CN117519263A - 一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 - Google Patents
一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117519263A CN117519263A CN202311508655.5A CN202311508655A CN117519263A CN 117519263 A CN117519263 A CN 117519263A CN 202311508655 A CN202311508655 A CN 202311508655A CN 117519263 A CN117519263 A CN 117519263A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned aerial
- module
- aerial vehicle
- attitude
- microprocessor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 61
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 47
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 1
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明提供一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法，所述系统包括多个无人机，每个无人机上设置有姿态耦合加速度传感器、微处理器、报警模块、电源管理模块，微处理器包括距离计算模块和飞行路线规划模块；无人机采用双闭环PID控制系统，采用四元数法融合所述姿态耦合加速度传感器采集到的目标无人机的三维姿态角速度和三维姿态加速度。本发明提供的系统及方法考虑到现有技术的微处理器在进行姿态解算过程中欧拉角法在角度接近90°时存在有奇异性，采用PID模糊算法，融合三维姿态角速度和三维姿态加速度，进而提高了姿态解算精度，并采用四元数法克服了奇异性问题，实现全局姿态描述，同时计算简便。
Description
技术领域
本发明属于无人机飞行控制技术领域，具体涉及一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法。
背景技术
近年来，随着无人机技术的不断发展，无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)已经越来越多地被应用于各个领域，越来越多的机构、个人参与到无人机的研发和使用中来。然而不论执行何种任务，无人飞行器首先要保证飞行过程中的安全。其中无人飞行器对周围障碍物的检测是实现飞行安全的关键。
与传统的单个无人机相比，无人机集群能够高效、快速地完成各类复杂任务。目前，无人机集群的研究方向主要是无人机的定位与防撞等，研究内容涉及到环境建模、编队控制系统、航迹规划等。
现有技术中，200910306650.8公开了一种无人机飞行防撞方法及装置，其是在无人机上设置机载应答识别系统，机载应答识别系统与无人机上的导航飞行控制系统连接；机载应答识别系统实时发送本机机号和飞行参数，告知地面和其它飞机本机的位置和飞行参数，同时接收其它飞机的机号和飞行参数判断与其它飞机的安全距离，当本机与其它飞机的距离小于安全距离时，机载应答识别系统通过无人机的导航飞行控制系统自动躲避其它飞机。
此外，现有技术201710754400.5公开了一种小型固定翼无人机空中防撞系统及防撞方法，包括一种小型固定翼无人机空中防撞系统，包括感知模块和避碰模块；所述感知模块和避碰模块均安装在固定翼无人机上；所述感知模块包括自身状态感知子模块、通信子模块和障碍物感知子模块；所述避碰模块包括碰撞预测子模块和碰撞避免子模块。所述碰撞预测子模块与所述感知模块建立连接，所述碰撞预测子模块生成继续飞行是否会引发碰撞的预测信息，然后将预测信息传输至碰撞避免子模块中，所述碰撞避免子模块根据预测信息调整固定翼无人机的飞行方向和飞行速度。
然而，其均不能够根据无人机实时飞行的姿态角速度数据和加速度数据，有效计算无人机与与其协同飞行构成的无人机集群的其他无人机的距离，并根据安全距离阈值对其他无人机发出警报的同时，有效规划目标无人机的飞行路径，进而从多方面防止无人机的碰撞。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法。本发明提供的采用四元数法克服了进行姿态解算过程中欧拉角法在角度接近90°时存在奇异性问题，实现全局姿态描述，同时计算简便。
本发明提供如下技术方案：一种无人机用智能飞行控制器防撞系统，所述系统包括多个无人机，每个无人机上设置有姿态耦合加速度传感器，所述系统中的每个无人机还包括微处理器、报警模块、电源管理模块，所述微处理器包括距离计算模块、飞行路线规划模块；
所述姿态耦合加速度传感器，用于实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度；
所述微处理器，用于根据所述距离计算模块的计算结果规划无人机的飞行路线，并对向所述报警模块发出报警指令；
所述距离计算模块，用于实时计算目标无人机与其他无人机间的距离；
所述飞行路线规划模块，用于实时计算目标无人机的飞行路线；
所述报警模块，用于接收所述微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警；
