更好的避障系统。
本发明的多适配性的无人机自主避障系统，在使用时，将避障系统模块介于接收机与飞控系统之间。
所述的测距传感器还包含激光测距传感器、红外测距传感器和视觉传感器。
所述避障系统模块可适用于PWM信号和SBUS信号输入的接收机。
综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：
本发明的多适配性无人机自主避障系统，可以根据要求连接接收机和多种飞行控制系统，适用于PWM和SBUS信号输入的接收机，解决了因不明确飞控软硬件带来的通用性问题。利用多适配性无人机自主避障系统克服了传统的避障设计方法周期长、成本高及风险高的缺点，极大的提高了开发效率，大大缩短了开发周期。
附图说明
图1是本发明的系统架构图。
图2是信号处理单元的控制流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
本发明公开了一种多适配性自主避障系统，包含测距传感器和信号处理单元；
所述测距传感器用于测量无人机与障碍物的距离信号，信号处理单元采集遥控器接收机输出的信号，并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，重构出遥控器信号输送给飞行控制系统；
所述信号处理单元包含输入信号采集模块、逻辑判断模块和输出信号模拟模块。
所述输入信号采集模块用于采集测距传感器输入的距离信号和遥控器接收机输入的标准信号；
所述逻辑判断模块用于判断所采集距离是否处于安全范围内，并根据判断结果给出所需要的遥控指令；
所述输出信号模拟模块根据逻辑判断模块的要求，精确模拟遥控器接收机的输出信号，并传递给飞行控制系统；
多适配性无人机自主避障系统如图1所示，将测距传感器和接收机与可配置的信号处理单元进行物理连接，信号处理单元采集遥控器接收机输出的信号，并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，重构出遥控器信号输送给飞行控制系统，从而适时改变飞行姿态已达到避障的目的。
多适配性无人机自主避障系统测距传感器采用了MB1212型号超声波，42kHz超声波频率，20cm最小检测距离，765cm最大测量距离，I2C总线通信，具备良好的噪声容限和杂波抑制指标，超声波声呐技术成本低，操作方便，体积小，重量轻，易于集成到避撞系统中，目前很多无人机的避障技术都来源于它；控制模块硬件采用的是Arduino UNO，UNO的处理器核心是ATmega328,ATmega328内置的UART可以通过数字口0(RX)和1(TX)与外部实现串口通信，同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)，6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。
如图2信号处理单元的控制流程图，信号处理单元采集遥控器接收机输出的信号，并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，判断测量距离是否小于安全距离，然后根据判断结果重构出遥控器信号输送给飞行控制系统。
采用一个前方MB1212超声波和信号处理单元就组成了一个前方区域的探测控制避障系统；现安全距离设定400mm，代码中的控制只选用了AIL和ELE作为控制通道， 独立了油门(THR)和方向通道，目的是若发生意外情况，飞手可操控油门通道让飞机停止工作，保证重要系统工作的独立稳定性。首先在sr()函数里进行了测距工作得出前方距离distance，注意distance为浮点全局变量；后对distance做了一次滤波：如果distance大于等于400或等于20，都让distance赋值400，因为主函数里的：
if(distance<＝400)//如果小于等于400就让400-distance赋值给变量delta，然后再除以4
从中可以得到这样的结果，如果测出的距离是400或20那么变量delta就为0。如果距离是300，那么delata就是100，所以我的目的是给飞机一个20-400的雷达范围，当距离为400或者大于400时则系统认为是没有障碍物的，当有障碍物进入范围后，这个delta的作用就是测出障碍物进入雷达范围边缘的距离，也可以理解为超边缘距离，而后，将这个delta除以4，作用是给delta做一个比例P，这个比例P的大小为1/4即25％。最后，将delta作用在OUTELE＝OUTELE-delta；这样就实现了飞机遇到障碍物后，会根据障碍物的远近做出避让，障碍物越近，那么delta越大，避障动作越大，实现避开障碍的目的。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本实施例未述部分与现有技术相同。
Claims (3)
1.一种多适配性的无人机自主避障系统，其特征在于：包含有避障测距传感器和信号处理单元；
所述避障测距传感器用于测量无人机与障碍物的距离信号，信号处理单元采集遥控器接收机输出的信号，并根据避障测距传感器所测量的无人机与障碍物之间的距离，重构出遥控器信号输送给飞行控制系统；
所述信号处理单元包含输入信号采集模块、逻辑判断模块和输出信号模拟模块，
所述输入信号采集模块用于采集测距传感器输入的距离信号和遥控器接收机输入的标准信号；
所述逻辑判断模块用于判断所采集距离是否处于安全范围内，并根据判断结果给出所需要的遥控指令，所述逻辑判断模块可根据无人机与障碍物距离进行遥控器信号指令重构，若无人机处于安全距离以外，则输出信号指令与输出信号指令一致，反之，则输出信号指令相反；
所述输出信号模拟模块根据逻辑判断模块的要求，精确模拟遥控器接收机的输出信号，并传递给飞行控制系统。
2.根据权利要求1所述的多适配性的无人机自主避障系统，其特征在于：所述的测距传感器还包含激光测距传感器、红外测距传感器和视觉传感器。
3.根据权利要求1所述的多适配性的无人机自主避障系统，其特征在于：所述避障系统模块可适用于PWM信号和SBUS信号输入的接收机。
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