CN208188678U - 无人机定位装置以及无人机 - Google Patents

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曹慕卿
吴程军
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Abstract

本申请公开了一种无人机定位装置以及无人机。该无人机定位装置包括:飞行数据采集模块、数据处理芯片和CAN总线接口设备,其中:飞行数据采集模块与数据处理芯片电性连接,将采集到的飞行数据传输到数据处理芯片;数据处理芯片与CAN总线接口设备电性连接,用于将飞行数据通过CAN总线接口设备传输到无人机的飞行控制器。由于CAN总线具有较高的抗干扰能力,且传输的稳定性和效率较高,因此在采用上述设计后,保证了数据处理芯片和无人机飞控之间的数据传输受到较小的干扰,保证了飞控与数据处理芯片之间的数据传输的准确性,从而提高了无人机定位的精度。

Description

无人机定位装置以及无人机
技术领域
[0001]本申请涉及无人机领域,具体而言,涉及一种无人机定位装置以及一种具有该定 位装置的无人机。
背景技术
[0002]无人机是一种机载程序控制或由无线电波遥控的无人驾驶飞行器。无人机用途广 泛,可用于空中摄影、快递运输、军事侦察等领域,具有使用方便、机动性能好等优点。
[0003]无人机定位装置是无人机的核心部件之一,多用于无人机在空间内定位和实现悬 停。其原理在于检测无人机的三维移动数据,通过飞控控制无人机做出抵消移动的飞行,以 使无人机悬停在空间中的特定位置。常见的无人机定位装置有光流定位装置,其通过分析 采集到的图像信息检测到无人机的移动数据。现有技术中的无人机定位装置将检测到的无 人机空间移动数据直接发送到无人机飞控,进而由飞控对数据进行处理,但是将检测到的 数据传输到飞行控制器的过程容易受到外界的干扰,或者无人机内部各器件之间也会出现 相交干扰,从而使得飞行控制器接收到的数据会出现数据不准确的情况,造成无人机定位 不准确。
[0004] 针对相关技术中存在的问题,目前尚未提出有效的解决方案。 实用新型内容
[0005] 本申请的主要目的在于提供一种无人机定位装置,以解决现有的无人机定位装置 将检测到的无人机定位数据传输到飞行控制器的过程中容易受到外界的干扰,造成无人机 定位不准确的问题。
[0006] 为了实现上述目的,根据本申请的一个方面,提供了一种无人机定位装置。
[0007] 根据本申请的无人机定位装置包括:飞行数据采集模块、数据处理芯片和总线接 口设备,其中:所述飞行数据采集模块与所述数据处理芯片电性连接,将采集到的飞行数据 传输到所述数据处理芯片;所述数据处理芯片与所述总线接口设备电性连接,用于将所述 飞行数据通过所述总线接口设备传输到无人机的飞行控制器。
[0008] 进一步的,所述总线接口设备包括:CAN总线数据接口和CAN总线数据收发芯片,其 中:所述CAN总线数据收发芯片分别与所述CAN总线数据接口和所述数据处理芯片电性连 接,CAN总线数据接口与所述无人机飞行控制器电性连接。
[0009] 进一步的,所述飞行数据采集模块包括:用于采集无人机横向移动速度的光流传 感器,所述光流传感器与所述数据处理芯片电性连接。 一
[0010] 进一步的,所述飞行数据米集模块包括:用于采集无人机飞行间度数据的尚度检 测装置,所述高度检测装置与所述数据处理芯片电性连接。
[0011] 进一步的,所述高度检测装置包括:激光雷达测距计。 一
[0012] 进一步的,所述飞行数据采集模块包括:用于检测无人机飞行姿态数据的〖贝性传 感器,所述惯性传感器与所述数据处理芯片电性连接。
[0013] 进一步的,所述惯性传感器包括:三轴加速度计和/或陀螺仪。
[0014] 进一步的,所述无人机定位装置还包括:用于对所述数据处理芯片内的程序进行 升级的固件升级接口,所述固件升级接口与所述数据处理芯片电性连接。
[0015] 为了实现上述目的,根据本申请的另一方面,提供了 一种无人机。
[0016] 根据本申请的无人机包括:上述无人机定位装置,其中,所述无人机定位装置设置 在所述无人机的底部。
[0017] 进一步的,所述无人机还包括飞行控制器,所述无人机定位装置通过CAN总线与 所述飞行控制器连接,将无人机飞行数据发送到所述飞行控制器。
