CN111722638A - 一种无人机飞行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机飞行控制系统，包括电源模块、获取模块、姿态调整模块和主控模块，电源模块，为主控模块、获取模块和姿态调整模块提供所需的电能；获取模块，用于获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；姿态调整模块，用于根据无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息；主控模块，对无人机的动力装置进行控制，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。本发明能够根据周边环境，自动调整无人机的飞行姿态，以提高无人机飞行的安全性。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，更具体的说是涉及一种无人机飞行控制系统。
背景技术
无人机是指利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，例如无人直升机、无人固定翼机、无人伞翼机等。近十几年来，无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，能够有效克服有人驾驶飞机进行空中作业的不足。但在无人机的控制模式上，现有的无人机仍为采用人工远程操控，或利用GPS进行自动导航，无人机不具备对周边环境进行识别以进行自动飞行的能力，这就对无人机的应用造成了一定的局限性。
因此，如何提供一种无人机飞行控制系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无人机飞行控制系统，能够根据周边环境，自动调整无人机的飞行姿态，以提高无人机飞行的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无人机飞行控制系统，包括：电源模块、获取模块、姿态调整模块和主控模块，其中，
所述电源模块，为所述主控模块、所述获取模块和所述姿态调整模块提供所需的电能；
所述获取模块，用于获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；
所述姿态调整模块，用于根据无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息；
所述主控模块，对无人机的动力装置进行控制，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。
进一步，所述获取模块包括传感器和摄像装置，其中，所述传感器，用于获取无人机的飞行姿态信息及周围环境信息；所述摄像装置，用于采集无人机四周的图像信息，并将该图像信息实时传送给所述姿态调整模块。
进一步，所述传感器包括雷达传感器、速度传感器、角度传感器、加速度传感器和气压传感器，其中，所述雷达传感器，用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息、及相对障碍物信息；所述速度传感器，用于获取无人机当前的飞行速度；所述角度传感器，用于获取当前无人机相对水平面的倾斜角度信息；所述加速度传感器，用于获取无人机当前加速度信息；所述气压传感器，用于获取无人机当前所处的高度信息。
进一步，所述雷达传感器设置有多个，分别安装在无人机的下方、前方及侧方，其中，安装在无人机下方的雷达传感器用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息，安装在无人机前方及侧方的雷达传感器用于侦测障碍物信息。
进一步，所述障碍物信息包括障碍物边界、无人机与障碍物边界的最近距离以及相对障碍物的角度信息。
进一步，还包括阈值存储模块，与所述主控模块相连，所述阈值存储模块存储有距离阈值，当雷达传感器侦测相对障碍物的距离信息小于所述距离阈值时，所述主控模块控制动力装置，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。
进一步，还包括数据存储模块，所述数据存储模块，用于存储无人机周围环境信息、当前飞行姿态信息以及飞行参数信息和飞行轨迹信息。
进一步，姿态调整模块包括数据接收器、数据处理模块和规划模块，其中，所述数据接收器，用于接收无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；所述数据处理模块，用于对无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息进行计算处理，得出新的飞行参数信息；所述规划模块，根据新的飞行参数信息，规划无人机的飞行轨迹。
本发明的有益效果在于：
本发明通过获取模块获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，通过姿态调整模块，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息，并通过主控模块对无人机的动力装置进行控制，是无人机按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行，从而使得无人机能够根据周边环境，自动调整无人机的飞行姿态，以提高无人机飞行的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
