[發明專利]一種基于攝像頭的四旋翼飛行器跟蹤控制系統及方法

在審

• 申請號: 201810158785.3
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108319285A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 周牡丹;劉夢婷;王碩;陳曉龍;柯家盛;葉林森
• 申請（專利權）人: 廈門大學嘉庚學院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

本發明公開了一種基于攝像頭的四旋翼飛行器跟蹤控制系統及方法，第一控制器對圖像采集模塊采集到的圖像數據和高度檢測模塊檢測到的高度數據進行分析和處理，識別跟蹤目標，解析飛行器自身位置，進行高度偏差和方向偏差計算并規劃跟蹤路徑；同時將跟蹤路徑編成報文，通過串口傳輸發送至第二控制器，第二控制器解析報文獲取跟蹤路徑，利用加速度計和陀螺儀采集的姿態信息，通過四元數算法解析飛行器自身姿態，結合跟蹤路徑計算飛行器四旋翼上電機的控制量，通過電子調速器控制四旋翼上電機的轉動速度，實現目標跟蹤。本發明具有跟蹤精度高、超低功耗、人機交互性好、成本低廉等特點。

技術領域

本發明涉及飛行器技術領域，具體涉及一種基于攝像頭的四旋翼飛行器跟蹤控制系統及方法。

背景技術

四旋翼飛行器也稱為時四旋翼直升機，是一種有4個螺旋槳且螺旋槳呈十字形交叉的飛行器。智能跟蹤四旋翼飛行器能夠針對特定的路徑使用特定的傳感器進行路徑識別，按一定的算法使車體沿特定的路徑或者跟蹤特定的物體飛行。常見的路徑方法有GPS定位、人工遙控。采用GPS定位可以在任何光照進行自動跟蹤具有識別精度高、適用范圍廣等特點，但是對衛星信號要求高，且在室內跟蹤能力弱。人工遙控具有安全系數高、方法簡單等特點，但是人工遙控只能完成視野范圍內的任務，且需要長時間培養人員靈活操作飛行器。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于攝像頭的四旋翼飛行器跟蹤控制系統及方法，無需衛星信號和培養人員且飛行器在室內依舊能夠自主循跡，簡單可靠。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于攝像頭的四旋翼飛行器跟蹤控制系統，包括第一控制器、第二控制器、高度檢測模塊、圖像采集模塊、電源模塊、電子調速器、加速度計和陀螺儀；

所述第一控制器分別與高度檢測模塊、圖像采集模塊和第二控制器連接，所述第二控制器還與電子調速器、加速度計和陀螺儀連接；電源模塊用于給四旋翼飛行器跟蹤控制系統供電；

所述第一控制器對圖像采集模塊采集到的圖像數據和高度檢測模塊檢測到的高度數據進行分析和處理，識別跟蹤目標，解析飛行器自身位置，進行高度偏差和方向偏差計算并規劃跟蹤路徑；同時將跟蹤路徑編成報文，通過串口傳輸發送至第二控制器，所述第二控制器解析報文獲取跟蹤路徑，所述加速度計和陀螺儀將采集的姿態信息發送給第二控制器，所述第二控制器通過四元數算法解析飛行器自身姿態，結合跟蹤路徑計算飛行器四旋翼上電機的控制量，通過電子調速器控制四旋翼上電機的轉動速度，實現目標跟蹤。

進一步地，還包括顯示模塊，所述顯示模塊與第一控制器連接，用于顯示飛行器的運行時間、前進路程、跟蹤目標的位置和飛行器自身位置。

進一步地，還包括鍵盤，所述鍵盤與第一控制器連接，鍵盤包括啟動、復位、停止和調試功能鍵。

進一步地，所述第一控制器型號為R5F523T5ADFM。

進一步地，所述第二控制器型號為STM32F407ZET6。

進一步地，所述圖像采集模塊包括型號為OV7725的攝像頭。

基于上述的四旋翼飛行器跟蹤控制系統的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：系統設備初始化；

步驟S2：高度檢測模塊檢測飛行器當前的高度數據，發送至第一控制器，第一控制器對當前的高度數據與設定高度進行對比，計算高度偏差，通過PID控制算法調節輸出量；

步驟S3：圖像采集模塊采集圖像數據發送至第一控制器，第一控制器對獲取的圖像數據進行分析計算，識別跟蹤目標，解析飛行器自身位置，獲取當前飛行器位置與跟蹤目標的方向偏差，當跟蹤目標在飛行器的左邊時，通過PID控制算法調節橫向roll值減小，當跟蹤目標在飛行器的右邊時，通過PID控制算法調節橫向roll值增大；