CN107168375A - 一种防碰撞及增稳无人机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防碰撞及增稳无人机控制方法，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。本发明无人机控制系统使无人机飞行安全性更高，防止机体与障碍物碰撞损坏；此外，无人机的飞行高度能够随着农药喷洒的进行及时调整，使农药喷洒更加均匀、有效。
Description
技术领域
本发明属于无人机控制领域，具体涉及一种防碰撞及增稳无人机控制方法。
背景技术
在现代农业中，为了抑制农作物的病、虫、草害，需要给农作物喷洒农药。对于小块作物地，普通的人工施药器械性价比较高，但是对于平原上的辽阔的作物地，往往需要利用无人机来喷洒农药。与传统人工作业相比，植保无人机喷防效果好、突击性能强、单位面积施药液量小、不受作物长势的限制，且适应各种地形。
但是，使用无人机进行农药喷洒的实际应用中面临以下两个问题和挑战：第一，在农田上空飞行过程中，无法对飞行路线上的障碍物进行探测和规避，因此造成碰撞、坠机，由于目前的无人机成本很高，碰撞或坠机事故会大大增加使用者的成本。第二，农药喷洒过程中，随着农药药液重量的减少，会带来无人机整体的重量变化，使无人机飞行高度上升；但是常规无人机控制方法无法自动调节飞行高度，确保飞行高度的稳定，影响农药喷洒的均匀度。
目前大多无人机上没有抗风系统，抗风能力低，在有风的情况下，无人机在飞行过程中，会出现漂移的情况，严重影响无人机的工作效率。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种防碰撞及增稳无人机控制方法。
技术方案：本发明所述的一种防碰撞及增稳无人机控制方法，包括：
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞 行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；
如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则 会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整；
空速管实时测量飞机和空气的相对速度V1，同时，通过GPS模块和IMU惯性测量模块实时测量飞机相对地面的移动速度V2；空速管和IMU惯性测量模块分别将测量的数据信息V1和V2，发送给飞行控制器，飞行控制器获得两者的速度差，并将速度差的数据信息发送给飞行姿态控制器；飞行姿态控制器综合分析数据信息，并将数据信息转化为电信号控制电机的输出，进而控制无人机的飞行姿态。
进一步的，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
本发明还公开了一种防碰撞及增稳无人机：
包括飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态和姿态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；
微波高度计，所述微波高度计安装在所述无人机的机体，微波高度计与所述飞行控制器相连，用于检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器；
还包括驱动无人机飞行姿态改变的电机，无人机机体体的四个方向上均设有空速管，所述无人机本体内设有GPS模块、IMU惯性测量模块和飞行控制器，所述飞行控制器包括飞行姿态控制器，所述GPS模块 和IMU惯性测量模块均与飞行姿态控制器电性连接，所述飞行姿态控制器与电机电性连接。
进一步的，所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
进一步的，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药 喷洒任务。
进一步的，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
进一步的，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
有益效果：本发明的有益效果是：
1、无人机飞行安全性高。由于无人机控制系统包括飞行控制器和微波传感器；微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制新无人机的飞行轨迹；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务。
2、农药喷洒均匀。由于无人机控制系统包括飞行控制器和微波高度计，所述微波高度计安装在所述无人机的机体，微波高度计与所述飞行控制器相连，用于检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器。飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度，从而使无人机的飞行高度能够随着农药喷洒的进行及时调整，使农药喷洒更加均匀、有效；
3、通过在无人机本体的四个方向各添加一个空速管，前后两个空速管测量俯仰方向的风速，左右两个空速管测量横滚方向的风速，测得速度后和IMU惯性测量模块以及GPS融合后测的速度做比较，将差值转换为姿态改变量传给飞行控制器，飞行控制器读取当前的姿态改变量，并且通过飞行姿态控制器控制电机的运转，进而调整飞行姿态来抵抗风速，此发明，能够让无人机更好的抵抗风速，能够让无人机在强风下更好的作业。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明一种实施例的一种防碰撞及增稳无人机，包括飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态和姿态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；
微波高度计，所述微波高度计安装在所述无人机的机体，微波高度计与所述飞行控制器相连，用于检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器；
