[發明專利]一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法

在審

• 申請號: 202110792792.0
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113703466A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 辛艷喜;蔡高參;符巨博;胡彪
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 杭州運酬專利代理事務所(特殊普通合伙) 33429
• 代理人: 李百玲

一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法，包括頻率可調的四旋翼無人機避障系統，超聲波測距模塊進行目標障礙物的精確測量；姿態識別模塊獲得無人機當前的姿態數據；飛行控制系統實時采集各傳感器測量的飛行狀態數據，經計算處理，向執行機構輸出控制指令，實現對無人機中各種飛行模態的控制，使得無人機能夠精準避障。本發明提供了一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法，以提高無人機避障系統的可靠性。

技術領域

本發明涉及無人機避障技術領域，尤其是涉及一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法。

背景技術

無人機避障系統非常重要，它很大程度上決定了無人機的實用性，現有的無人機避障系統是利用超聲波傳感器讀取無人機與障礙物之間的距離，然后通過飛行控制器調整無人機飛行姿態進而避開障礙物。這種避障系統基本上可以實現無人機的安全、可靠飛行，使得無人機能夠適用于多種場合。

現有無人機的避障系統通常采用某一固定頻率的超聲波進行障礙物測距。研究表明，聲波傳播的方向性隨聲波頻率的提高而增強，當聲波頻率極高時，聲波傳播具有很好的指向性，聲波測量具有很高的精度。但另一方面，聲波在空氣中傳播過程的衰減是極其嚴重的，表現為頻率越高衰減越嚴重。顯然，基于固定頻率的超聲波傳感器的避障系統存在一定的缺陷，使得超聲波避障系統的實用性以及可靠性大大降低。

發明內容

為了針對固定頻率下的超聲波避障系統自身存在的缺陷，本發明提供了一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法，以提高無人機避障系統的可靠性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法，包括頻率可調的四旋翼無人機避障系統，該四旋翼無人機避障系統包括超聲波測距模塊、姿態識別模塊和飛行控制系統，超聲波測距模塊、姿態識別模塊分別與飛行控制系統連接，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動發射不同頻率超聲波的頻率可調的超聲波驅動裝置，四個超聲波測距傳感器位于無人機前、后、左、右四面的中心，并且用于讀取無人機與障礙物之間的距離，同時與超聲波驅動裝置連接；

所述避障方法包括以下步驟：

(1)四旋翼無人機正常飛行時受飛行控制系統控制，沿預設航線飛行，根據飛行期間無人機與障礙物的距離大小，頻率可調的超聲波驅動裝置調整發射對應頻率的超聲波，實現對障礙物距離的精準測量并將測得的數據傳遞給飛行控制系統；

(2)姿態識別模塊獲得無人機當前的姿態數據，這些信號數據經過處理后得到無人機的飛行狀態，通過位移變化對時間的微分可得到無人機的速度，根據無人機與障礙物的實際距離和無人機自身的速度，將飛行空間劃分為安全區、減速區、急停區；

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

進一步，所述姿態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體坐標系三軸上的分量信號，陀螺儀輸出飛行器繞三軸旋轉的角速度信號，磁力計輸出磁場強度在三軸的分量信號，氣壓計用于獲取無人機的飛行高度。

再進一步，所述飛行控制系統為嵌入式單片機和地面站，用于處理傳感器測量的飛行狀態數據，判斷、控制并監測無人機的飛行狀況，輸出控制指令給執行機構，實現對無人機中各種飛行模態的控制和對任務設備的管理。

再進一步，所述步驟(2)中還包括以下步驟：急停區距離為v²/2a₁，減速區距離為v²/2a₁+v²/2a₂，其中a₁為無人機的最大加速度值，a₂為無人機在減速區的加速度值,設定a₂＝v以使無人機在1秒內能穩定減速，大于減速區則為安全區。

更進一步，所述步驟(2)中還包括以下步驟：