所述电源管理模块，用于为所述系统的正常工作供电。
进一步地，所述距离计算模块为毫米波雷达计算模块、红外探测计算模块、UWB射频收发计算模块或激光雷达探测计算模块中的一种。
进一步地，所述姿态耦合加速度传感器采用IMU惯性测量单元。
进一步地，所述IMU惯性测量单元采用MMA7260、ADXL335、LSM6DSRTR或ICM-20689中的一种。
进一步地，所述微处理器采用STM32F105VCT6微型芯片、STM32F072CBT6微型芯片或STM32F302C8T6微型芯片中的一种。
进一步地，所述电源管理模块为所述系统供电的电压为+5V。
进一步地，所述无人机采用双闭环PID控制系统，所述双闭环PID控制系统采用四元数法融合所述姿态耦合加速度传感器采集到的目标无人机的三维姿态角速度和三维姿态加速度。
本发明还提供一种无人机用智能飞行控制器防撞方法，包括以下步骤：
步骤1、姿态耦合加速度传感器实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度，并传输至所述微处理器；
步骤2、微处理器接收所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，并传输至距离计算模块和飞行路线规划模块；
步骤3、所述距离计算模块根据所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，实时计算目标无人机与其他无人机间的距离，对于与其他无人机超过安全距离阈值的情况，所述微处理器向报警模块发出报警指令；
步骤4、所述飞行路线规划模块根据所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据以及距离计算模块的计算结果，实时计算目标无人机的飞行路线；
步骤5、报警模块接收所述微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警。
进一步地，在所述姿态耦合加速度传感器、所述微处理器、所述距离计算模块、所述飞行路线规划模块和所述报警模块在工作过程中，电源管理模块为所述系统的正常工作供电。
进一步地，在微处理器明确了当前姿态信息，通过距离计算模块计算的反馈姿态信息给控制系统后，将姿态四元数转化为欧拉角，并且飞行路线规划模块根据距离计算模块计算的反馈姿态信息以及转化得到的欧拉角进一步规划目标无人机的飞行路线。
本发明的有益效果为：
1、本发明的微处理器采用距离计算模块首先计算目标无人机与其他无人机的距离，根据姿态耦合加速度传感器采集到的数据，采用PID模糊控制算法，融合了三维姿态角速度和三维姿态加速度，进而提高了姿态解算精度。
2、本发明提供的系统考虑到现有技术的微处理器在进行姿态解算过程中欧拉角法在角度接近90°时存在有奇异性，并且三角函数运算带来较大计算量，增加微处理器的计算负担，采用四元数法克服了奇异性问题，实现全局姿态描述，同时计算简便。在微处理器明确了当前姿态信息，通过距离计算模块计算的反馈姿态信息给控制系统后，将姿态四元数转化为欧拉角，并且飞行路线规划模块根据距离计算模块计算的反馈姿态信息以及转化得到的欧拉角进一步规划目标无人机的飞行路线，有效提高了飞行路线的精度，防止多个无人机在飞行过程中的碰撞。
3、本发明通过距离计算模块计算目标无人机与其他无人机的距离，对于超过安全距离阈值的其他无人机出现时，微处理器向报警模块发出报警指令，报警模块可以有效发出报警信号，防止其他无人机与目标无人机发生碰撞。
4、本发明提供的系统采用的无人机飞行姿态数据采集模块采用了姿态耦合加速度传感器，有效地节省了模块数量，进而减少了芯片所需要的面积，使整个系统小巧、便携，引领了高精度、便携式、轻便无人机系统的发展趋势。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的无人机用智能飞行控制器防撞系统的结构示意图；
图2为本发明提供的无人机用智能飞行控制器防撞方法流程示意图。
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。
实施例1
如图1所示，一种无人机用智能飞行控制器防撞系统，系统包括多个无人机，每个无人机上设置有姿态耦合加速度传感器，系统中的每个无人机还包括微处理器、报警模块、电源管理模块，微处理器包括距离计算模块、飞行路线规划模块；
姿态耦合加速度传感器，用于实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度；
微处理器，用于根据距离计算模块的计算结果规划无人机的飞行路线，并对向报警模块发出报警指令；
距离计算模块，用于实时计算目标无人机与其他无人机间的距离；
飞行路线规划模块，用于实时计算目标无人机的飞行路线；
报警模块，用于接收微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警；
电源管理模块，用于为系统的正常工作供电。
进一步地，无人机采用双闭环PID控制系统，双闭环PID控制系统采用四元数法融合姿态耦合加速度传感器采集到的目标无人机的三维姿态角速度和三维姿态加速度。
实施例2
在实施例1的基础上，距离计算模块为毫米波雷达计算模块、红外探测计算模块、UWB射频收发计算模块或激光雷达探测计算模块中的一种。
实施例3
在实施例1的基础上，姿态耦合加速度传感器采用IMU惯性测量单元。
进一步地，IMU惯性测量单元采用MMA7260、ADXL335、LSM6DSRTR或ICM-20689中的一种。
实施例4
