CN107479569B - 一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，包括中控模块、I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断、压力传感器、姿态控制、伸缩机构、电机控制、电机；所述中控模块分别与I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断、压力传感器、姿态控制、伸缩机构、电机控制、电机通信连接。本发明通过中控模块、I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断等模块的设置，能有效解决定点自动飞行的问题，为短距离物流的高效率低成本运营提供有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统。
背景技术
目前，部分高校校园较大，或者有多个临近的校区，其中的小件物流多采用专人骑行的方式，人力成本高、效率低。
特别的，上述短距离物流大多定点、小批量，可采用无人机进行运输以节约人力成本，但现有技术中的无人机技术对此并没有提供足够的支持，尤其是现有技术中对于无人机自动飞行控制，一般是通过外部控制中心统一控制，但该方式对通信信号的要求较高，而且控制中心假设成本较高，因此对于实施物流的单位而言，其成本和故障率(因信号异常导致)都难以接受。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，该可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统通过中控模块、I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断等模块的设置，能有效解决定点自动飞行的问题，为短距离物流的高效率低成本运营提供有力保障。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，包括中控模块、I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断、压力传感器、姿态控制、伸缩机构、电机控制、电机；所述中控模块分别与I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断、压力传感器、姿态控制、伸缩机构、电机控制、电机通信连接；
所述路径点暂存器存储用户通过I/O接口传入的路径点集合；
所述路线规划按照路径点暂存器中的路径点集合，按序连接每两个路径点得到飞行路线；
所述位置判断从压力传感器中读取受力数据，并通过受力数据以及电机转速、姿态信息，对当前位置进行判断；
所述姿态控制通过对伸缩机构进行控制，实现对螺旋翼的姿态控制；
所述电机控制通过对电机进行控制以提供飞行动力；
所述中控模块协调信号传递，将I/O接口接收并由用户确认的路径点集合发送至路径点暂存器，将路径点暂存器中的路径点数据发送至路线规划，接受路线规划返回的飞行路线并置入内存，实时对比位置判断返回的当前位置和内存中的飞行路线，并根据对比结果向姿态控制和电机控制发送调整指令。
所述路线规划还连接有地图暂存库，路线规划对每两个路径点之间的连线，通过从地图暂存库中读取带有建筑物高度信息的地图数据，附上高度值，并根据地图数据中建筑物高度对路径点连线进行弯曲调整，避免连线穿过建筑物，最终形成能避开建筑物的飞行路线。
还包括姿态调整，姿态调整信号连接中控模块，且中控模块对姿态调整的指令发送至姿态调整；姿态调整连接有姿态模型库；姿态调整根据从姿态模型库中读取的姿态-操作模型，将姿态调整指令进行计算转换得到伸缩机构控制指令集，并将伸缩机构控制指令集发送姿态控制执行。
还包括平衡基准库，平衡基准库信号连接中控模块，平衡基准库中存储初始化过程中记载的平衡状态下，多个电机功率的比例值，中控模块通过电机控制对电机的控制以平衡基准库中存储的比例值作为控制基准。
所述平衡基准库、路径点暂存器、地图暂存库、姿态模型库均为eMMC。
本发明的有益效果在于：通过中控模块、I/O接口、路径点暂存器、路线规划、位置判断等模块的设置，能有效解决定点自动飞行的问题，为短距离物流的高效率低成本运营提供有力保障。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：101-中控模块，102-平衡基准库，103-I/O接口，104-路径点暂存器，211-路线规划，212-地图暂存库，221-位置判断，222-压力传感器，231-姿态调整，232-姿态模型库，241-姿态控制，242-伸缩机构，251-电机控制，252-电机。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示的一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，包括中控模块101、I/O接口103、路径点暂存器104、路线规划211、位置判断221、压力传感器222、姿态控制241、伸缩机构242、电机控制251、电机252；所述中控模块101分别与I/O接口103、路径点暂存器104、路线规划211、位置判断221、压力传感器222、姿态控制241、伸缩机构242、电机控制251、电机252通信连接；
所述路径点暂存器104存储用户通过I/O接口103传入的路径点集合；
所述路线规划211按照路径点暂存器104中的路径点集合，按序连接每两个路径点得到飞行路线；
所述位置判断221从压力传感器222中读取受力数据，并通过受力数据以及电机转速、姿态信息，对当前位置进行判断；
