CN108820215B - 一种自主寻找目标的自动空投无人机 - Google Patents

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Abstract

一种自主寻找目标的自动空投无人机，主要由图像识别模块、供电模块、微处理器、无刷电机、螺旋桨、电子调速器、机臂、降落架、双轴倾角传感器、舵机、超声波模块、储物仓等组成。其特征在于：通过图像识别模块获取目标位置的信息，微处理器控制舵机转动使得图像识别模块始终与目标位置保持正对状态，微处理器采集到图像识别模块的倾角后，控制飞行器向有倾角的方向移动，直到飞行器飞行至目标位置正上方停下来。该系统可以实现自动寻找目标，脱离遥控控制，精确度高，可用于无GPS信号或GPS信号不良情况下的精确投放，以及灾区物资投放和室内投放。解决了现有飞行器无法脱离遥控以及无法实现精确投放等缺点。

Description

一种自主寻找目标的自动空投无人机
技术领域
本发明涉及一种空投无人机，尤其涉及一种自主寻找目标的自动空投无人机。
背景技术
近年来，无人机在民用方面的应用越来越多，各国在民用无人机的方面逐渐开放，广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域。但目前市面上的无人机几乎全为手动操控，对飞行的掌控不稳定，而且对操控者的技术要求也很苛刻，要实现准确定点投放，手动操控难度很大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可自主寻找目标的自动空投无人机，能够实现自主寻找目标，自主控制飞行，自主投放物体，可用于无GPS信号或GPS信号不良情况下的精确投放，以及灾区物资投放和室内定点投放。
本发明采用如下技术方案，一种自主寻找目标的自动空投无人机，包括供电模块、微处理器模块、图像识别模块、超声波模块、双轴倾角传感器模块、机臂、电子调速器、无刷电机、螺旋桨、舵机1号、舵机2号、舵机3号、降落架、固定框、储物仓；其特征在于：（1）整机结构：降落架分别与机臂、固定框、储物仓相连接；机臂与无刷电机连接，无刷电机与螺旋桨连接；机臂下方固定了电子调速器；图像识别模块、舵机1号、舵机2号分别固定在固定框上，舵机3号固定在储物仓上。（2）电气连接：微处理器模块分别与图像识别模块、双轴倾角传感器模块、舵机1号、舵机2号、舵机3号、电子调速器、超声波模块连接；电子调速器与无刷电机连接；供电模块分别连接了微处理器模块、图像识别模块、超声波模块、双轴倾角传感器模块、电子调速器、舵机1号、舵机2号，舵机3号。通过微处理器模块控制舵机1号、舵机2号带动图像识别模块旋转，实现机身下半球范围内扫描，快速获取目标位置的信息后，舵机1号和舵机2号停止之前的连续转动，微处理器开始控制舵机1号、舵机2号使得图像识别模块始终与目标位置保持正对状态，与此同时，微处理器开始采集图像识别模块的倾角，控制飞行器向有倾角的方向移动，直到飞行器飞行至目标位置正上方停下来。该系统可以实现自动寻找目标，脱离遥控控制，精确度高，可用于无GPS信号或GPS信号不良情况下的精确投放，以及灾区物资投放和室内投放。解决了现有飞行器无法脱离遥控以及无法实现精确投放等缺点。
本发明所述微处理器内置pid算法，能自主调节飞行器的稳定性；该微处理器内置AD转换功能，可以将双轴倾角传感器与图像识别模块发出的模拟信号转换成数字信号；并可以控制舵机转动以及飞行器的飞行状态。
本发明所述图像识别模块、舵机1号、舵机2号分别固定在固定框上，舵机1号可以控制图像识别模块x轴上的转动，舵机2号可以控制图像识别模块y轴上的转动；舵机1号、舵机2号用于控制图像识别模块实现任意角度的旋转。
本发明所述双轴倾角传感器模块分别测量图像识别模块的X轴、Y轴与水平面的夹角，可以实现图像识别模块的倾斜程度的测定，并以电信号的形式输出。双轴倾角传感器与图像识别模块平面，两者互相平行。
本发明所述图像识别模块可以实现采集目标物体的颜色在视野中的坐标信息，并将坐标以电信号的方式发送给微处理器，能同时识别多个目标物体的颜色，可根据实际情况选择需要识别的目标物体颜色。