还包括驱动无人机飞行姿态改变的电机，无人机机体体的四个方向上均设有空速管，所述无人机本体内设有GPS模块、IMU惯性测量模块和飞行控制器，所述飞行控制器包括飞行姿态控制器，所述GPS模块 和IMU惯性测量模块均与飞行姿态控制器电性连接，所述飞行姿态控制器与电机电性连接。
在本发明上述实施例的无人机控制中，所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
用本发明上述实施例的无人机系统对无人机进行控制时，飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务。
利用本发明上述实施例的无人机控制系统对无人机进行控制时，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
本发明实施例还提供一种无人机控制方法，基于如上任一项实施例所述的无人机控制系统；
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
在上述无人机控制系统中，利用微波高度计检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器，进而利用飞行控制器控制无人机的飞行高度。上述实施例还可以进一步改进，形成以下实施例的无人机控制系统及对应的无人机控制方法。
增稳系统的自动控制方法，包括以下步骤：
(1 )空速管实时测量飞机和空气的相对速度V1，同时，通过GPS模块和IMU惯性测量 、模块实时测量飞机相对地面的移动速度V2；
( 2)空速管和IMU惯性测量模块分别将测量的数据信息V1和V2，发送给飞行控制器，飞行控制器获得两者的速度差，并将速度差的数据信息发送给飞行姿态控制器；
( 3 )飞行姿态控制器综合分析数据信息，并将数据信息转化为电信号控制电机的输出，进而控制无人机的飞行姿态。
基于上述，本发明提供的无人机抗风增稳系统，在无人机本体的四个方向各添加一个空速管，前后两个空速管测量俯仰方向的风速，左右两个空速管测量横滚方向的风速，测得速度后和IMU惯性测量模块以及GPS融合后测的速度做比较，将差值转换为姿态改变量传给飞行控制器，飞行控制器读取当前的姿态改变量，并且通过飞行姿态控制器控制电机的运转，进而调整飞行姿态来抵抗风速，此发明，能够让无人机更好的抵抗风速，能够让无人机在强风下更好的作业。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种防碰撞及增稳无人机控制方法，其特征在于：包括：
飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞 行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；
如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则 会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整；
空速管实时测量飞机和空气的相对速度V1，同时，通过GPS模块和IMU惯性测量模块实时测量飞机相对地面的移动速度V2；空速管和IMU惯性测量模块分别将测量的数据信息V1和V2，发送给飞行控制器，飞行控制器获得两者的速度差，并将速度差的数据信息发送给飞行姿态控制器；飞行姿态控制器综合分析数据信息，并将数据信息转化为电信号控制电机的输出，进而控制无人机的飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的一种防碰撞及增稳无人机控制方法，其特征在于：飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药喷洒任务；
同时，飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
3.根据权利要求1或2所述的一种防碰撞及增稳无人机，其特征在于：
包括飞行控制器，所述飞行控制器用于控制机体的飞行状态和姿态；
微波传感器，所述微波传感器安装在所述机体，并且与所述飞行控制器相连，用于探测机体周围的障碍物，将障碍物的位置信息传输给飞行控制器；
微波高度计，所述微波高度计安装在所述无人机的机体，微波高度计与所述飞行控制器相连，用于检测无人机的机体的高度，并将所述高度信息传输给飞行控制器；
还包括驱动无人机飞行姿态改变的电机，无人机机体体的四个方向上均设有空速管，所述无人机本体内设有GPS模块、IMU惯性测量模块和飞行控制器，所述飞行控制器包括飞行姿态控制器，所述GPS模块 和IMU惯性测量模块均与飞行姿态控制器电性连接，所述飞行姿态控制器与电机电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种防碰撞及增稳无人机，其特征在于：所述微波传感器包括雷达信号处理器、发射天线和接收天线，所述发射天线与雷达信号处理器连接，所述接收天线与雷达信号处理器连接；发射天线向机体周围发射微波信号，接收天线接收回波并传输给雷达信号处理器，雷达信号处理器完成对障碍物位置的探测。
5.根据权利要求3或4所述的一种防碰撞及增稳无人机，其特征在于：飞行控制器接收到来自微波传感器的障碍物的位置信息后，如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径重合，则制定新的无人机的飞行路径；
飞行控制器按照新的飞行路径控制无人机的飞行，使无人机绕开障碍物；无人机按调整之后的飞行路径完成避障后，继续返回预设飞行路径执行农药喷洒任务；如确认所述障碍物位置与无人机的预设飞行路径不重合，则按预设飞行路径执行农药 喷洒任务。
6.根据权利要求3或4所述的一种防碰撞及增稳无人机，其特征在于：飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
7.根据权利要求5所述的一种防碰撞及增稳无人机，其特征在于：飞行控制器接收到来自微波高度计的高度信息后，如确认当前飞行高度超出预设的飞行高度范围，则会通过飞行控制器调低无人机的飞行高度；如果飞行高度在预设的飞行高度范围之内，则无需对飞行高度进行调整。
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