CN207752373U - 一种基于室内环境的无人机定点控制装置、无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，公开了一种基于室内环境的无人机定点控制装置、无人机，包括：三轴传感器、飞行控制器、光流传感器、超声波传感器。本实用新型通过光流传感器测量有高对比度的在地面上铺设的花纹布，能够精确的确定当前的位置点，实现定点飞行的功能，同时控制速度保持在一个合理的范围内，保证了飞行的安全性。通过光流传感器和高精度的超声波传感器，测量无人机当前的位置和所处的高度，飞行范围内的地面粘贴的有高对比度的花纹布，有利于光流传感器的识别。加装保护罩，能够保证飞行者的安全同时也对无人机本身形成保护，使无人机即使撞到障碍物也不会发生太大的损伤，保护无人机的各个组件不受破坏。

Description

一种基于室内环境的无人机定点控制装置、无人机

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于室内环境的无人机定点控制装置、无人机。

背景技术

小型无人机大多采用的MEMS惯性测量作为导航装置，在室外的环境中还可以加装GPS作为位置的测量装置，但是在室内的环境中，GPS接收不到卫星信号或者信号很弱，无法准确的定位自己的位置。

综上所述，现有技术存在的问题是：在室内的环境中，现有无人机不能够精确的确定当前的位置点，实现定点飞行的功能；速度的控制性能差，无人机本身保护性能差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于室内环境的无人机定点控制装置、无人机。

本实用新型是这样实现的，一种基于室内环境的无人机定点控制装置，所述基于室内环境的无人机定点控制装置包括：三轴传感器、飞行控制器、光流传感器、超声波传感器；

光学流动传感器，用于计算光学流，通过在飞行场地中铺设高对比度的花布，实现定位感光；

超声波传感器，用于修正气压计所测量的高度误差。

用于测量无人机的姿态信息的三轴传感器；

获取光学流动传感器、超声波传感器、三轴传感器的信息，并发送无人机飞行参数控制命令飞行控制器。

本实用新型的另一目的在于提供一种利用所述基于室内环境的无人机定点控制装置的无人机，所述无人机包括：电源模块、电池、电机、电机驱动模块、多个超声波测距传感器、光流传感器px4flow、温度传感器ms5611、陀螺仪MPU9250、控制芯片STM32F407；

电池与电源模块、电机和控制芯片分别相连，电机驱动模块的一端与电机相连，另一端与控制芯片的脉冲宽带调制单元相连，用于在脉冲宽带调制单元输出的PWM脉冲信号的控制下驱动电机工作；

多个超声波传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量超声波信号并传送至控制芯片；温度传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量室内的温度数据并传送至控制芯片；

陀螺仪与控制芯片的SPI接口相连，用于测量无人机的角速度并传送至控制芯片；控制芯片根据室内的温度数据对测量的超声波信号进行温度补偿，利用温度补偿后的超声波信号分别计算无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离，并根据无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离反向定位出无人机的位置，以及控制芯片还用于根据无人机的角速度，计算无人机的姿态角。

进一步，所述姿态角包括：建立机体坐标系和导航坐标系，根据无人机的角速度计算无人机在机体坐标系和导航坐标系下，机体转动的旋转矩阵，根据旋转矩阵计算无人机的无人机姿态矩阵，并根据无人机姿态矩阵计算无人机的飞行姿态角。

本实用新型通过光流传感器测量有高对比度的在地面上铺设的花纹布，能够精确的确定当前的位置点，实现定点飞行的功能，同时控制速度保持在一个合理的范围内，保证了飞行的安全性。通过光流传感器和高精度的超声波传感器，测量无人机当前的位置和所处的高度，飞行范围内的地面粘贴的有高对比度的花纹布，有利于光流传感器的识别。加装保护罩，能够保证飞行者的安全同时也对无人机本身形成保护，使无人机即使撞到障碍物也不会发生太大的损伤，保护无人机的各个组件不受破坏。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于室内环境的无人机定点控制装置示意图。