在实施例1的基础上，微处理器采用STM32F105VCT6微型芯片、STM32F072CBT6微型芯片或STM32F302C8T6微型芯片中的一种。
实施例5
在实施例1的基础上，电源管理模块为系统供电的电压为+5V。
实施例6
如图2所示，本实施例提供一种无人机用智能飞行控制器防撞方法，包括以下步骤：
步骤1、姿态耦合加速度传感器实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度，并传输至微处理器；
步骤2、微处理器接收姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，并传输至距离计算模块和飞行路线规划模块；
步骤3、距离计算模块根据姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，实时计算目标无人机与其他无人机间的距离，对于与其他无人机超过安全距离阈值的情况，微处理器向报警模块发出报警指令；
步骤4、飞行路线规划模块根据姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据以及距离计算模块的计算结果，实时计算目标无人机的飞行路线；
步骤5、报警模块接收微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警。
实施例7
在实施例6的基础上，在微处理器明确了当前姿态信息，通过距离计算模块计算的反馈姿态信息给控制系统后，将姿态四元数转化为欧拉角，并且飞行路线规划模块根据距离计算模块计算的反馈姿态信息以及转化得到的欧拉角进一步规划目标无人机的飞行路线。
实施例8
在实施例6的基础上，在姿态耦合加速度传感器、微处理器、距离计算模块、飞行路线规划模块和报警模块在工作过程中，电源管理模块为系统的正常工作供电。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机用智能飞行控制器防撞系统，所述系统包括多个无人机，每个无人机上设置有姿态耦合加速度传感器，其特征在于，所述系统中的每个无人机还包括微处理器、报警模块、电源管理模块，所述微处理器包括距离计算模块、飞行路线规划模块；
所述姿态耦合加速度传感器，用于实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度；
所述微处理器，用于根据所述距离计算模块的计算结果规划无人机的飞行路线，并对向所述报警模块发出报警指令；
所述距离计算模块，用于实时计算目标无人机与其他无人机间的距离；
所述飞行路线规划模块，用于实时计算目标无人机的飞行路线；
所述报警模块，用于接收所述微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警；
所述电源管理模块，用于为所述系统的正常工作供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述距离计算模块为毫米波雷达计算模块、红外探测计算模块、UWB射频收发计算模块或激光雷达探测计算模块中的一种。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述姿态耦合加速度传感器采用IMU惯性测量单元。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述IMU惯性测量单元采用MMA7260、ADXL335、LSM6DSRTR或ICM-20689中的一种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微处理器采用STM32F105VCT6微型芯片、STM32F072CBT6微型芯片或STM32F302C8T6微型芯片中的一种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源管理模块为所述系统供电的电压为+5V。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机采用双闭环PID控制系统，所述双闭环PID控制系统采用四元数法融合所述姿态耦合加速度传感器采集到的目标无人机的三维姿态角速度和三维姿态加速度。
8.一种无人机用智能飞行控制器防撞方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、姿态耦合加速度传感器实时采集多个无人机飞行过程中的三维姿态角速度和三维姿态加速度，并传输至所述微处理器；
步骤2、微处理器接收所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，并传输至距离计算模块和飞行路线规划模块；
步骤3、所述距离计算模块根据所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据，实时计算目标无人机与其他无人机间的距离，对于与其他无人机超过安全距离阈值的情况，所述微处理器向报警模块发出报警指令；
步骤4、所述飞行路线规划模块根据所述姿态耦合加速度传感器采集到的实时数据以及距离计算模块的计算结果，实时计算目标无人机的飞行路线；