[0018] 在本申请实施例中,采用将多种飞行数据采集传感器采集到的无人机飞行数据发 送到STM32处理芯片中进行处理的方式,通过STM32处理芯片上的预设处理程序对飞行数据 进行处理得出无人机的定位数据,进而通过CAN总线将无人机的定位数据发送到无人机的 飞行控制器,由于CAN总线抗干扰能力很强,从而实现了数据准确传输的技术效果,进而解 决了现有的无人机定位装置将检测到的无人机定位数据传输到飞行控制器的过程中容易 受到外界的干扰,造成无人机定位不准确的问题。此外由于采用STM32处理芯片对飞行数 据进行处理,减轻了无人机飞控的处理压力,也减轻了飞控的软件复杂程度。此外由于 STM32处理芯片的操作系统和架构都是开放式的,用户可以进行自定义功能的添加,也可以 对软件进行更新,进一步提高了数据处理能力。
附图说明
[0019] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解,使得本申请的其它 特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请,并不 构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0020] 图1是第一实施例无人机定位装置结构示意图;
[0021] 图2是实施例飞行数据采集模块结构示意图;
[0022]图3是实施例总线接口设备结构示意图;
[0023]图4是第二实施例无人机定位装置结构示意图。
具体实施方式
[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的 附图,对本申请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 本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范 围。
[0025]需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例。此外,术语“包括”和“具 有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的 过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清 楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0026] 在本申请中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、 “中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例,并非用于限定所指示的装 置、元件或组成部分必须具有特定方位,或以特定方位进行构造和操作。
[0027] 并且,上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外,还可能用于表示其 他含义,例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领 域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
[0028] 此外,术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如,“连接”可以是固 定连接,可拆卸连接,或整体式构造;可以是机械连接,或电性连接;可以是直接相连,或者 是通过中间媒介间接相连,又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领 域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0029] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0030] 如图1所示,该无人机定位装置包括:数据处理芯片1、飞行数据采集模块2和总线 接口设备3,其中,飞行数据采集模块2包括多种检测无人机不同飞行数据用于对无人机进 行定位的传感器器件,飞行数据采集模块2与数据处理芯片1电性连接。数据处理芯片1上预 设有一个开源的实时操作系统,在该操作系统上装有多种传感器器件的驱动程序,因此数 据处理芯片1可也很轻易很直接的获取每个传感器器件检测到的数据,此外在该操作系统 上还设置有预设处理程序,用于对多种传感器检测到的数据进行处理,得出更准确的无人 机定位需要的数据。数据处理芯片1和总线接口设备3电性连接,用于将接收到的飞行数据 采集模块2检测到的飞行数据以及经过处理计算得出的定位数据通过总线发送给无人机的 飞行控制器4,进而无人机的飞行控制器4根据上述飞行数据和定位数据控制无人机实现悬 停。