本发明所述超声波模块用于检测无人机与地面之间的距离。
本发明所述微处理器模块分别与图像识别模块、双轴倾角传感器模块、舵机1号、舵机2号连接，其特征在于控制过程是：无人机飞行至一定高度以后，微处理器模块驱动舵机1号和舵机2号带动图像识别模块旋转，实现机身下半球范围内扫描，快速寻找目标位置的颜色，当目标位置的颜色出现在图像识别模块的视野中时，舵机1号和舵机2号停止之前的连续转动，此后微处理器2驱动舵机1号10a和舵机2号10b使得图像识别模块正对目标位置，与此同时，微处理器模块开始采集用于检测图像识别模块倾斜程度的x轴和y轴上的双轴倾角传感器的倾角信号，根据接收到的信号，控制无人机向目标靠近，使得图像识别模块的x轴和y轴倾角逐渐减小，同时直到双轴倾角传感器检测到图像识别模块的倾斜角度为0度，此时无人机达到目标位置正上方。
本发明所述储物仓与舵机3号连接，舵机3号与微处理器模块相连，当飞行器飞行至目标位置正上方时，通过微处理器模块向舵机3号发出控制信号，实现储物仓仓门的开关。
本发明所述供电模块可以为系统提供11.1V与5V稳定的直流工作电压。
本发明所述的降落架，底部设有减震海绵，并且有脚架一定弯曲度，能够承受一定的冲击力。
本发明的优点：该无人机不需要人工进行遥控控制就可以实现精确的定点投放，只需要设置目标识别物体就可以完成整个投放过程。十分适用于灾区物资的投放以及室内的精确投放，该无人机对操作者无要求，而且对外界的要求也很小，无GPS情况下也不会影响它的正常工作。该无人机比市面上的无人机更容易上手，更安全，无人机飞行的速度、高度都可以通过更新微处理器中的代码来实现改变，使用周期长，不容易被淘汰。
附图说明
图1是本发明无人机的俯视图。
图2是本发明无人机的正视图。
图3是本发明无人机的控制系统框图。
符号说明：1、供电模块，2、微处理器模块，3、图像识别模块，4、超声波模块，5、双轴倾角传感器模块，6、机臂，7、电子调速器，8、无刷电机，9、螺旋桨， 10a、舵机1号，10b、舵机2号，10c、舵机3号，11、降落架，12、固定框，13、储物仓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步阐明。
如图1、图2所示，一种自主寻找目标的自动空投无人机，包括供电模块1、微处理器模块2、图像识别模块3、超声波模块4、双轴倾角传感器模块5、机臂6、电子调速器7、无刷电机8、螺旋桨9、舵机1号10a、舵机2号10b、舵机3号10c、降落架11、固定框12、储物仓13；其特征在于：（1）整机结构：降落架11分别与机臂6、固定框12、储物仓相连接12；机臂6与无刷电机7连接，无刷电机7与螺旋桨8连接；机臂6下方固定了电子调速器7；图像识别模块3、舵机1号10a、舵机2号10b分别固定在固定框12上，舵机3号10c固定在储物仓13上。（2）电气连接：微处理器模块3分别与图像识别模块3、双轴倾角传感器5模块、舵机1号10a、舵机2号10b、舵机3号10c、电子调速器7、超声波模块4连接；电子调速器7与无刷电机8连接；供电模块1分别连接了微处理器模块2、图像识别模块3、超声波模块4、双轴倾角传感器模块5、电子调速器7、舵机1号10a、舵机2号10b，舵机3号10c。通过微处理器模块2控制舵机1号10a、舵机2号10b带动图像识别模块旋转，实现机身下半球范围内扫描，快速获取目标位置的信息后，舵机1号10a和舵机2号10b停止之前的连续转动，微处理器开始控制舵机1号10a、舵机2号10b使得图像识别模块3始终与目标位置保持对状态，与此同时，微处理器开始采集图像识别模块的倾角，控制飞行器向有倾角的方向移动，直到飞行器飞行至目标位置正上方停下来。该系统可以实现自动寻找目标，脱离遥控控制，精确度高，可用于无GPS信号或GPS信号不良情况下的精确投放，以及灾区物资投放和室内投放。解决了现有飞行器无法脱离遥控以及无法实现精确投放等缺点。
