CN213934636U

CN213934636U - 一种四旋翼无人机编队搜索控制系统

Info

Publication number: CN213934636U
Application number: CN202022830375.4U
Authority: CN
Inventors: 邓志良; 王方召; 马金虎; 邓壮壮; 王振凎
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种四旋翼无人机编队搜索控制系统，包括无人机、视觉模块、地面站；无人机采用四旋翼机架，包括机体、飞行控制器、接收机、电子调速器、无刷电机、GPS定位装置、锂电池、无线通信模块；视觉模块包括Jetson TX2和双目相机；接收机和飞行控制器连接；螺旋桨叶安装在无刷电机上方，四组无刷电机成X字形分布于飞行控制器四周并与飞行控制器的PWM波输出口相连；电子调速器与无刷电机连接；无线通信模块与飞行控制器、地面站连接；Jetson TX2与飞行控制器进行数据交换；双目相机与Jetson TX2连接；本实用新型实现对规划区域的精确搜索，用两组电池供电，既保证了无人机的正常飞行时长，又使得Jetson TX2能够获得稳定电压，做出更好的数据处理。

Description

一种四旋翼无人机编队搜索控制系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于Jetson TX2的四旋翼无人机编队搜索控制系统。

背景技术

四旋翼无人机因结构紧凑、体积小、飞行平稳，能够实现多种复杂任务，广泛应用在军用和民用领域，尤其在航拍，测绘，巡察，植保，电力巡查，交通监视等领域广泛应用。不仅可以减少人力，还缩短工作周期，大大的提高了工作效率。由于四旋翼机动性能强，灵活性高的特点，也被用在在普通人无法到达的区域执行搜索、侦察等任务。

目前，大部分搜索方案的最优规划及研究热点主要集中在单个无人机上。然而在应对复杂区域，例如湖面，草场等，使用单个无人机的搜索效率显然较低。虽然目前也存在使用多个无人机与无人船结合进行水面搜救，但是此方法应用范围较为局限，在陆地上则无法实现；也存在无人机与智能车结合进行陆空搜索的方法，但是智能车对于陆地环境的要求却很高，在地震灾区，丘陵地带则会出现较大的搜索困难。

实用新型内容

实用新型目的：针对以上问题，本实用新型提出一种基于Jetson TX2的四旋翼无人机编队搜索控制系统，解决了现有技术对于图像处理的实时性，准确性不足的问题，提高了搜索效率；解决了现有技术的搜索区域较局限或者单一的问题；能够适用于多种无人机平台、可移植性强、自主性强，能够实现对未知区域的搜索。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种四旋翼无人机编队搜索控制系统，包括无人机、视觉模块、地面站；所述的无人机采用四旋翼机架，包括机体、飞行控制器、接收机、电子调速器、无刷电机、GPS 定位装置、锂电池、无线通信模块；所述的视觉模块包括Jetson TX2嵌入式开发板和双目相机；

所述的飞行控制器作为无人机的控制单元，内置惯性测量单元IMU、气压计、磁罗盘；接收机和飞行控制器连接，接收无人机遥控器的控制信号；螺旋桨叶安装在无刷电机上方，四组无刷电机成X字形分布于飞行控制器四周并与飞行控制器的PWM波输出口相连；所述的电子调速器与无刷电机连接；所述的无线通信模块选用无线数传模块，包括主数传和从数传，从数传通过URAT串口与飞行控制器连接并固定在无人机上，主数传通过USB接口与地面站的电脑端连接；所述的GPS定位装置与飞行控制器通过IIC协议连接；所述的锂电池给飞行控制器和Jetson TX2供电；

所述的Jetson TX2嵌入式开发板通过UART串口与飞行控制器进行数据交换；所述的双目相机通过USB接口与Jetson TX2连接，固定在无人机下方，指向与无人机的机头方向一致；所述的双目相机将拍摄的信息发送到Jetson TX2，Jetson TX2发送识别目标指令至飞行控制器，飞行控制器向地面站发送目标物的位置信息并显示在地面站上；地面站通过主数传与无人机连接，向无人机发送控制指令。

优选的，所述的锂电池为两组电池，电池一为4S锂电池，给Jetson TX2供电，电池二为6S锂电池，给飞行控制器供电。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益的技术效果：

本实用新型针对传统无人机搜索方式单一，搜索范围小且盲区大，效率低，提供了一种基于Jetson TX2的四旋翼无人机编队搜索控制系统。无人机上搭载Jetson TX2，可为嵌入式AI计算设备提供出色的速度与能效，解决了传统方法中对于图像处理的实时性，准确性不足的问题，提高了搜索效率。无人机搭载了高清双目相机，双目相机的拍摄范围较传统的相机拍摄角度大大增加，扩大了无人机的拍摄画面的视野，减少了搜索盲区，降低了人工成本，增强了传送到控制端画面的分辨率，显著提高了地面人员的观察效果以及搜索效率。Jetson TX2内嵌入了机器人操作系统(ROS)，ROS强大的库文件为整个系统提供了机动性、操作控制、感知的功能。Jetson TX2超强的处理能力则大大地提高了处理图像的速度和精度，并且提高了整个系统的效率；多无人机的编队方法则在相同时间内扩大了搜索面积，并且在其他无人机出故障后仍能继续工作，对与整个系统不会出现致命的影响。