所述姿态控制241通过对伸缩机构242进行控制，实现对螺旋翼的姿态控制；
所述电机控制251通过对电机252进行控制以提供飞行动力；
所述中控模块101协调信号传递，将I/O接口103接收并由用户确认的路径点集合发送至路径点暂存器104，将路径点暂存器104中的路径点数据发送至路线规划211，接受路线规划211返回的飞行路线并置入内存，实时对比位置判断221返回的当前位置和内存中的飞行路线，并根据对比结果向姿态控制241和电机控制251发送调整指令。
由此，用户使用时，将待运输的物件捆绑在无人机上，通过I/O接口103连接的操作屏幕等任意交互设备，对路径点进行设置并确认，即可等待无人机自动完成飞行运输。不过考虑到无人机的运载能力，同时为确保无人机自动飞行过程中有足够的调整余地，因此不适用于运输过重的包裹。
进一步的，无人机飞行直接通过路径点连线，可能会撞上建筑物，除非用户在设定路径点时刻意避开建筑物，因此为提高用户体验，避免用户在设定路径点时疏于考虑而导致无人机撞损，所述路线规划211还连接有地图暂存库212，路线规划211对每两个路径点之间的连线，通过从地图暂存库212中读取带有建筑物高度信息的地图数据，附上高度值，并根据地图数据中建筑物高度对路径点连线进行弯曲调整，避免连线穿过建筑物，最终形成能避开建筑物的飞行路线。地图数据应提前设置并写入地图暂存库212中。
更进一步的，中控模块101主要负责整体控制，因此如果还让中空模块101负责计算姿态调整对应的伸缩机构控制量，则很可能导致计算量过大、芯片过热等异常情况，故还包括姿态调整231，姿态调整231信号连接中控模块101，且中控模块101对姿态调整的指令发送至姿态调整231；姿态调整231连接有姿态模型库232；姿态调整231根据从姿态模型库232中读取的姿态-操作模型，将姿态调整指令进行计算转换得到伸缩机构控制指令集，并将伸缩机构控制指令集发送姿态控制241执行。
由于电机252在使用过程中可能会出现不同程度的耗损，导致同样的控制量却有不同的转速，同时无人机捆绑的物件重心大多情况下也不在理想状态，因此为确保无人机整体平衡易控，还包括平衡基准库102，平衡基准库102信号连接中控模块101，平衡基准库102中存储初始化过程中记载的平衡状态下，多个电机功率的比例值，中控模块101通过电机控制251对电机的控制以平衡基准库102中存储的比例值作为控制基准。由此，只要每次无人机开机时，完成一次初始化过程即可确保之后的平衡问题得以解决。
具体而言，所述平衡基准库102、路径点暂存器104、地图暂存库212、姿态模型库232均为eMMC。
Claims (3)
1.一种可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，包括中控模块(101)、I/O接口(103)、路径点暂存器(104)、路线规划(211)、位置判断(221)、压力传感器(222)、姿态控制(241)、伸缩机构(242)、电机控制(251)、电机(252)，其特征在于：所述中控模块(101)分别与I/O接口(103)、路径点暂存器(104)、路线规划(211)、位置判断(221)、压力传感器(222)、姿态控制(241)、伸缩机构(242)、电机控制(251)、电机(252)通信连接；
所述路径点暂存器(104)存储用户通过I/O接口(103)传入的路径点集合；
所述路线规划(211)按照路径点暂存器(104)中的路径点集合，按序连接每两个路径点得到飞行路线；
所述位置判断(221)从压力传感器(222)中读取受力数据，并通过受力数据以及电机转速、姿态信息，对当前位置进行判断；
所述姿态控制(241)通过对伸缩机构(242)进行控制，实现对螺旋翼的姿态控制；
所述电机控制(251)通过对电机(252)进行控制以提供飞行动力；
所述中控模块(101)协调信号传递，将I/O接口(103)接收并由用户确认的路径点集合发送至路径点暂存器(104)，将路径点暂存器(104)中的路径点数据发送至路线规划(211)，接受路线规划(211)返回的飞行路线并置入内存，实时对比位置判断(221)返回的当前位置和内存中的飞行路线，并根据对比结果向姿态控制(241)和电机控制(251)发送调整指令；
还包括姿态调整(231)，姿态调整(231)信号连接中控模块(101)，且中控模块(101)对姿态调整的指令发送至姿态调整(231)；姿态调整(231)连接有姿态模型库(232)；姿态调整(231)根据从姿态模型库(232)中读取的姿态-操作模型，将姿态调整指令进行计算转换得到伸缩机构控制指令集，并将伸缩机构控制指令集发送姿态控制(241)执行；
还包括平衡基准库(102)，平衡基准库(102)信号连接中控模块(101)，平衡基准库(102)中存储初始化过程中记载的平衡状态下，多个电机功率的比例值，中控模块(101)通过电机控制(251)对电机的控制以平衡基准库(102)中存储的比例值作为控制基准。
2.如权利要求1所述的可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，其特征在于：所述路线规划(211)还连接有地图暂存库(212)，路线规划(211)对每两个路径点之间的连线，通过从地图暂存库(212)中读取带有建筑物高度信息的地图数据，附上高度值，并根据地图数据中建筑物高度对路径点连线进行弯曲调整，避免连线穿过建筑物，最终形成能避开建筑物的飞行路线。
3.如权利要求1所述的可调螺旋翼姿态的无人机自动飞行控制系统，其特征在于：所述平衡基准库(102)、路径点暂存器(104)、地图暂存库(212)、姿态模型库(232)均为eMMC。
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