图3所示，所述微处理器3内置pid算法，能自主调节飞行器的稳定性；该微处理器内置AD转换功能，可以将双轴倾角传感器与图像识别模块发出的模拟信号转换成数字信号；并可以控制舵机转动以及飞行器的飞行状态；
图2所示，所述图像识别模块3、舵机1号10a、舵机2号10b分别固定在固定框上，舵机1号可以控制图像识别模块x轴上的转动，舵机2号可以控制图像识别模块y轴上的转动；舵机1号、舵机2号用于控制图像识别模块实现任意角度的旋转。
图2所示，所述双轴倾角传感器模块5分别测量图像识别模块的X轴、Y轴与水平面的夹角，可以实现图像识别模块的倾斜程度的测定，并以电信号的形式输出。双轴倾角传感器与图像识别模块平面，两者互相平行。
图2所示，所述图像识别模块3可以实现采集目标物体的颜色在视野中的坐标信息，并将坐标以电信号的方式发送给微处理器，能同时识别多个目标物体的颜色，可根据实际情况选择需要识别的目标物体颜色。
图2所示，所述超声波模块用于检测无人机与地面之间的距离。
图3所示，所述微处理器模块2分别与图像识别模块3、双轴倾角传感器模块5、舵机1号10a、舵机2号10b连接，其特征在于控制过程是：无人机飞行至一定高度以后，微处理器模块驱动舵机1号和舵机2号连续转动，使得图像识别模块成360度旋转快速寻找目标位置的颜色，当目标位置的颜色出现在图像识别模块的视野中时，舵机1号和舵机2号停止之前的连续转动，此后微处理器2驱动舵机1号10a和舵机2号10b使得图像识别模块正对目标位置，与此同时，微处理器模块开始采集用于检测图像识别模块倾斜程度的x轴和y轴上的双轴倾角传感器的倾角信号，根据接收到的信号，控制无人机向目标靠近，使得图像识别模块的x轴和y轴倾角逐渐减小，同时直到双轴倾角传感器检测到图像识别模块的倾斜角度为0度，此时无人机达到目标位置正上方。
图1所示，所述储物仓13与舵机3号10c连接，舵机3号与微处理器模块相连，当飞行器飞行至目标位置正上方时，通过微处理器模块向舵机3号发出控制信号，实现储物仓仓门的开关。
图3所示，所述供电模块可以为系统提供11.1V与5V稳定的直流工作电压。
图1所示，所述的降落架，底部设有减震海绵，并且有脚架一定弯曲度，能够承受一定的冲击力。
具体控制过程如下：如图1、图2、图3、所示，启动供电模块1以后微处理器2向电子调速器7发出PWM信号使得4个无刷电机8转动，无刷电机8带动螺旋桨9转动，从而产生升力，使无人机起飞，离开地面。超声波模块4不断检测无人机与地面之间的距离，当该距离大于代码中预设值时，微处理器模块2发出信号使得无刷电机8的转速减慢，从而使升力减小，无人机的高度下降，反之同理。无人机飞行至一定高度以后，微处理器模块2驱动舵机1号10a和舵机2号10b带动图像识别模块3旋转，实现机身下半球范围内扫描，快速寻找目标位置的颜色，当目标位置的颜色出现在图像识别模块3的视野中时，舵机1号10a和舵机2号10b停止之前的连续转动，此后微处理器2驱动舵机1号10a和舵机2号10b使得图像识别模块3正对目标位置；与此同时，微处理器模块2开始采集用于检测图像识别模块3倾斜程度的x轴和y轴上的双轴倾角传感器5的倾角信号，根据接收到的信号，改变之前微处理器输出的PWM信号的频率，使无人机向有倾角的方向移动，控制无人机向目标靠近，并且越靠近目标位置时无人机的移动速度越缓慢，使得图像识别模块的x轴和y轴倾角逐渐减小，直到双轴倾角传感器检测到图像识别模块的倾斜角度为0度，此时无人机达到目标位置正上方，微处理器2发出信号驱动舵机3号打开储物仓13的仓门，投放物资。
无人机完成投放之后，微处理器2驱动舵机1号10a和舵机2号10b转动，使图像识别模块寻找降落位置，同样的，无人机到达降落位置正上方以后，双轴倾角传感器5检测到的角度为0度，此时微处理器2发出信号，关闭超声波模块4的定高功能，并且发出不同频率的PWM信号使无刷电机8的转速逐渐减慢，使无人机缓慢下降直至落地，当超声波模块4检测到无人机已经落地以后，微处理器关闭PWM信号输出，使无刷电机8停止转动。
需要强调的是：以上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，凡是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 (5)