[0031] 在本实施例中,数据处理芯片1采用型号为stm32f3的主处理芯片,主处理芯片上 的开源的实时操作系统可以实现用户自定义功能的添加,也可以对软件进行更新,进一步 提高了无人机定位装置的功能性和性能。
[0032]如图3或4所示,总线接口设备3包括:CAN总线数据接口 6和CAN总线数据收发芯片 5,其中,CAN总线数据收发芯片5分别与CAN总线数据接口 6和所述数据处理芯片1电性连接, 把接收到的数据处理芯片1发送的无人机飞行数据和定位数据先进行转换然后通过CAN总 线数据接口 6发送到无人机飞行控制器4,CAN总线数据接口 6与无人机的飞行控制器连接, 实现无人机定位装置和飞行控制器4之间的数据传输。
[0033] 在本申请中,采用了 CAN总线实现无人机定位装置和飞行控制器4之间的数据传 输,由于CAN总线具有较高的抗干扰能力,且传输的稳定性和效率较高,因此在采用上述设 计后,保证了数据处理芯片和无人机飞控之间的数据传输受到较小的千扰,保证了飞控与 数据处理芯片之间的数据传输的准确性,从而提高了无人机定位的精度。
[0034] 在本申请的一可选实施例中,CAN总线数据收发芯片5采用TJA1051TK/3的CAN总 线收发芯片,具有可靠性高的优点,更适用于无人机领域。
[0035]如图2和4所示,飞行数据采集模块2包括:光流传感器7、激光雷达测距计8、三轴加 速度计9和陀螺伩10,其中,光流传感器7、激光雷达测距计8、三轴加速度计9和陀螺仪10分 别与数据处理芯片1电性连接,把检测到的无人机飞行数据传输到数据处理芯片1,进而数 据处理芯片1根据其上预设的处理程序对无人机飞行数据进行处理。
[0036] 在本申请的一可选实施例中,所述三轴加速度计9和陀螺仪10采用了 icm20948运 动跟踪芯片。
[0037] 在本实施例中,光流传感器7通过其动态捕捉摄像头来检测地表的移动,以此来测 算出无人机飞行时的横向移动速度;激光雷达测距计8通过发射垂直于地面的激光,以此测 算出无人机与地面之间的距离;三轴加速度计9用于检测无人机飞行时的加速度;陀螺仪10 用于检测无人机的角速度。
[0038]在本实施例中,三轴加速度计4将检测到的无人机飞行时三个坐标轴的加速度数 据发送到数据处理芯片1中,陀螺仪10将检测到的无人机飞行的角速度数据发送到数据处 理芯片1中,进而数据处理芯片1根据预设的处理程序对无人机飞行时三个坐标轴的加速度 数据和无人机飞行的角速度数据进行处理,并根据所述加速度数据和所述角速度数据估算 出比较精确的无人机姿态角度。
[0039] 在本实施例中,数据处理芯片1可以根据光流传感器7和激光雷达测距计8检测的 数据较为精确的计算出无人机的实时位置数据。光流传感器7检测到无人机实时的横向移 动速度,即无人机在X轴和Y轴的移动速度,而激光雷达测距计8检测无人机距地面的距离, SPZ轴的数据,数据处理芯片1将无人机的起飞点作为坐标零点,通过激光雷达测距计8检测 到的无人机距地面的距离得出无人机实时的Z轴的数据,通过光流传感器7检测到的无人机 实时的X轴和Y轴的移动速度,进而通过速度累积得到无人机在X轴和Y轴的位置,从而得出 无人机实时的三维位置数据,进而数据处理芯片1通过CAN总线将无人机实时的三维位置数 据发送给无人机飞控。
[0040] 在本实施例中,激光雷达测距计8通过发射垂直于地面的激光,以此测算出无人机 与地面之间的距离,但无人机在飞行中并不会始终与地面平行,经常在飞行时无人机会与 地面呈一倾斜角,此时激光雷达测距计8测出来的距离其实也是倾斜的,不是真实的高度数 据,因此往往需要通过无人机的倾斜角度对激光雷达测距计8检测到的高度数据进行修正。 在本实施例中,数据处理芯片1先根据预设的处理程序对三轴加速度计9检测到的无人机 三个坐标轴的加速度数据和陀螺仪10检测到的无人机角速度数据进行处理,估算出比较精 确的无人机飞行倾斜角度,进而通过预设的处理程序根据无人机飞行倾斜角度对激光雷达 测距计8检测到的高度数据进行修正补偿,得出较为精确的无人机飞行高度数据。
[0041] 在本实施例中,从光流传感器7获得的无人机横向移动速度,需要根据从陀螺仪10 获得的角速度数据和无人机的飞行高度数据,进行修正补偿。由于在定位中无人机本身会 发生晃动,此时从光流传感器7的动态捕捉摄像头检测的画面也会发生移动,但实际上无人 机的位置可能并没有发生变化,这就造成了检测到的横向移动数据不准确。同时光流传感 器7检测到的无人机横向移动速度也与无人机的所处的高度有关,当无人机处于较高的位 置时,动态捕捉摄像头检测的画面上较小的移动实际上移动了较远的距离,因此在计算横 向移动速度时要考虑到飞行高度数据的影响。
[0042]在本实施例中,数据处理芯片1先根据预设的处理程序根据陀螺仪10获得的角速 度数据和无人机的飞行高度数据对光流传感器7检测的无人机横向移动速度进行修正补 偿,得出较为精确的无人机横向移动速度。