图中：4、三轴传感器；5、飞行控制器；6、光流传感器；7、超声波传感器。

图2是本实用新型实施例提供的通过定点控制无人机的飞行并加装保护罩示意图。

图中：1、正面保护网；2、螺旋桨保护罩；3、螺旋桨。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本实用新型旨在解决现有无人机室内定位的问题，通过室内定位位置的确定来控制无人机的速度，避免与障碍物发生碰撞，增强无人机系统的安全可靠性。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

本实用新型实施例提供的基于室内环境的无人机定点控制装置包括：三轴传感器4、飞行控制器5、光流传感器6、超声波传感器7。

光学流动传感器6，用于计算光学流，通过在飞行场地中铺设高对比度的花布，实现定位感光；

超声波传感器7，用于修正气压计所测量的高度误差。

用于测量无人机的姿态信息的三轴传感器4；

获取光学流动传感器、超声波传感器、三轴传感器的信息，并发送无人机飞行参数控制命令飞行控制器5.

通过光学流动传感器，拥有原生752×480像素分辨率，计算光学流的过程中采用了4倍分级和剪裁算法，计算速度达到250Hz(白天，室外)，具备非常高的感光度。通过在飞行场地中铺设高对比度的花布，能够达到更好的定位感光效果。

在室内定点的技术应用中，超声波传感器也起到了给常重要的作用，气压计作为常用的测量高度的敏感器件，但是其误差偏大，在室内有限的空间中，对于高度的测量是不够准确的，通过超声波传感器来修正气压计所测量的高度误差是一个理想的补充。

本实用新型实施例提供的无人机，包括：电源模块、电池、电机、电机驱动模块、多个超声波测距传感器、光流传感器、温度传感器、陀螺仪和控制芯片。

电池与电源模块、电机和控制芯片分别相连，电机驱动模块的一端与电机相连，另一端与控制芯片的脉冲宽带调制单元相连，用于在脉冲宽带调制单元输出的PWM脉冲信号的控制下驱动电机工作；多个超声波传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量超声波信号并传送至控制芯片；温度传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量室内的温度数据并传送至控制芯片；陀螺仪与控制芯片的SPI接口相连，用于测量无人机的角速度并传送至控制芯片；控制芯片根据室内的温度数据对测量的超声波信号进行温度补偿，利用温度补偿后的超声波信号分别计算无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离，并根据无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离反向定位出无人机的位置，以及控制芯片还用于根据无人机的角速度，计算无人机的姿态角，包括：建立机体坐标系和导航坐标系，然后根据无人机的角速度计算无人机在机体坐标系和导航坐标系下，机体转动的旋转矩阵，并根据旋转矩阵计算无人机的无人机姿态矩阵，并根据无人机姿态矩阵计算无人机的飞行姿态角。

如图1所示，本实用新型通过定点控制无人机的飞行并加装保护罩，包括正面保护网1、螺旋桨保护罩2、螺旋桨3。

在实际的飞行效果中，得到了明显的改善。减少了飞机发生碰撞的概率，同时也使得飞机的安全性得到了极大的提升。定点测量的加入使得整机的悬停性能得到极大的提升，能够使飞行器长时间保持在同一位置不发生偏移。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种基于室内环境的无人机定点控制装置，其特征在于，所述基于室内环境的无人机定点控制装置包括：

用于计算光学流，通过在飞行场地中铺设高对比度的花布，实现定位感光的光学流动传感器；

用于修正气压计所测量的高度误差的超声波传感器；

用于测量无人机的姿态信息的三轴传感器；

获取光学流动传感器、超声波传感器、三轴传感器的信息，并发送无人机飞行参数控制命令飞行控制器。

2.一种利用权利要求1所述基于室内环境的无人机定点控制装置的无人机，其特征在于，所述无人机包括：电源模块、电池、电机、电机驱动模块、多个超声波测距传感器、光流传感器、温度传感器、陀螺仪、控制芯片；

电池与电源模块、电机和控制芯片分别相连，电机驱动模块的一端与电机相连，另一端与控制芯片的脉冲宽带调制单元相连，用于在脉冲宽带调制单元通过输出的PWM脉冲信号连接电机；

多个超声波传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量超声波信号并传送至控制芯片；温度传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量室内的温度数据并传送至控制芯片；

陀螺仪与控制芯片的SPI接口相连。