[發明專利]一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統及方法

在審

• 申請號: 201410766880.3
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104597912A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 孫一力;甄子洋;王碩;王新華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G08C17/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及遙控模型多旋翼直升機的自主飛行控制技術領域，尤其涉及一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統及方法。

背景技術

六旋翼無人直升機是一種結構簡單、易于操控、可垂直起降、懸停狀態穩定的無人飛行器。其有6個對稱分布在機體四周、正反轉成對的旋翼，通過改變各個旋翼轉速來實現對六個自由度的控制，普遍采用電能驅動。六旋翼無人直升機有極高的可控性、機動性和穩定性，并且具有低噪聲、無污染、攜帶方便、安全危害性小等特點，非常適合于執行中短距離的飛行任務。其在軍事和民用領域均具有廣闊的應用前景，如偵察監視、通信中繼、搜索救援、目標跟蹤、電力檢修、航拍成像等。

目前多旋翼無人直升機的導航方式多采用INS/GPS組合導航的方式。這導致多旋翼無人直升機只有在室外GPS信號較強的場地，才能夠自主地完成飛行任務，從而大大限制了多旋翼無人直升機的應用范圍。

因此，解決上述問題是迫切需要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及的缺陷，提出一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統及方法，用于解決六旋翼無人直升機在室內或無GPS信號時的跟蹤飛行控制，擴展了多旋翼無人直升機的應用范圍。

本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統，包含機載部分和地面站控制部分，其中，所述機載部分包含六旋翼飛行平臺和飛行控制器，所述地面站控制部分包含具有無線傳輸功能的測控終端；

所述六旋翼飛行平臺包含六組飛行機構、機架和無刷云臺，所述六組飛行機構對稱地位于機架的六個端點，所述無刷云臺固定所述機架的正下方；

所述飛行機構包含電機、電調和螺旋槳，所述電機用于帶動螺旋槳旋轉，所述電調用于調整電機的轉速；

所述飛行控制器包含飛行控制模塊、傳感器模塊、視覺導航模塊、無線傳輸模塊、電源模塊和遙控接收機；

所述飛行控制模塊包含主控制單元和協處理單元；

所述傳感器模塊包含六軸姿態傳感器、電子羅盤、超聲波高度計、雷達傳感器；

所述視覺導航模塊包含攝像頭和圖像處理單元，所述攝像頭設置在無刷云臺上；

所述主控制單元分別與六組飛行機構、六軸姿態傳感器、超聲波高度計、協處理單元、圖像處理單元電氣相連，所述圖像處理單元分別與雷達傳感器、攝像頭電氣相連；所述協處理單元與無線數傳模塊電氣相連；

所述測控終端與所述無線數傳模塊通過無線進行數據通訊。

作為本發明一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統進一步的優化方案，所述電源模塊包含三塊電池，分別為六旋翼無人直升機的六組飛行機構、飛行控制模塊和視覺導航模塊提供電源。

作為本發明一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統進一步的優化方案，所述主控制單元采用ATMEGA2560單片機，所述協處理單元采用ATMEGA32U2單片機。

作為本發明一種六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統進一步的優化方案，所述六軸姿態傳感器采用MPU-6000六軸姿態傳感器，所述超聲波傳感器采用LV-MaxSonar-EZ1聲波傳感器，所述雷達傳感器采用UTM-30LX信號激光掃描測距儀。

本發明還公開了基于該六旋翼無人直升機跟蹤飛行控制系統的控制方法，包含以下步驟：

步驟1)，控制六旋翼無人直升機同時執行前飛和上升兩個動作，并實時反饋上升過程中六旋翼無人直升機的姿態數據、相對速度數據和高度數據；

步驟2)，將反饋的高度數據與預設的高度閾值作比較，當反饋的高度數據等于預設的高度閾值時，停止上升；

步驟3)，檢測是否存在追蹤目標；

步驟4)，如果沒有檢測到追蹤目標，根據實時反饋的姿態數據、相對速度數據和高度數據控制六旋翼無人直升機保持懸停狀態；

步驟5)，如果檢測到追蹤目標，采用攝像頭捕捉跟蹤目標，對跟蹤目標的捕捉圖像進行解算，得出六旋翼無人直升機和跟蹤目標的相對位置信息，即跟蹤誤差數據，根據以下控制律計算出控制量，分配給六組執行機構，以此控制六旋翼無人直升機飛行：