[0043]如图4所示,该无人机定位装置还包括一个固件升级接口 11,该固件升级接口 11用 于实现用户自定义向数据处理芯片1中添加新功能或对现有的程序进行修改,也可以对软 件进行更新,进一步提高了数据处理芯片1的数据处理能力。由此也实现了用户根据自己的 需求向数据处理芯片1中添加一些新的功能,比如,使用融合算法(例如卡尔曼滤波),把三 轴加速度计9和陀螺仪10检测到的无人机姿态数据也融合到无人机三维位置数据的估算计 算中去,获得更精确的位置信息。
[0044] 本申请的另一方面还提供了具有上述无人机定位装置的无人机,该无人机定位装 置安装在无人机的底部,且位置满足,光流传感器7的动态捕捉摄像头以及激光雷达测距计 8的激光头无遮挡的朝向地面。该无人机定位装置通过CAN总线与无人机的飞行控制器连 接,把检测到的无人机飞行数据和处理得出的无人机位置数据发送给无人机飞控,进而飞 控控制无人机实现悬停等动作。
[0045] 从以上的描述中,可以看出,本申请至少实现了如下技术效果:
[0046] 1 •采用CAN总线来实现无人机定位装置和无人机飞控之间数据传输,实现解决现 有的无人机定位装置将检测到的无人机定位数据传输到飞行控制器的过程中容易受到外 界的干扰,造成无人机定位不准确的问题。
[0047] 2 •采用数据处理芯片1对飞行数据进行处理,减轻了无人机飞控的处理压力,也减 轻了飞控的软件复杂程度。
[0048] 3 •由于STM32处理芯片的操作系统和架构都是开放式的,用户可以进行自定义功 能的添加,也可以对软件进行更新,进一步提高了无人机定位装置的功能性和性能。
[0049]以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技 术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种无人机定位装置,其特征在于,包括:飞行数据采集模块、数据处理芯片和总线 接口设备,其中: _ 所述飞行数据采集模块与所述数据处理芯片电性连接,将采集到的飞行数据传输到所 述数据处理芯片; _ 、 所述数据处理芯片与所述总线接口设备电性连接,用于将所述飞行数据通过所述总线 接口设备传输到无人机的飞行控制器。 1 >
2. 根据权利要求1所述的无人机定位装置,其特征在于,所述总线接口设备包括:CAN总 线数据接口和CAN总线数据收发芯片,其中: > 所述CAN总线数据收发芯片分别与所述CAN总线数据接口和所述数据处理芯片电性连 接,CAN总线数据接口与所述无人机飞行控制器电性连接。 _ _
3. 根据权利要求1或2所述的无人机定位装置,其特征在于,所述飞行数据采集模块包 括:用于采集无人机横向移动速度的光流传感器,所述光流传感器与所述数据处理芯片电 性连接。 _ _
4. 根据权利要求1或2所述的无人机定位装置,其特征在于,所述飞行数据采集模块包 括:用于采集无人机飞行高度数据的高度检测装置,所述高度检测装置与所述数据处理芯 片电性连接。
5. 根据权利要求4所述的无人机定位装置,其特征在于,所述高度检测装置包括:激光 雷达测距计。
6. 根据权利要求1或2所述的无人机定位装置,其特征在于,所述飞行数据采集模块包 括:用于检测无人机飞行姿态数据的惯性传感器,所述惯性传感器与所述数据处理芯片电 性连接。
7. 根据权利要求6所述的无人机定位装置,其特征在于,所述惯性传感器包括:三轴加 速度计和/或陀螺仪。
8. 根据权利要求1或2所述的无人机定位装置,其特征在于,所述无人机定位装置还包 括:用于对所述数据处理芯片内的程序进行升级的固件升级接口,所述固件升级接口与所 述数据处理芯片电性连接。
9. 一种无人机,其特征在于,包括如权利要求1-8任意一项所述的无人机定位装置,其 中,所述无人机定位装置设置在所述无人机的底部。
10. 根据权利要求9所述的无人机,其特征在于,所述无人机还包括飞行控制器,所述无 人机定位装置通过CAN总线与所述飞行控制器连接,将无人机飞行数据发送到所述飞行控 制器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108572656A (zh) * 2018-06-08 2018-09-25 赫星科技有限公司 无人机定位装置以及无人机
CN110515071A (zh) * 2019-08-24 2019-11-29 四川大学 基于超宽带雷达和光流传感器的无gps组合导航方法

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