CN209014737U - 具有光流混合式定位装置的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有光流混合式定位装置的飞行器，包括机体，机体上安装有飞控主板，机体的周边设置有四组机桨，机桨与连接支架之间设置有驱动机桨动作的电机，连接支架与机体连接的部位设置有控制电机动作的电调，电调的受控端连接飞控主板的输出端；所述机体上还设置有定位飞行器位置的定位装置；其特征在于：所述定位装置包括外置GPS、光流计、超声波模块、电子陀螺仪、加速度计、气压高度计以及微处理器，微处理器的输入端分别与外置GPS、光流计、超声波模块、电子陀螺仪、加速度计、气压高度计的输出端连接，微处理器的输出端与飞控主板的信号端连接。本实用新型大大提高了定位精度，解决了GPS信号丢失时无人机失控的问题。

Description

具有光流混合式定位装置的飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，特别是一种具有定位装置的飞行器。

背景技术

近年来，技术快速发展，无人机应用领域越来越广泛，应用场景越来越多样化。通常无人机依靠GPS进行自身定位，传统的GPS定位系统在某些环境下信号较弱，无人机的飞行与悬停会受到影响，达不到目前某些行业里对无人机控制精度与飞行稳定的要求，这让无人机在某些方面的应用受到了限制，不能在更多的领域为人们服务。另外，在GPS信号较差或缺失的室内，如何实现无人机的准确定位是一个极具挑战性的问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种具有光流混合式定位装置的飞行器，以提高飞行器的定位精度。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

具有光流混合式定位装置的飞行器，包括机体，机体的中部安装有飞控主板，机体的周边通过环形匀布的连接支架设置有四组机桨，机桨与连接支架之间设置有驱动机桨动作的电机，连接支架与机体连接的部位设置有控制电机动作的电调，电调的受控端连接飞控主板的输出端；所述机体上还设置有定位飞行器位置的定位装置；其特征在于：所述定位装置包括外置GPS、光流计、超声波模块、电子陀螺仪、加速度计、气压高度计以及微处理器，微处理器的输入端分别与外置GPS、光流计、超声波模块、电子陀螺仪、加速度计、气压高度计的输出端连接，微处理器的输出端与飞控主板的信号端连接。

上述具有光流混合式定位装置的飞行器，所述微处理器为STM32F427VIT6微处理器。

上述具有光流混合式定位装置的飞行器，所述飞控主板上还设置有遥控器接收机。

上述具有光流混合式定位装置的飞行器，所述飞控主板上还设置有指示灯和蜂鸣器。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型用于辅助甚至替代GPS进行自身定位，可以在无人机飞行过程中，当GPS卫星信号突然变弱时，辅助无人机定位，防止因GPS信号变弱造成无人机失控；并且光流装置通过像素中像素点的运动速度和运动方向得到无人机位置信息，定位不完全依赖于GPS信号，很好的解决了GPS信号丢失时无人机失控的问题，大大提高了定位精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型所述光流计的电气接线图；

图3为本实用新型所述微处理器的电路图。

其中：1.飞控主板；2.指示灯；3.蜂鸣器；4.气压高度计；5.安全开关；6.外置GPS；7.光流计；8.超声波模块；9.电子陀螺仪；10.遥控器接收机；11.加速度计；12.微处理器；13.电调；14.电机；15.机桨。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种具有光流混合式定位装置的飞行器，其结构如图1所示，包括机体，机体的中部安装有飞控主板1，机体的周边通过环形匀布的连接支架设置有四组机桨15，机桨与连接支架之间设置有驱动机桨动作的电机14，连接支架与机体连接的部位设置有控制电机动作的电调13，电调的受控端连接飞控主板的输出端。

飞控主板1上设置有电源、飞控模块、遥控器接收机10、指示灯2、蜂鸣器3以及安全开关5，其中，电源用于为各个部件供电，遥控器接收机10用于接收遥控器的遥控信号，指示灯用于指示飞控主板的工作状态，蜂鸣器用于报警，安全开关用于表示飞行器的安全状态。本实施例中，飞控模块采用匿名科创的开源飞行控制模块。