图2附图为本发明姿态调整模块的结构示意图。
图3附图为本发明电源模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
请参阅附图1，本发明提供了一种无人机飞行控制系统，包括：电源模块、获取模块、姿态调整模块和主控模块，其中，
电源模块，为主控模块、获取模块和姿态调整模块提供所需的电能；
获取模块，用于获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；
姿态调整模块，用于根据无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息；
主控模块，对无人机的动力装置进行控制，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。
获取模块包括传感器和摄像装置，其中，传感器，用于获取无人机的飞行姿态信息及周围环境信息；摄像装置，用于采集无人机四周的图像信息，并将该图像信息实时传送给姿态调整模块，摄像装置可采用高清摄像头。高清摄像头在设置的过程中会进行标定，并确定该高清摄像头的属性信息，其中，该属性信息至少包括摄像夹角信息和焦距信息，摄像夹角信息即是指高清摄像头与当地相对坐标系之间的夹角信息，焦距信息则是高清摄像头的内置参数信息。
传感器包括雷达传感器、速度传感器、角度传感器、加速度传感器和气压传感器，其中，雷达传感器，用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息、及相对障碍物信息；速度传感器，用于获取无人机当前的飞行速度；角度传感器，用于获取当前无人机相对水平面的倾斜角度信息；加速度传感器，用于获取无人机当前加速度信息；气压传感器，用于获取无人机当前所处的高度信息。
雷达传感器设置有多个，分别安装在无人机的下方、前方及侧方，其中，安装在无人机下方的雷达传感器用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息，安装在无人机前方及侧方的雷达传感器用于侦测障碍物信息，障碍物信息包括障碍物边界、无人机与障碍物边界的最近距离以及相对障碍物的角度信息，通过准确确认无人机与障碍物边界的最近距离和障碍物边界，有效避免无人机与障碍物相撞。根据障碍物信息和当前飞行姿态信息计算出障碍物避让飞行轨迹信息，提高了无人机飞行的可靠性和稳定性。最终，无人机根据障碍物避让飞行轨迹信息执行障碍物避让飞行，达到了安全避开障碍物飞行的效果。
雷达传感器通过傅里叶变换或者Chirp-Z变换的方式计算无人机相对障碍物的距离信息及角度信息，其中，根据傅里叶变换或者Chirp-Z变换输出的幅度谱得到障碍物的距离信息，根据傅里叶变换或者Chirp-Z变换输出的相位谱得到障碍物的角度信息。
本发明还包括阈值存储模块，与主控模块相连，阈值存储模块存储有距离阈值，当雷达传感器侦测相对障碍物的距离信息小于距离阈值时，主控模块控制动力装置，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行，能够在安全距离之前改变飞行轨迹，从而能够避免无人机与障碍物相撞的问题发生。
本发明还包括数据存储模块，数据存储模块，用于存储无人机周围环境信息、当前飞行姿态信息以及飞行参数信息和飞行轨迹信息，从而便于后续数据的调取和查阅。
参阅附图2，姿态调整模块包括数据接收器、数据处理模块和规划模块，其中，数据接收器，用于接收无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；数据处理模块，用于对无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息进行计算处理，得出新的飞行参数信息；规划模块，根据新的飞行参数信息，规划无人机的飞行轨迹。
参阅附图3，电源模块包括电压输入端Vin、第一电阻R1、第一MOS管M1、第三电容C3、第一电容C1、第二MOS管M2、第一电阻R1、第二电阻R2、直流电源VCC、第一二极管D1、第二电容C2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第四电阻R4、第二三极管Q2、第二稳压管D2和电压输出端Vo，电压输入端Vin通过第一电阻R1与第一MOS管M1的漏极连接，第一MOS管M1的源极接地，第一MOS管M1的栅极与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的阳极和第二MOS管M2的漏极连接，第一MOS管M1的栅极分别与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端连接，第一电容C1的另一端、第二MOS管M2的源极和第二电阻R2的另一端均接地GND，第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端和第一三极管Q1的发射极均接地GND，直流电源VCC分别与第一电阻R1的另一端、第四电阻R4的一端和第二三极管Q2的集电极连接，第一三极管Q1的集电极分别与第一二极管D1的阴极、第四电阻R4的另一端、第二三极管Q2的基极和第二稳压管D2的阴极连接，第二三极管Q2的发射极与电压输出端Vo的一端连接，第二稳压管D2的阳极和电压输出端Vo的另一端均接地GND。
