CN106774396A - 一种多旋翼超声波自动避障无人机 - Google Patents

一种多旋翼超声波自动避障无人机 Download PDF

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CN106774396A CN201611168583.4A CN201611168583A CN106774396A CN 106774396 A CN106774396 A CN 106774396A CN 201611168583 A CN201611168583 A CN 201611168583A CN 106774396 A CN106774396 A CN 106774396A
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郭振江
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明涉及一种多旋翼超声波自动避障无人机。该无人机在传统无人机的基础上增设第一控制器、若干超声波传感器和若干第二控制器,利用各超声波传感器分别实时感测无人机不同方向的障碍物与无人机之间的距离,各第二控制器通过各自对应的超声波传感器检测出无人机相应方向的障碍物与无人机之间的实时距离数据,第一控制器根据无人机各方向的障碍物与无人机之间的实时距离数据实时生成飞行控制指令,无人机的飞控主板根据实时生成的飞行控制指令控制无人机相应电机的转速以改变相应电机所驱动的旋翼的转速,使无人机进行自动避障飞行。本发明还可应用于竞赛无人机等领域。

Description

一种多旋翼超声波自动避障无人机
技术领域
[0001] 本发明涉及无人机技术领域,尤其涉及一种多旋翼超声波自动避障无人机。
背景技术
[0002] 随着无人机技术的提升和成本的下降,无人机的应用领域越来越广。虽然各个领 域对消费级无人机的需求都在逐渐增长,但在无人机的应用方面还比较单一,目前还是以 航拍为主,在技术应用方面仍有很多路要走。在丛林或城市内飞行,如何让它们可以安全地 起飞,并避开电线杆、广告牌等障碍物?很多用户不会经过太多的专业培训,如何让他们也 能轻松地使用并将无人机应用于自己的领域?
[0003]这些都是现在依旧有待解决的问题,但无人机普及的路上,除了面向用户的简易 化操作外,最重要的依旧是和安全息息相关的自动避障技术。因为如果连无人机和人员的 安全都无法保障,其他一切都无从谈起了。而且消费级无人机体积小,其安全性反而更容易 被忽视。
[0004]现在绝大部分民用无人机并没有配备自动避障技术,无人机一般只能由使用者实 时操控,或按照预设航线和高度飞行,自身并没有能力对飞行路线上的障碍物进行感知和 避让。
发明内容
[0005] 鉴于现有技术中存在的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是,提供一种多旋 翼超声波自动避障无人机,以解决现有民用无人机没有配备自动避障技术,无法自动避障 的问题。本发明是通过如下技术方案来实现的:
[0006] —种多旋翼超声波自动避障无人机,包括飞控主板、若干旋翼和若干电机,各电机 与各旋翼一一对应,分别用于驱动各自对应的旋翼,还包括第一控制器、若干超声波传感器 和若干第二控制器;
[0007] 各第二控制器与各超声波传感器一一对应,各超声波传感器与各自对应的第二控 制器通信连接,各第二控制器与所述第一控制器通信连接,所述第一控制器与所述飞控主 板通信连接,所述飞控主板与各电机通信连接;
[0008] 各超声波传感器被配置为分别实时感测无人机不同方向的障碍物与所述无人机 之间的距离,并将各自实时感测到的距离信号发送到各自对应的第二控制器;
[0009] 各第二控制器用于对各自接收到的距离信号进行处理,得出无人机相应方向的障 碍物与所述无人机之间的实时距离数据,并将各自得出的实时距离数据发送到所述第一控 制器;
[0010] 所述第一控制器根据接收到的所述无人机各方向的障碍物与所述无人机之间的 实时距离数据,实时生成飞行控制指令,并将所述飞行控制指令实时发送到所述飞控主板;
[0011] 所述飞控主板根据实时接收到的飞行控制指令控制相应电机的转速以改变相应 电机所驱动的旋翼的转速,使所述无人机进行自动避障飞行。
[0012] 进一步地,所述无人机包括四个旋翼、四个电机、四个超声波传感器和四个苐二控 制器;
[0013] 所述不同方向包括前、后、左、右四个方向,每一超声波传感器感测所述无人机其 中一个方向的障碍物与所述无人机之间的距离。
[0014] 进一步地,所述无人机还包括高度传感器和第三控制器;
[0015] 所述高度传感器与所述第三控制器通信连接,所述第三控制器分别与所述第一控 制器和飞控主板通信连接;
[0016] 所述高度传感器用于实时感测所述无人机的高度,并将实时感测到的高度信号发 送到所述第三控制器;
[0017] 所述第三控制器用于对所述高度信号进行处理,得出所述无人机的实时高度数 据,并将所述无人机的实时高度数据发送到所述第一控制器和飞控主板;
[0018] 所述第一控制器还根据所述无人机的实时高度数据发送高度调节指令到所述飞 控主板,所述飞控主板根据所述高度调节指令控制各电机的转速,以调节所述无人机的飞 行高度。
[0019] 进一步地,所述高度传感器为超声波传感器。
[0020] 进一步地,所述飞控主板上集成有气压计、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、电子 罗盘中的至少一种。
[0021] 进一步地,所述飞控主板上设置有遥控信号接收端口,所述第一控制器通过有线 与所述遥控信号接收端口连接,并按照遥控通信协议将所述飞行控制指令发送到所述遥控 信号接口,所述飞控主板通过所述飞控端口接收所述飞行控制指令。
[0022] 进一步地,所述第一控制器和第二控制器均采用型号为Attnega328的处理器。
[0023] 进一步地,所述第一控制器、各超声波传感器和各第二控制器集成在同一块控制 板上。
[0024] 进一步地,各超声波传感器与各自对应的第二控制器通过串口通信连接。
[0025] 进一步地,所述超声波传感器为数字式超声波传感器。