步骤5、报警模块接收所述微处理器的报警指令，对计算结果中距离超过安全距离阈值的其他无人机发出报警。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述姿态耦合加速度传感器、所述微处理器、所述距离计算模块、所述飞行路线规划模块和所述报警模块在工作过程中，电源管理模块为所述系统的正常工作供电。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在微处理器明确了当前姿态信息，通过距离计算模块计算的反馈姿态信息给控制系统后，将姿态四元数转化为欧拉角，并且飞行路线规划模块根据距离计算模块计算的反馈姿态信息以及转化得到的欧拉角进一步规划目标无人机的飞行路线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311508655.5A CN117519263A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311508655.5A CN117519263A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117519263A true CN117519263A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89756228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311508655.5A Pending CN117519263A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117519263A (zh) |
-
2023
- 2023-11-14 CN CN202311508655.5A patent/CN117519263A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3640921B1 (en) | Adaptive sense and avoid system | |
| CN108475059B (zh) | 自主视觉导航 | |
| Odelga et al. | Obstacle detection, tracking and avoidance for a teleoperated UAV | |
| CN105892489A (zh) | 一种基于多传感器融合的自主避障无人机系统及控制方法 | |
| CN208149310U (zh) | 一种用于自动驾驶车辆的环境感知系统 | |
| CN106155075B (zh) | 一种可分离式无人机控制系统 | |
| US11014650B2 (en) | Moving body, moving body control system, moving body control method, interface device, and recording medium having program recorded thereon | |
| US10996678B2 (en) | Obstacle avoidance method and system for robot and robot using the same | |
| Liu et al. | Deep learning-based localization and perception systems: Approaches for autonomous cargo transportation vehicles in large-scale, semiclosed environments | |
| CN108124472A (zh) | 一种闪避障碍物的方法、装置及飞行器 | |
| WO2021243696A1 (zh) | 车辆导航定位方法、装置、基站、系统及可读存储介质 | |
| CN112837554A (zh) | 基于双目相机的agv定位导航方法及系统 | |
| CN106959702A (zh) | 一种无人机自主避让方法及系统 | |
| Lin et al. | A fast obstacle collision avoidance algorithm for fixed wing uas | |
| CN113758482B (zh) | 车辆导航定位方法、装置、基站、系统及可读存储介质 | |
| CN107219853B (zh) | 一种基于机器人的开放式自动化导航方法及系统 | |
| CN117519263A (zh) | 一种无人机用智能飞行控制器防撞系统及方法 | |
| WO2023129890A1 (en) | Integrated trajectory forecasting, error estimation, and vehicle handling when detecting an observed scenario | |
| CN114063633A (zh) | 用于检测沿着机器人行进的路线的冲突的设备和方法 | |
| CN112230633A (zh) | 无人机操控训练的安全保护装置 | |
| CN206946313U (zh) | 一种基于机器人的开放式自动化导航系统 | |
| CN111580538A (zh) | 一种无人平台障碍避障系统及方法 | |
| KR102070110B1 (ko) | 자율 무인 시스템을 위한 지능 에이전트 시스템 | |
| CN114757481B (zh) | 一种基于云控平台的机场车辆管控方法和系统 | |
| CN117519234A (zh) | 无人机的防碰撞路径切换方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |