[發明專利]一種四旋翼智能拓展裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201710445085.8
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107024939A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 林志強;萬在紅;徐冬;潘群;康燕兵
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 張文杰

技術領域

本發明屬于多旋翼飛行器飛行與控制領域，具體的說是一種使四旋翼飛行器具有手勢控制及自主避障的四旋翼飛行器的拓展裝置及其控制方法。

背景技術

四旋翼飛行器是多旋翼飛行器中最常見的一種飛行器，其采用十字形交叉結構分布四個螺旋槳，采用對角相對的螺旋槳轉向相同，相鄰螺旋槳轉向相反的飛行方式，平衡旋翼對機身的反扭矩，故其飛行穩定，非常適合在靜態或準靜態飛行狀態下飛行。相對于直升機，其穩定性好，靈活性好，但控制系統復雜。相對于固定翼飛行器，其具有適應環境能力強，可多種姿態飛行，如懸停、前飛、側飛和倒飛等。

近年來，隨著傳感器、驅動器、處理器及能源供給等技術方面有了突破的發展，四旋翼飛行的開發和研制也掀起了熱潮，市面上出現了多種較為成熟的飛控系統板，都能對飛行器進行穩定的姿態控制，正是由于其技術的成熟，任何人只需配以電機、電調、機架及遙控等配件，即可利用許多現成飛控系統板進行四旋翼的組裝和控制，使得四旋翼飛行器進入尋常百姓家。其已被廣泛運用到勘測、航拍、貨物運輸等領域。

但是，雖然現有飛控系統可以實現對四旋翼飛行器姿態的穩定控制，其操作復雜性仍不可避免，且由人為控制出現的四旋翼失控撞上障礙物導致墜機引起的安全性問題一直是限制四旋翼發展的主要因素。為了解決飛行器的操控問題，著名的飛行器研發及制造公司大疆公司推出了可自主避障的四旋翼飛行器，其利用機身前部腳架上安置的兩個攝像頭，通過其捕捉到的畫面，利用計算機處理后，預知前方的障礙物，并計算出相應路徑。另一無人機研發及制造公司零度智控公司推出的探索者2代則采用的是360°旋轉雷達測距。在無人機頂部安裝有一個快速旋轉的探頭，不斷發射電波掃描周圍的障礙物。這兩種方式避障都對飛行器操控性和可靠性有了很大的提高。但是，這兩種技術均對飛行器控制芯片有很高的性能要求，成本高，未能從根本提高四旋翼操控的難度問題，且其集成于其成品飛行器，不具備在其他飛行器上推廣的條件。

發明內容

本發明的目的是針對市場現有開源四旋翼飛行器操控性不高，安全性不足的缺點，設計的一種使現有開源四旋翼飛行器具有手勢控制及避障功能的四旋翼智能拓展裝置。

本發明采用的技術方案實現上述目的。一種四旋翼智能拓展裝置，包括飛行器、控制裝置和手勢識別裝置，所述飛行器包括機架，機架由垂直交叉呈十字形的架桿構成且中心固定有安裝板，機架架桿的外段連接有電機安裝架，電機安裝架的上面固定有電機，下面連接有起落架，電機的機軸裝有槳葉，所述控制裝置包括控制電路板和超聲波模塊，安裝板裝有控制電路板，機架架桿的端頭裝有超聲波模塊；

所述控制電路板由電源模塊Ⅱ、協處理器模塊Ⅱ、無線傳輸模塊Ⅱ和SD卡模塊構成，且與超聲波模塊連通；電源模塊Ⅱ通過電源線分別與協處理器模塊Ⅱ、無線傳輸模塊Ⅱ和SD卡模塊相連；無線傳輸模塊Ⅱ通過SPI接口和協處理器模塊Ⅱ相連；SD卡模塊通過SDIO接口和協處理器模塊Ⅱ相連；超聲波模塊通過數據線和控制電路板連接；

所述手勢識別裝置由電源模塊Ⅰ、協處理器模塊Ⅰ、姿態傳感器模塊Ⅰ和無線傳輸模塊Ⅰ構成；電源模塊I通過電源線分別與協處理器模塊I、姿態傳感器模塊I和無線傳輸模塊I連接；

所述手勢識別裝置與所述控制裝置信號連接；

所述電源模塊I用于手勢識別裝置上設置的各模塊供電；所述電源模塊Ⅱ用于控制電路板上設置的各模塊供電；所述協處理器模塊I和所述協處理器模塊Ⅱ負責對采集的數據進行處理運算；所述無線傳輸模塊I和所述無線傳輸模塊Ⅱ負責控制電路板和手勢識別裝置間的無線通訊；所述SD卡模塊負責儲存飛行產生的各種數據；所述姿態傳感器模塊負責對手部的動作進行采集。

一種四旋翼智能拓展裝置的控制方法，其控制過程如下：開機啟動后，先進行是否開啟手勢控制的判斷，若識別到開啟了手勢識別裝置，則由手勢識別裝置進行手勢識別并計算出控制量；若未開啟手勢識別裝置，則直接使用遙控器計算控制量， 再由超聲波模塊進行超聲波測距判斷障礙物距離，然后由協處理器模塊Ⅱ進行控制量和距離量的融合，最后將融合后的控制量輸入飛行系統進行飛控系統控制，如此不斷循環，完成手勢控制并且避障的功能。