[發明專利]一種全自主控制入室環境避障導航微型飛行器

有效

• 申請號: 201310086691.7
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103144770A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 昂海松;郭力;高月山;段文博
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C39/00
• 分類號: B64C39/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

?

技術領域

本發明屬于一種特種飛行器，尤其涉及一種無需無線電外部控制的、自動控制入室、并能避障全自主導航的微型飛行器。

背景技術

目前的無人機和微型飛行器都離不開無線電遙控遙測裝置，尚不具備自主識別環境避開障礙物飛行的功能。微型飛行器未來發展的一個方向，是從戶外飛行發展到建筑物間避障自主飛行和入室自主識別環境避免碰撞的飛行，即發展一種入室自主飛行的偵察裝置。目前的無人機與微型飛行器已具備一定的自動飛行控制能力，通常尚離不開衛星導航接收機（如GPS或北斗導航接收機），而室內飛行，衛星導航接收裝置無效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種全自主控制入室環境避障導航微型飛行器，該飛行器具備在離窗口附近起飛后，自動識別窗口并入室，自動識別室內環境，自主避免與墻壁或其他障礙物的碰撞，并根據室內環境全自主規劃路徑與自主導航飛行能力。

本發明所述的一種全自主控制入室環境避障導航微型飛行器，包括機身、機架、撐桿、全自主控制系統、動力裝置組和電源組；

所述機架安裝在機身下部，四根撐桿兩兩對角支撐在機身上，所述動力裝置組包括四個動力裝置，每個動力裝置由安裝于撐桿的無刷電動機、連接于無刷電動機軸的螺旋槳和與無刷電動機相連的電子調速器組成；

所述全自主控制系統包括安裝于機身上的環境識別傳感器組和安裝于機身內部的控制模塊，環境識別傳感器組與控制模塊輸入端相連，而控制模塊輸出端與電子調速器的輸入端連接，電子調速器的輸出端與無刷電動機連接；

所述電源組包括電池和與電源連接的電源分配器，電源分配器再分別連接各動力裝置及全自主控制系統。

所述環境識別傳感器組包括一個二維激光掃描測距儀、一個微型超聲波測距儀、一個前視攝像機和一個下視攝像機，分別安裝于機身上部、下部、前部和前下部，4個環境識別傳感器都與控制模塊電路連接。

所述控制模塊包括微型計算機處理器以及分別與該微型計算機處理器連接的三軸微型陀螺、三軸微型加速度計和三軸微型磁力計。

本發明相比現有技術，具有以下優點：

1、具有雙路（前視、下視）環境圖像識別系統；

2、具有兩種測距傳感器（二維激光掃描、超聲波）組合的障礙識別系統；

3、無需衛星接收機導航；

4、具有集慣性、磁和微型計算機處理器（DSP）組合控制模塊，可實現無需無線電外部控制的全自主飛行；

5、適于室內飛行的微型飛行器。

附圖說明

圖1：全自主控制入室環境避障導航微型飛行器主視圖；

????圖2：全自主控制入室環境避障導航微型飛行器俯視圖；

圖3：全自主控制微型飛行器系統組成；

圖4：全自主控制微型飛行器硬件連接框圖；

????圖5：全自主微型飛行器控制系統；

????圖6：四旋翼微型飛行器控制運動方向與速度示意圖，包括；飛行器轉動與受力方向，前飛控制原理和左（右）運動控制原理；

????圖7：微型飛行器進入窗戶的環境傳感與識別原理示意圖；

圖8：室內走廊環境的透視圖像與深度識別原理圖；

圖9：本發明研制的微型飛行器成功實現自動識別窗戶飛入示意圖；

圖10：本發明研制的微型飛行器成功實現全自主彎道避障飛行示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：

（1）本發明的全自主控制入室環境避障導航微型飛行器總體結構如圖1、圖2和圖3所示，包括機體、環境識別傳感器組、動力裝置組和控制模塊。其中機體包括中間的機身8、安裝于機身的四個撐桿2、保護框3和機架1。為了保證盡可能減輕機體重量和保證承載的結構強度，機體的所有部件都是用碳纖維復合材料制成。

（2）動力裝置組包括安裝于機體四個撐桿2外端的四個獨立的動力裝置，每個動力裝置包含一個無刷電動機4、一個電子調速器5和一個螺旋槳6。每個電子調速器5的輸入端與控制模塊7連接，電子調速器的輸出端與無刷電動機連接以控制該電動機的轉速；螺旋槳固定連接在無刷電動機的轉軸上。電源組包括電池和電源分配器，電池采用可用于動力的聚合物鋰電池，電源分配器既給4個動力裝置供電，也為環境識別傳感器組和控制模塊供電。