1.一种自主寻找目标的自动空投无人机，包括供电模块、微处理器模块、图像识别模块、超声波模块、双轴倾角传感器模块、机臂、电子调速器、无刷电机、螺旋桨、舵机1号、舵机2号、舵机3号、降落架、固定框、储物仓；其特征在于：
（1）整机结构：机身分别与降落架、机臂、固定框相连接；供电模块、微处理器模块、超声波模块、储物仓分别安装在机身上；机臂与无刷电机连接，无刷电机与螺旋桨连接；机臂下方固定了电子调速器；图像识别模块、舵机1号、舵机2号分别固定在固定框上，舵机3号固定在储物仓上；
（2）电气连接：微处理器模块分别与图像识别模块、双轴倾角传感器模块、舵机1号、舵机2号、舵机3号、电子调速器、超声波模块连接；电子调速器与无刷电机连接；供电模块分别连接了微处理器模块、图像识别模块、超声波模块、双轴倾角传感器模块、电子调速器、舵机1号、舵机2号，舵机3号；通过微处理器模块控制舵机1号、舵机2号带动图像识别模块旋转，舵机1号可以控制图像识别模块x轴上的转动，舵机2号可以控制图像识别模块y轴上的转动，实现机身下半球范围内扫描，快速获取目标位置的信息后，舵机1号和舵机2号停止之前的连续转动，微处理器开始控制舵机1号、舵机2号使得图像识别模块始终与目标位置保持正对状态，与此同时，微处理器模块开始采集用于检测图像识别模块倾斜程度的x轴和y轴上的双轴倾角传感器的倾角信号，根据接收到的信号，控制无人机向目标靠近，使得图像识别模块的x轴和y轴倾角逐渐减小，同时直到双轴倾角传感器检测到图像识别模块的倾斜角度为0度，此时无人机达到目标位置正上方；
所述图像识别模块、舵机1号、舵机2号分别固定在固定框上，舵机1号可以控制图像识别模块x轴上的转动，舵机2号可以控制图像识别模块y轴上的转动；舵机1号、舵机2号用于控制图像识别模块实现任意角度的旋转；
所述双轴倾角传感器模块分别测量图像识别模块的X轴、Y轴与水平面的夹角，可以实现图像识别模块的倾斜程度的测定，并以电信号的形式输出,双轴倾角传感器与图像识别模块平面，两者互相平行；
所述图像识别模块可以实现采集目标物体的颜色在视野中的坐标信息，并将坐标以电信号的方式发送给微处理器，能同时识别多个目标物体的颜色，可根据实际情况选择需要识别的目标物体颜色。
2.根据权利要求1所述的一种自主寻找目标的自动空投无人机，其特征在于：所述微处理器内置pid算法，能自主调节飞行器的稳定性；该微处理器内置AD转换功能，可以将双轴倾角传感器与图像识别模块发出的模拟信号转换成数字信号；并可以控制舵机转动以及飞行器的飞行状态。
3.根据权利要求1所述的一种自主寻找目标的自动空投无人机，其特征在于：所述超声波模块用于检测无人机与地面之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种自主寻找目标的自动空投无人机，其特征在于：所述微处理器模块分别与图像识别模块、双轴倾角传感器模块、舵机1号、舵机2号连接，其特征在于控制过程是：无人机飞行至一定高度以后，微处理器模块驱动舵机1号和舵机2号带动图像识别模块旋转，实现机身下半球范围内扫描，快速寻找目标位置的颜色，当目标位置的颜色出现在图像识别模块的视野中时，舵机1号和舵机2号停止之前的连续转动，此后微处理器2驱动舵机1号10a和舵机2号10b使得图像识别模块正对目标位置，与此同时，微处理器模块开始采集用于检测图像识别模块倾斜程度的x轴和y轴上的双轴倾角传感器的倾角信号，根据接收到的信号，控制无人机向目标靠近，使得图像识别模块的x轴和y轴倾角逐渐减小，同时直到双轴倾角传感器检测到图像识别模块的倾斜角度为0度，此时无人机达到目标位置正上方。
5.根据权利要求1所述的一种自主寻找目标的自动空投无人机，其特征在于：所述储物仓与舵机3号连接，舵机3号与微处理器模块相连，当飞行器飞行至目标位置正上方时，通过微处理器模块向舵机3号发出控制信号，实现储物仓仓门的开关。
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