机体上还设置有定位装置，用于为飞行器进行定位。定位装置包括外置GPS6、光流计7、超声波模块8、电子陀螺仪9、加速度计11、气压高度计4以及微处理器12，微处理器的输入端分别与外置GPS6、光流计7、超声波模块8、电子陀螺仪9、加速度计11、气压高度计4的输出端连接，微处理器的输出端与飞控主板的信号端连接。本实施例中，微处理器为STM32F427VIT6微处理器，其电路图如图3所示；外置GPS6采用px4flowGPS模块，用于接收GPS信号；光流计7采用PIX光流传感器，12mm焦距M12五百万高清镜头，其电路图如图2所示，用于采集不同时刻图像序列；超声波模块8采用超声波传感器，用于校对气压高度计的准确性；电子陀螺仪9用于采集飞行器的位置信息；加速度计11用于计算飞行器的运行速度；气压高度计4用于读取当前飞行器所处高度气压，并将其转化成对应的高度信息；定位装置中的各信息采集器件分别将采集的信息发送给微处理器进行信号处理，以保证能够对飞行器进行精确定位。

本实用新型的工作原理如下所述。

第一步，接通电源，蜂鸣器3发出响声，初始化后，指示灯2以蓝灯闪烁，安全开关5红灯闪烁，表示设备工作正常；与遥控器对频连接成功后遥控器接收机10红灯熄灭，准备起飞工作完成。

第二步，飞行器起飞后，定位装置的各信息采集器件开始采集工作，光流计7不断地采集图像信息，并将图像序列提取后发送给微处理器12；外置GPS6开始检索当前卫星信号，并将其强度反馈给微处理器12；气压高度计4读取当前飞行高度，将其反馈到微处理器12中加以记录；电子陀螺仪9检测当前飞行器水平信息，超声波模块8校对当前高度信息。

第三步，微处理器根据信息采集部分所获得的信息，确定当前定位方式。首先检测外置GPS反馈回的强度信号，当此强度可以支持飞行器的定位要求后，开启此定位方式。否则，微处理器中禁用此处信息，并实时监测GPS信号强度。

第四步，微处理器处理光流计7获得的图像序列，通过特征提取，检测每个像素并确定该像素是否代表一个特征，对图像进行分割来提取有价值的信息用于确定位置信息。当获得的有价值信息较少时，代表此时光流计工作在不稳定状态，这时微处理器去接收气压高度计4的信息。

第五步，微处理器读取到气压高度计4的信号后，获取到当前飞行器高度，通过与设定的光流计支持的飞行高度10m进行比对，如果大于此飞行高度，则开始禁用光流计信号。

第六步，考虑到不同地点海拔高度不同，气压计定高存在一定的缺陷，这时就需要超声波传感器通过发出超声波，根据再次接收到超声波的时间差，校验当前飞行器高度信息。当高度检验一致后，若此时GPS信号仍然较弱，读取光流计有用信息不多，则电子陀螺仪9检测当前飞行姿态，并将水平信息反馈给微处理器，微处理器再结合高度信息，从而得到飞行器在三维平面内的位置信息。

飞行器飞行过程中，只要有对地运动就会形成一系列连续变化的景象。光流模块安装在飞行器上，可以实时采集当前飞行运动对地图像序列，此序列包含了目标运动的信息，通过将图象中每个像素的运动速度和运动方向提取出来，进一步确定目标的运动情况。

本实用新型的应用，可在无人机处于室内或是GPS信号相对较弱的情况下，只要有能够让光流定位工作的光强时，光流计就能让无人机实现精准的悬停。如果GPS与光流计同时生效，那么微处理器会采用两种定位的数据，综合计算最后采取定位最精确的数据，调整四旋翼无人机进行悬停，以达到精准悬停的目的。

Claims (4)

1.具有光流混合式定位装置的飞行器，包括机体，机体的中部安装有飞控主板（1），机体的周边通过环形匀布的连接支架设置有四组机桨（15），机桨与连接支架之间设置有驱动机桨动作的电机（14），连接支架与机体连接的部位设置有控制电机动作的电调（13），电调的受控端连接飞控主板的输出端；所述机体上还设置有定位飞行器位置的定位装置；其特征在于：所述定位装置包括外置GPS（6）、光流计（7）、超声波模块（8）、电子陀螺仪（9）、加速度计（11）、气压高度计（4）以及微处理器（12），微处理器的输入端分别与外置GPS（6）、光流计（7）、超声波模块（8）、电子陀螺仪（9）、加速度计（11）、气压高度计（4）的输出端连接，微处理器的输出端与飞控主板的信号端连接。

2.根据权利要求1所述的具有光流混合式定位装置的飞行器，其特征在于：所述微处理器为STM32F427VIT6微处理器。

3.根据权利要求1所述的具有光流混合式定位装置的飞行器，其特征在于：所述飞控主板上还设置有遥控器接收机（10）。

4.根据权利要求1所述的具有光流混合式定位装置的飞行器，其特征在于：所述飞控主板上还设置有指示灯（2）和蜂鸣器（3）。