CN208126205U - 一种自动避障的无人飞行装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及飞行控制的技术领域，公开了一种自动避障的无人飞行装置，包括无人机和与无人机通讯的地面站，无人机包括Pixhawk飞行控制器，Pixhawk飞行控制器与多个光流传感器、多个激光测距传感器、惯性测量单元和电机驱动模块相连，Pixhawk飞行控制器用于接收多个光流传感器检测的速度信息、多个激光测距传感器检测的距离信息以及自身姿态信息，将速度信息和距离信息与对应的阈值进行比较，输出比较结果，接收自身姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机进行避障，并将避障记录发送给地面站。本实用新型的装置同时测量各个不同方向的可能障碍物特别是动态障碍物的速度和距离，高效地规划出无人机自身的避障速度和方向。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞行控制的技术领域，具体涉及一种自动避障的无人飞行装置。
背景技术
目前，市场上的消费级无人机功能丰富，自动避障、视觉追踪、指点飞行、自动返航、热点跟随等功能使得更多的消费者参与到无人机的体验之中，其中，自动避障功能尤为重要，己成为近年来研究的热点问题之一，由于消费级无人机价格较高，如果无人机缺少自动避障功能，或者该功能不稳定，则会提高撞墙、撞树、撞山的概率，会给消费者带来很大的损失，并且，自主避障系统对于无人机的飞行路径规划能力起着至关重要的作用，是无人机顺利完成飞行任务的重要安全保障，但是，现阶段无人机的自主避障与新路径规划大多处于仿真阶段，具有实用性和可行性的较少，因此，如何设计有效而又实用的自主避障系统，保障无人机的安全飞行是一个亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种自动避障的无人飞行装置，解决了现有无人机的自主避障功能不稳定，实用性和可行性差等问题。
本实用新型可通过以下技术方案实现：
一种自动避障的无人飞行装置，包括无人机和与所述无人机通讯的地面站，所述无人机包括Pixhawk飞行控制器，所述Pixhawk飞行控制器与多个光流传感器、多个激光测距传感器、惯性测量单元和电机驱动模块相连，
所述光流传感器用于测量无人机周围的障碍物向无人机移动的速度信息；
所述激光测距传感器用于测量无人机周围的障碍物与无人机的距离信息；
所述惯性测量单元用于测量无人机的自身姿态信息；
所述电机驱动模块用于控制无人机的运动方向和速度；
所述Pixhawk飞行控制器用于接收多个光流传感器检测的速度信息、多个激光测距传感器检测的距离信息以及自身姿态信息，将所述速度信息和距离信息与对应的阈值进行比较，输出比较结果，接收自身姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机进行避障，并将避障记录发送给地面站。
进一步，所述Pixhawk飞行控制器通过无线通讯模块与地面站通讯。
进一步，所述惯性测量单元采用型号为MPU-650模块，与Pixhawk飞行控制器通过I2C总线连接。
进一步，所述光流传感器采用型号为PX4FLOW的智能光流传感器，与Pixhawk飞行控制器通过I2C接口连接。
进一步，所述光流传感器、激光测距传感器各设置有六个，分别设置在无人机的机身表面、且无人机的机体坐标系统的六个轴的轴线上。
本实用新型有益的技术效果在于：
通过设置在无人机的机体坐标系统的六个轴的轴线上的光流传感器和激光测距传感器，完成对整个无人机的机身周边(360度)的可能障碍物的速度和距离测量，再与设定的阈值做比较，若超过阈值，结合MPU-650模块测量得到的无人机自身的姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机进行避障，同时，还可以通过无线通讯模块将避障信息发送给地面站，为地面站对无人机的飞行路径做进一步调整提供依据，本实用新型的装置可以同时测量各个不同方向的可能障碍物特别是动态障碍物的速度和距离，更高效地规划出无人机自身的避障速度和方向，反应时间短，提高应对避障的处理能力，降低损坏率，同时可以将避障信息发送给地面站，从而使地面站的路径规划功能更灵活，增强了无人机在复杂环境中执行任务的能力。
附图说明
图1为本实用新型的电路连接框图；
图2为本实用新型的总体过程示意图；
其中，1-无人机，2-地面站，3-障碍物。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1和2所示，本实用新型提供了一种自动避障的无人飞行装置，包括无人机1和与该无人机1通讯的地面站2，两者可以采用无线通讯模块进行通讯，该无人机1包括Pixhawk飞行控制器，该Pixhawk飞行控制器与六个光流传感器、六个激光测距传感器、惯性测量单元和电机驱动模块相连。
这六个光流传感器和激光测距传感器分别设置在无人机1的机身表面、且无人机1的机体坐标系统的六个轴的轴线上，光流传感器用于测量无人机1周围的障碍物3向无人机1移动的速度信息，激光测距传感器用于测量无人机1周围的障碍物3与无人机1的距离信息，这样，就可以实时监测无人机1的机身的前后左右及上下六个面上的可能障碍物3，为无人机及时避障提供依据。
该光流传感器采用型号为PX4FLOW的智能光流传感器，该传感器拥有原生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。与其他滑鼠传感器不同，它可以以120Hz(黑暗，室内)的计算速度在室内或者室外暗光环境下工作，而无需照明LED，也可以对它重新编程，用于执行其他基础的、高效率的低等级机器视觉任务。其主要特征如下：
-MT9V034机器视觉CMOS传感器，全局快门
-4×4分级图像算法，光流运算速度从120Hz(室内)至250Hz(室外)
-高感光度，24×24μm高像素
-板载16位精度陀螺，最大感应角速率2000°/s，最大数据更新速度780Hz，默认使用高精度模式时最大角速率500°/s
-板载输入输出一体化超声波传感器Maxbotix sonar sensors
-USB引导装置程序
