[發(fā)明專利]一種多旋翼飛行機器人的高性能控制與計算系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410099221.9
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103853158A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳長安;吳華;劉陽;劉春陽;楊國田
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 北京麟保德和知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11428
• 代理人: 韓建功

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機控制和智能應用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多旋翼飛行機器人的高性能控制與計算系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無人飛行器是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人的飛機，它可以在遙控人員的遙控下起飛。多旋翼飛行機器人屬于無人飛行器的一種。現(xiàn)有的無人飛行器大多數(shù)是由地面控制系統(tǒng)和無人飛行器上的機載飛控系統(tǒng)控制，受地面站影響大。同時隨著計算機視覺和智能控制算法的發(fā)展，以及嵌入式技術(shù)的進步，越來越多的基于計算機視覺和圖像的控制算法被應用于無人飛行器上，這就需要一種計算能力強大，體積小巧，性能穩(wěn)定，功耗低的嵌入式計算與控制系統(tǒng)，脫離地面站影響，實現(xiàn)對無人飛行器的智能控制。因此，設(shè)計一種高安全性和高穩(wěn)定性的飛行控制系統(tǒng)成為一種迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種多旋翼飛行機器人的高性能控制與計算系統(tǒng)，該高性能計算與控制系統(tǒng)包括計算處理模塊1和飛行控制器模塊2，計算處理模塊1和飛行控制器模塊2通過數(shù)據(jù)總線3耦合連接；

所述計算處理模塊1由計算處理器4、多模式啟動電路5、電源管理模塊6、外部存儲模塊7、USB接口模塊8、圖形界面接口輸出模塊9、攝像頭模塊10和第一電源模塊11組成；

所述飛行控制器模塊2由微控制器12、慣性測量模塊13、導航模塊14、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊15和第二電源模塊16組成；

計算處理器4是計算處理模塊1的控制和計算核心，通過處理攝像頭模塊10采集到的視頻信息，獲得多旋翼飛行機器人的飛行控制信息，將其傳給微控制器12，實現(xiàn)對多旋翼飛行機器人的飛行控制；微控制器12將飛行控制信息成功傳輸?shù)姆答佇畔⒒貍鹘o計算處理模塊1；

多模式啟動電路5與計算處理器4相連接，實現(xiàn)計算處理模塊1的啟動模式選擇；

電源管理模塊6與計算處理器4相連接，實現(xiàn)對計算處理模塊1的電源管理；

外部存儲模塊7與計算處理器4相連接，外接存儲介質(zhì)，用于存儲整個系統(tǒng)中的嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應用數(shù)據(jù)；

USB接口模塊8與計算處理器4相連接，外接USB設(shè)備，為整個系統(tǒng)充電；

圖形界面接口輸出模塊9與計算處理器4連接，輸出嵌入式操作系統(tǒng)的圖形界面；

攝像頭模塊10與計算處理器4連接，采集多旋翼飛行機器人飛行環(huán)境中的視頻數(shù)據(jù)；

第一電源模塊11與計算處理器4相連接，為計算處理模塊1供電；

微控制器12是飛行控制模塊2的核心，實現(xiàn)對多旋翼飛行機器人飛行姿態(tài)的控制；

慣性測量模塊13與微控制器12連接，檢測多旋翼飛行機器人在多旋翼飛行機器人坐標系中的三軸加速度信號和相對于導航坐標系的角速度信號，解算出多旋翼飛行機器人的姿態(tài)；

導航模塊14與微控制器12連接，接收處理經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多旋翼飛行機器人的導航；

AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊15與微控制器12連接，將慣性測量模塊13檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

第二電源模塊16與微控制器12連接，為飛行控制器模塊2供電。

所述飛行控制信息包括多旋翼飛行機器人的飛仰角，橫滾角，偏航角的角度控制量。

所述計算處理器4采用雙核處理器。

所述多模式啟動電路5采用上拉電阻組成二進制邏輯組合。

所述微控制器12采用8/16/32位單片機。

發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將飛行控制模塊與高性能計算模塊直接耦合，脫離了地面站，于多旋翼飛行機器人上直接進行視頻數(shù)據(jù)的處理和算法的應用，可以實現(xiàn)對多旋翼飛行機器人更多的智能控制，大大擴展了多旋翼飛行機器人的應用領(lǐng)域，提高了計算的效率，增強了可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中多旋翼飛行機器人的高性能控制與計算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明中多旋翼飛行機器人的高性能控制與計算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該高性能計算與控制系統(tǒng)包括計算處理模塊1和飛行控制器模塊2，計算處理模塊1和飛行控制器模塊2通過數(shù)據(jù)總線3耦合連接；

計算處理模塊1由計算處理器4、多模式啟動電路5、電源管理模塊6、外部存儲模塊7、USB接口模塊8、圖形界面接口輸出模塊9、攝像頭模塊10和第一電源模塊11組成。

飛行控制器模塊2由微控制器12、慣性測量模塊13、導航模塊14、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊15和第二電源模塊16組成。