[0026]与现有技术相比,本发明提供的多旋翼超声波自动避障无人机在传统无人机的基 础上增设第一控制器、若干超声波传感器和若干第二控制器,利用各超声波传感器分别实 时感测无人机不同方向的障碍物与无人机之间的距离,各第二控制器通过各自对应的超声 波传感器检测出无人机相应方向的障碍物与无人机之间的实时距离数据,第一控制器根据 无人机各方向的障碍物与无人机之间的实时距离数据实时生成飞行控制指令,无人机的飞 控主板根据实时生成的飞行控制指令控制无人机相应电机的转速以改变相应电机所驱动 的旋翼的转速,使无人机进行自动避障飞行。本发明还可应用于竞赛无人机等领域。
附图说明
[0027]图1:本发明实施例提供的多旋翼超声波自动避障无人机的组成结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在 此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的 范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做 出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做 广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接, 也可以是电连接;可以是直接连接,也可以通过中间媒介间接连接,也可以是两个元件内部 的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。
[0030] 如图1所示,本发明实施例提供的多旋翼超声波自动避障无人机,包括飞控主板6、 若干旋翼8和若干电机7,各电机7与各旋翼8—一对应,各电机7用于分别驱动各自对应的旋 翼8。该无人机还包括第一控制器5、若干超声波传感器1和若干第二控制器3。
[0031] 各第二控制器3与各超声波传感器1一一对应,各超声波传感器1与各自对应的第 二控制器3通信连接,各第二控制器3与第一控制器5通信连接,第一控制器5与飞控主板6通 信连接,飞控主板6与各电机7通信连接。
[0032] 各超声波传感器1被配置为分别实时感测无人机不同方向的障碍物与无人机之间 的距离,并将各自实时感测到的距离信号发送到各自对应的第二控制器3。
[0033] 各第二控制器3用于对各自接收到的距离信号进行处理,得出无人机相应方向的 障碍物与无人机之间的实时距离数据,并将各自得出的实时距离数据发送到第一控制器5。 各第二控制器3可通过I2C总线与第一控制器5通信连接。
[0034] 第一控制器5根据接收到的无人机各方向的障碍物与无人机之间的实时距离数 据,实时生成飞行控制指令,并将飞行控制指令实时发送到飞控主板6。
[0035] 飞控主板6根据实时接收到的飞行控制指令控制相应电机7的转速以改变相应电 机7所驱动的旋翼8的转速,使无人机进行自动避障飞行。
[0036]作为本实施例的一个优选实施方式,无人机包括四个旋翼8、四个电机7、四个超声 波传感器1和四个第二控制器3,不同方向包括前、后、左、右四个方向,每一超声波传感器1 感测无人机其中一个方向的障碍物与无人机之间的距离。
[0037]作为本实施例的一个优选实施方式,无人机还包括高度传感器2和第三控制器4。 高度传感器2与第三控制器4通信连接,第三控制器4分别与第一控制器5和飞控主板6通信 连接。高度传感器2用于实时感测无人机的高度,并将实时感测到的高度信号发送到第三控 制器4。第三控制器4用于对高度信号进行处理,得出无人机的实时高度数据,并将无人机的 实时高度数据发送到第一控制器5和飞控主板6。第一控制器5还根据无人机的实时高度数 据发送高度调节指令到飞控主板6,飞控主板6根据高度调节指令控制各电机7的转速,以调 节无人机的飞行高度。可具有自稳模式、定高模式、自动降落等飞行功能。
[0038]作为本实施例的一个优选实施方式,高度传感器2为超声波传感器1。
[0039]作为本实施例的一个优选实施方式,飞控主板6上集成有气压计、三轴加速度传感 器、三轴陀螺仪、电子罗盘中的至少一种。气压计用于测量无人机的海拔高度,三轴加速度 传感器用于测量无人机的运动加速度,三轴陀螺仪用于测量无人机的运动角速度,电子罗 盘用于测量无人机的航向。 LUU4UJ讣73不头施例的一1 w述头她万式,飞控主板6上设置有遥控信号接收端口,第一 控制器5通过有线与遥控信号接收端口连接,并按照遥控賴信协议将飞行控制指令发送 到遥控信号接口,飞控主板6通过飞—端口接收飞行控制指令或姿态控制遥控数据包。通过 这种方式使对无人机的控制脱离了遥控器,实现了无人机姿态的自动控制。
[0041]作为本实施例的一个优选实施方式,第一控制器5和第二控制器3均采用型号为 Atmega328的处理器。
[0042]作为本实施例的一个优选实施方式,第一控制器5、各超声波传感器〖和各第二控 制器3集成在同一块控制板上,通过将该控制板集成安装在普通的无人机上,通过有线与无 人机的飞控主板6的遥控信号接收端口连接,就可使之具备自动避障功能,简单方便。
[0043]作为本实施例的一个优选实施方式,各超声波传感器丨与各自对应的第二控制器3 通过串口连接。
[0044]作为本实施例的一个优选实施方式,超声波传感器1为数字式超声波传感器丨,具 体可采用US-100型数字式高精度超声波传感器1。
[0045]以下为该多旋翼超声波自动避障无人机的一控制实例:
[0046]无人机上电后,通过各第二控制器3和第三控制器4连接的超声波传感器1及高度 传感器2获取到无人机前、后、左、右四个方向上的障碍物的距离数据和无人机的高度数据。 第一控制器5将各数据汇总后,分析判断无人机与各方向障碍物的位置关系和无人机的高 度,判断无人机距离哪个方向的障碍物更近(偏前、偏后、偏左、偏右),再判断距离障碍物较 近的方向上的障碍物的距离是否小于预设的安全距离,如果小于安全距离,则对无人机进 行相应调整。第一控制器5可生成相应调整指令,发送到飞控主板6,由飞控主板6控制相应 电机7的转速,从而实现对无人机的调整。结合与各方向障碍物的距离数据和高度数据,对 无人机的调整主要包括前进、后退、左移、右移、左转、右转、上升、下降等。
[0047]最后应说明的是:上述各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同 替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范 围。

