[發明專利]基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置及方法

有效

• 申請號: 201710383119.5
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107168361B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 劉陽;王從慶;于鴻達;左超
• 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
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 曹蕓<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置及方法，屬于四旋翼無人機智能飛行控制領域。該避障飛行裝置包括雙層動態障礙物檢測模塊、避障飛行決策模塊和避障飛行微控制器，所述雙層動態障礙物檢測模塊上下兩層，每層裝有一個舵機，每個舵機上安裝有四個均勻分布的聲吶傳感器；所述避障飛行決策模塊包括順序連接的避障速度矢量生成模塊、飛控輸入轉換模塊和飛控通信模塊。本發明通過8個聲吶傳感器和舵機的轉動可以得到12個均勻間隔的角度的障礙物信息，減少了傳感器的個數，節省了成本；僅僅使用了8路AD轉換接口和2路PWM輸出接口，避免了占用避障飛行微控制器過多的外圍接口資源。

技術領域

本發明涉及一種基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置及方法，屬于四旋翼無人機智能飛行控制領域。

背景技術

四旋翼無人機(QuadRotor)是一種新型的旋翼類無人機，四旋翼無人機具有操縱簡單、起降要求低、成本低廉等優點。在過去十幾年中，隨著其他領域，如傳感器、微處理器、材料科學技術、飛行控制理論的發展，四旋翼無人機更是迎來了迅猛的發展。當前，四旋翼無人機的飛行控制理論已經基本成熟，簡單的飛行控制問題已經得到了解決，四旋翼無人機的應用范圍越來越廣泛，但是飛行安全性問題一直沒能得到很好的解決，實現避障飛行就是提高飛行安全性的一種方法。目前四旋翼無人機一般都是通過操作者遙控控制的，在距離操作者很遠，未知的飛行環境下，很容易碰撞到障礙物，從而墜毀，對公共財產和行人的安全造成威脅；當四旋翼無人機在室內飛行時，由于沒有GPS信號，或者操作者反應不及時，很容易飛行失去控制，對室內人員造成傷害。當四旋翼無人機沒有解決避障飛行問題時，即使它的用途十分廣泛，也會極大地限制四旋翼無人機的使用。

避障飛行是保證四旋翼無人機安全飛行的重要一步，它在最近幾年隨著四旋翼無人機的迅猛發展也成為了研究熱點。當前的避障飛行技術很多，例如基于光流、基于目標特征和基于雙目視覺的避障飛行技術，這些技術很多都是處于理論研究階段，成本比較高，實用性不強。避障的關鍵是檢測障礙物的距離，聲吶傳感器已經成功應用于移動機器人上的避障行走，該傳感器硬件接口簡單，工作頻率可以滿足實時性的要求，也可以用于四旋翼無人機的避障飛行。

發明內容

本發明提出了一種基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置及方法。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置及方法，包括雙層動態障礙物檢測模塊、避障飛行決策模塊和避障飛行微控制器，所述雙層動態障礙物檢測模塊上下兩層，每層裝有一個舵機，每個舵機上安裝有四個均勻分布的聲吶傳感器；所述避障飛行決策模塊包括順序連接的避障速度矢量生成模塊、飛控輸入轉換模塊和飛控通信模塊，聲吶傳感器的數據通過AD轉換接口傳輸給避障飛行微控制器，避障飛行微控制器和避障速度矢量生成模塊連接。

所述聲吶傳感器固定在圓環上，每兩個傳感器之間間隔90°。

所述上下兩組傳感器的初始位置錯開30°。

基于雙層聲吶傳感器的四旋翼無人機避障飛行裝置的控制方法，包括如下步驟：