-USB数据波特率最高921600(包含地面站软件QGroundControl所使用的摄像机实时视角)
-USB供电模式
-电路板开孔适合MatrixVision Bluefox MV(摄像机中心作为基准)
该惯性测量单元采用型号为MPU-650模块，用于测量无人机1的自身姿态信息，该MPU-650模块包括三轴陀螺仪、加速度计、磁场计和气压计，采用I2C接口与Pixhawk飞行控制器通讯，可以测量无人机1的三个轴的角速度、加速度和磁场大小，以及气压大小，整合了三轴陀螺仪、三轴加速度计，其中，角度测量范围为：+/-250°/s、+/-500°/s，加速度测量范围为：+/-2、+/-4、+/-8、+/-16g，磁场计HMC5583L的磁场测量范围为+/-(1.3～8)Cs，该电机驱动模块用于控制无人机1的运动方向和速度。
该Pixhawk飞行控制器用于接收六个光流传感器检测的速度信息、六个激光测距传感器检测的距离信息以及自身姿态信息，将速度信息和距离信息与对应的阈值进行比较，输出比较结果，接收自身姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机1进行避障，并将避障记录发送给地面站。
本实用新型的装置的工作过程如下：
首先，将地图信息导入到地面站2的Pixhawk飞行控制程序，输入起始点和目的地信息，采用最短路径算法等沿着路网实时规划出飞行路径，通过无线通讯模块发送给无人机1，无人机1接收后，沿着规划出的飞行路径前行，同时，设置在无人机1机身的六个光流传感器检测的速度信息和六个激光测距传感器开始检测其周边的可能障碍物3，并将检测的距离信息和速度信息反馈给Pixhawk飞行控制器，将其与设定的阈值进行比较，若大于阈值，Pixhawk飞行控制器结合惯性测量单元反馈的自身姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机1向相反的方向进行避障，完成避障后，将避障信息，如障碍物的距离信息和速度信息，无人机1自身的姿态信息、避障开始和结束时间等反馈给地面站，为地面站2对无人机1的飞行路径做进一步调整提供依据，若地面站反馈按照原来规划出的飞行路径继续前行，Pixhawk飞行控制器则向电机驱动模块发送继续续航命令，否则，按照地面站新规划的飞行路径前行。
本实用新型通过设置在无人机的机体坐标系统的六个轴的轴线上的光流传感器和激光测距传感器，完成对整个无人机的机身周边(360度)的可能障碍物的速度和距离测量，再与设定的阈值做比较，若超过阈值，结合MPU-650模块测量得到的无人机自身的姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机进行避障，同时，还可以通过无线通讯模块将避障信息发送给地面站，为地面站对无人机的飞行路径做进一步调整提供依据，本实用新型的装置可以同时测量各个不同方向的可能障碍物特别是动态障碍物的速度和距离，更高效地规划出无人机自身的避障速度和方向，反应时间短，提高应对避障的处理能力，降低损坏率，同时可以将避障信息发送给地面站，从而使地面站的路径规划功能更灵活，增强了无人机在复杂环境中执行任务的能力。同时，整个装置的结构简单，应用方便，有利于推广应用。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (5)
1.一种自动避障的无人飞行装置，包括无人机和与所述无人机通讯的地面站，其特征在于：所述无人机包括Pixhawk飞行控制器，所述Pixhawk飞行控制器与多个光流传感器、多个激光测距传感器、惯性测量单元和电机驱动模块相连，
所述光流传感器用于测量无人机周围的障碍物向无人机移动的速度信息；
所述激光测距传感器用于测量无人机周围的障碍物与无人机的距离信息；
所述惯性测量单元用于测量无人机的自身姿态信息；
所述电机驱动模块用于控制无人机的运动方向和速度；
所述Pixhawk飞行控制器用于接收多个光流传感器检测的速度信息、多个激光测距传感器检测的距离信息以及自身姿态信息，将所述速度信息和距离信息与对应的阈值进行比较，输出比较结果，接收自身姿态信息，通过电机驱动模块控制无人机进行避障，并将避障记录发送给地面站。
2.根据权利要求1所述的自动避障的无人飞行装置，其特征在于：所述Pixhawk飞行控制器通过无线通讯模块与地面站通讯。
3.根据权利要求1所述的自动避障的无人飞行装置，其特征在于：所述惯性测量单元采用型号为MPU-650模块，与Pixhawk飞行控制器通过I2C接口连接。
4.根据权利要求1所述的自动避障的无人飞行装置，其特征在于：所述光流传感器采用型号为PX4FLOW的智能光流传感器，与Pixhawk飞行控制器通过I2C接口连接。
5.根据权利要求1所述的自动避障的无人飞行装置，其特征在于：所述光流传感器、激光测距传感器各设置有六个，分别设置在无人机的机身表面、且无人机的机体坐标系统的六个轴的轴线上。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109508013A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-03-22 | 南京理工大学 | 一种自主行走轮式移动机器人控制器 |
| CN109960278A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-02 | 岭南师范学院 | 一种基于lgmd的无人机仿生避障控制系统和方法 |
| CN110816864A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-02-21 | 淮安航空产业研究院有限公司 | 应急救援专用侦察无人机、系统及其应急救援方法 |
| CN112556691A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-26 | 广东工业大学 | 一种基于相对距离与位移测量值的无人机自主导航与温度测量系统及其方法 |
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2018
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