Claims (10)

1. 一种多旋翼超声波自动避障无人机,包括飞控主板、若干旋翼和若干电机,每个电机 分别对应一个旋翼,所述电机用于驱动与其对应的旋翼,其特征在于;还包括第一控制器、 若干超声波传感器和若干第二控制器; 各第二控制器与各超声波传感器一一对应,各超声波传感器与各自对应的第二控制器 通信连接,各第二控制器与所述第一控制器通信连接,所述第一控制器与所述飞控主板通 信连接,所述飞控主板与各电机通信连接; 各超声波传感器被配置为分别实时感测无人机不同方向的障碍物与所述无人机之间 的距离,并将各自实时感测到的距离信号发送到各自对应的第二控制器; 各第二控制器用于对各自接收到的距离信号进行处理,得出无人机相应方向的障碍物 与所述无人机之间的实时距离数据,并将各自得出的实时距离数据发送到所述第一控制 器; 所述第一控制器根据接收到的所述无人机各方向的障碍物与所述无人机之间的实时 距离数据,实时生成飞行控制指令,并将所述飞行控制指令实时发送到所述飞控主板; 所述飞控主板根据实时接收到的飞行控制指令控制相应电机的转速以改变相应电机 所驱动的旋翼的转速,使所述无人机进行自动避障飞行。
2. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述无人机包括四 个旋翼、四个电机、四个超声波传感器和四个第二控制器; 所述不同方向为前、后、左、右四个方向,每一超声波传感器感测所述无人机其中一个 方向的障碍物与所述无人机之间的距离。
3. 如权利要求2所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述无人机还包括 高度传感器和第三控制器; 所述高度传感器与所述第三控制器通信连接,所述第三控制器分别与所述第一控制器 和飞控主板通信连接; 所述高度传感器用于实时感测所述无人机的高度,并将实时感测到的高度信号发送到 所述第三控制器; 所述第三控制器用于对所述高度信号进行处理,得出所述无人机的实时高度数据,并 将所述无人机的实时高度数据发送到所述第一控制器和飞控主板; 所述第一控制器还根据所述无人机的实时高度数据发送高度调节指令到所述飞控主 板,所述飞控主板根据所述高度调节指令控制各电机的转速,以调节所述无人机的飞行高 度。
4. 如权利要求3所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述高度传感器为 超声波传感器。
5. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述飞控主板上集 成有气压计、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、电子罗盘中的至少一种。
6. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述飞控主板上设 置有遥控信号接收端口,所述第一控制器通过有线方式与所述遥控信号接收端口连接,并 按照遥控通信协议将所述飞行控制指令发送到所述遥控信号接口,所述飞控主板通过所述 飞控端口接收所述飞行控制指令。
7. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述第一控制器和 第二控制器均采用型号为Atmega328的处理器。
8. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述第一控制器、 各超声波传感器和各第二控制器集成在同一块控制板上。
9. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,各超声波传感器与 各自对应的第二控制器通过串口通信连接。
10. 如权利要求1所述的多旋翼超声波自动避障无人机,其特征在于,所述超声波传感 器为数字式超声波传感器。
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