[發(fā)明專利]一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法

在審

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• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113703466A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛艷喜;蔡高參;符巨博;胡彪
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 杭州運(yùn)酬專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33429
• 代理人: 李百玲

1.一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法，其特征在于：包括頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障系統(tǒng)，該四旋翼無人機(jī)避障系統(tǒng)包括超聲波測距模塊、姿態(tài)識別模塊和飛行控制系統(tǒng)，超聲波測距模塊、姿態(tài)識別模塊分別與飛行控制系統(tǒng)連接，所述超聲波測距模塊包括四個超聲波測距傳感器和一個用于驅(qū)動發(fā)射不同頻率超聲波的頻率可調(diào)的超聲波驅(qū)動裝置，四個超聲波測距傳感器位于無人機(jī)前、后、左、右四面的中心，并且用于讀取無人機(jī)與障礙物之間的距離，同時與超聲波驅(qū)動裝置連接；

所述避障方法包括以下步驟：

(1)四旋翼無人機(jī)正常飛行時受飛行控制系統(tǒng)控制，沿預(yù)設(shè)航線飛行，根據(jù)飛行期間無人機(jī)與障礙物的距離大小，頻率可調(diào)的超聲波驅(qū)動裝置調(diào)整發(fā)射對應(yīng)頻率的超聲波，實(shí)現(xiàn)對障礙物距離的精準(zhǔn)測量并將測得的數(shù)據(jù)傳遞給飛行控制系統(tǒng)；

(2)姿態(tài)識別模塊獲得無人機(jī)當(dāng)前的姿態(tài)數(shù)據(jù)，這些信號數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得到無人機(jī)的飛行狀態(tài)，通過位移變化對時間的微分可得到無人機(jī)的速度，根據(jù)無人機(jī)與障礙物的實(shí)際距離和無人機(jī)自身的速度，分為安全區(qū)、減速區(qū)、急停區(qū)；

(3)飛行控制系統(tǒng)將超聲波測距模塊獲得的距離和安全距離對比，當(dāng)小于安全區(qū)值時進(jìn)行避障控制，否則正常飛行。

2.如權(quán)利要求1所述的一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法，其特征在于：所述姿態(tài)識別模塊包括加速度計、陀螺儀、磁力計和氣壓計，加速度計輸出重力在機(jī)體坐標(biāo)系三軸上的分量信號，陀螺儀輸出飛行器繞三軸旋轉(zhuǎn)的角速度信號，磁力計輸出磁場強(qiáng)度在三軸的分量信號，氣壓計用于獲取無人機(jī)的飛行高度。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法，其特征在于：所述飛行控制系統(tǒng)為嵌入式單片機(jī)和地面站，用于處理傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷、控制并監(jiān)測無人機(jī)的飛行狀況，輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理。

4.如權(quán)利要求1或2所述的一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法，其特征在于：所述步驟(2)中還包括以下步驟：

急停區(qū)距離為v²/2a₁，減速區(qū)距離為v²/2a₁+v²/2a₂，其中a₁為無人機(jī)的最大加速度值，a₂為無人機(jī)在減速區(qū)的加速度值,設(shè)定a₂＝v以使無人機(jī)在1秒內(nèi)能穩(wěn)定減速，大于減速區(qū)則為安全區(qū)。

5.如權(quán)利要求1或2所述的一種頻率可調(diào)的四旋翼無人機(jī)避障方法，其特征在于：所述步驟(2)中還包括以下步驟：

當(dāng)無人機(jī)與障礙物的距離大于10m時，頻率可調(diào)的超聲波驅(qū)動裝置調(diào)整發(fā)射的聲波頻率恒為30kHz；

當(dāng)無人機(jī)與障礙物的距離在1～10m范圍時，頻率可調(diào)的超聲波驅(qū)動裝置發(fā)射的超聲波頻率大小為f＝-10L+130，L為所測障礙物的距離；

當(dāng)無人機(jī)與障礙物的距離在0.5～1m范圍時，頻率可調(diào)的超聲波驅(qū)動裝置發(fā)射的聲波頻率為130kHz。