附图说明

图1是本实用新型的搜索控制系统结构图；

图2是本实用新型的无人机示意图；

图3是无人机编队搜索控制系统工作流程图；

图4是单架无人机系统软件流程图；

附图标记：1-Jetson TX2嵌入式开发板，2-飞行控制器，3-无刷电机，4-螺旋桨叶，5-无线通信模块，6-双目相机，7-GPS定位装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

本实用新型所述的四旋翼无人机编队搜索控制系统，如图1所示，包括无人机、视觉模块、地面站；所述的无人机采用四旋翼机架，包括机体、飞行控制器2、接收机、电子调速器、无刷电机3、GPS定位装置7、锂电池、无线通信模块5；所述的视觉模块包括Jetson TX2嵌入式开发板1和双目相机6。无人机的机体采用碳纤维板，飞行控制器2位于碳纤维板上部，飞行控制器2头部方向为无人机前进方向即机头方向，无线通信模块5、 GPS定位装置7、Jetson TX2嵌入式开发板1、双目相机6分别安装于碳纤维板上部。

所述的飞行控制器2作为无人机的控制单元，选用Holybro Pixhawk4，内置惯性测量单元IMU、气压计、磁罗盘，以控制无人机姿态、飞行参数进行数据的融合处理；接收机和飞行控制器2连接，接收无人机遥控器的控制信号；螺旋桨叶4安装在无刷电机3上方，四组无刷电机3成X字形分布于飞行控制器2四周并与飞行控制器2的PWM波输出口相连，飞行控制器2通过控制输出PWM波的范围来控制不同电机的转速，最终实现对无人机姿态、转速的控制；所述的电子调速器与无刷电机3连接。

所述的无线通信模块5选用LC6600无线数传模块，包括主数传和从数传，从数传通过URAT串口与飞行控制器2连接并固定在无人机上，主数传通过USB接口与地面站的电脑端连接；数据传输模式采用广播模式，即任意节点发送数据其他节点都可接收到数据，以此来实现无人机之间，无人机与地面站的数据收发处理；所述的GPS定位装置7与飞行控制器2通过IIC协议连接，实现无人机自主定位功能；所述的锂电池为两组电池，电池一为4S锂电池，给Jetson TX2供电，电池二为6S锂电池，给飞行控制器2供电。

Jetson TX2可为嵌入式AI计算设备提供出色的速度与能效。这款超级计算机模块配有NVIDIA Pascal GPU、高达8GB内存、59.7GB/s的显存带宽，提供各种标准硬件接口，出色适配各类产品和外形规格，在边缘位置真正实现了AI计算。所述的Jetson TX2嵌入式开发板1通过UART串口与飞行控制器2进行数据交换。

本实施例中，所述的双目相机6选用ZED相机，具体参数为：最大分辨率4416*1242，6mm镜头—120度，130万像素，帧率为60帧/s，镜头之间的距离为12cm，拍摄范围0.2-20m。所述的双目相机6通过USB3.0与Jetson TX2连接，固定在无人机下方，指向与无人机的机头方向一致；双目相机6上电后，将拍摄的信息发送到Jetson TX2，Jetson TX2将视频流转换为图像流进行图像识别处理；当识别到指定目标后，Jetson TX2发送识别目标指令至飞行控制器2，控制无人机向目标物靠近，飞行控制器2向地面站发送目标物的位置信息并显示在地面站上；地面站的电脑端选用开源软件QGroudControl，应用在Ubuntu系统上，连接主数传通过MAVLINK协议与无人机通信，向无人机发送控制指令。无人机之间以及地面站同无人机之间通过Mavlink协议进行通信。

本实用新型所述的无人机编队搜索控制系统，具体工作方式如下：

如图3所示，首先在地面站的PC端规划搜索区域，并由地面站给出每架无人机具体的搜索路线。当整个系统上电并开始搜索工作后，双目相机6将拍摄的画面传送至JetsonTX2端，由事先在Jetson TX2板内目标检测模型进行检测识别。当检测到目标物后进行标记，并将信息传送到飞行控制器2以及地面站，地面站向无人机发送指令，通过数传发送给无人机，无人机执行指令，利用双目相机6的测距功能以及GPS的定位功能靠近目标物，并保持特定距离悬停，地面站上则会显示目标物的位置。另一方面，双目相机6 拍摄的画面将实时传送到PC端，并且PC端会显示实时画面。上述工作过程可参考图4的单架无人机系统的软件流图。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种四旋翼无人机编队搜索控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括无人机、视觉模块、地面站；所述的无人机采用四旋翼机架，包括机体、飞行控制器、接收机、电子调速器、无刷电机、GPS定位装置、锂电池、无线通信模块；所述的视觉模块包括Jetson TX2嵌入式开发板和双目相机；

2.根据权利要求1所述的四旋翼无人机编队搜索控制系统，其特征在于：所述的锂电池为两组电池，电池一为4S锂电池，给Jetson TX2供电，电池二为6S锂电池，给飞行控制器供电。