该电源模块与传统无人机飞行控制系统的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第三电容C3为耦合电容，用于防止第一MOS管M1与第二MOS管M2之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第三电容C3的电容值为380pF，当然，在实际应用中，第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应调整，也就是第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应增大或减小。
该电源模块的工作原理如下：第一电阻R1、第一电容C1、第三电容C3和第一MOS管M1组成近似的恒流充电电路，给电压输出端Vo供电。当电压输出端Vo的电压达到芯片开启电压时主控模块1开始工作，直流电源VCC出现正常电压。第一电阻R1、第二电阻R2和第二MOS管M2组成关断电路，直流电源VCC正常电压输出后，第二MOS管M2导通，恒流充电电路关闭，保证正常工作时，此部分电路不存在损耗。第四电阻R4、第二三极管Q2和第二稳压管D2组成线性稳压电路，保证主控模块1稳定的供电。第二电容C2、第三电阻R3、第一三极管Q1和第一二极管D1组成过压保护电路，当输入过压时，第二电容C2一端的电压VP为高电平，第一三极管Q1导通，将恒流充电电路及线性稳压电路关闭，主控模块1无供电，整个电路不在工作，输入过压状态消失后，电路才能正常工作。
本发明通过获取模块获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，通过姿态调整模块，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息，并通过主控模块对无人机的动力装置进行控制，是无人机按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行，从而使得无人机能够根据周边环境，自动调整无人机的飞行姿态，以提高无人机飞行的安全性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括：电源模块、获取模块、姿态调整模块和主控模块，其中，
所述电源模块，为所述主控模块、所述获取模块和所述姿态调整模块提供所需的电能；
所述获取模块，用于获取无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；
所述姿态调整模块，用于根据无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息，计算得出飞行参数信息及飞行轨迹信息；
所述主控模块，对无人机的动力装置进行控制，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，所述获取模块包括传感器和摄像装置，其中，所述传感器，用于获取无人机的飞行姿态信息及周围环境信息；所述摄像装置，用于采集无人机四周的图像信息，并将该图像信息实时传送给所述姿态调整模块。
3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，所述传感器包括雷达传感器、速度传感器、角度传感器、加速度传感器和气压传感器，其中，所述雷达传感器，用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息、及相对障碍物信息；所述速度传感器，用于获取无人机当前的飞行速度；所述角度传感器，用于获取当前无人机相对水平面的倾斜角度信息；所述加速度传感器，用于获取无人机当前加速度信息；所述气压传感器，用于获取无人机当前所处的高度信息。
4.根据权利要求3所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，所述雷达传感器设置有多个，分别安装在无人机的下方、前方及侧方，其中，安装在无人机下方的雷达传感器用于侦测无人机相对地面目标物的相对高度信息，安装在无人机前方及侧方的雷达传感器用于侦测障碍物信息。
5.根据权利要求4所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，所述障碍物信息包括障碍物边界、无人机与障碍物边界的最近距离以及相对障碍物的角度信息。
6.根据权利要求1所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括阈值存储模块，与所述主控模块相连，所述阈值存储模块存储有距离阈值，当雷达传感器侦测相对障碍物的距离信息小于所述距离阈值时，所述主控模块控制动力装置，按照调整后的飞行参数信息和飞行轨迹信息进行飞行。
7.根据权利要求1所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括数据存储模块，所述数据存储模块，用于存储无人机周围环境信息、当前飞行姿态信息以及飞行参数信息和飞行轨迹信息。
8.根据权利要求1所述的一种无人机飞行控制系统，其特征在于，姿态调整模块包括数据接收器、数据处理模块和规划模块，其中，所述数据接收器，用于接收无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息；所述数据处理模块，用于对无人机周围环境信息及当前飞行姿态信息进行计算处理，得出新的飞行参数信息；所述规划模块，根据新的飞行参数信息，规划无人机的飞行轨迹。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200929 |