[發明專利]基于ROS的視覺四旋翼無人機及其開發系統

在審

• 申請號: 202111152137.5
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113867377A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 王雪;胡楊;李天澤;王梓昂;荀航;陳新宇;黃玉芳;尹宏鵬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于ROS的視覺四旋翼無人機及其開發系統，屬于無人機技術領域。包括無人機軀體部分、飛行控制模塊、分體電調、GPS模塊、GPS支架、航模無刷電機、鋰電池、雙目攝像頭、雙目攝像頭穩定機構、碳管、板載計算機、飛行控制模塊分電板、底座、無刷電機一、擺臂一、擺臂二、無刷電機三、夾持機構、無刷電機二和單片機與控制板；本發明是面向高校學生開發者的教學視覺平臺，利用雙目攝像頭以及其穩定機構開發基礎示例代碼，單一的純視覺傳感器取代了多種傳感器共同工作、同時發布多種信息的解決方案。同時，教學平臺中僅使用單一的視覺傳感器(雙目攝像頭)的方案能夠有效減少實驗室設備的管理與維護成本，降低實驗室運營負擔。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，涉及基于ROS的視覺四旋翼無人機及其開發系統。

背景技術

近年，隨著機器人學的不斷發展和多種基于ARM架構的AI計算板卡(如NVIDIA的TX、NX系列板卡等)體積的不斷減小和計算能力的不斷攀升，被越來越多包括汽車、無人機、無人船、機械狗在內的智能自駕機器設備開發者所使用。

在視覺傳感器方面，stereolab公司開發的ZED系列雙目攝像頭為開發者提供了ros開發功能包，開發者可以使用其提供的接口處理攝像頭的深度信息以實現視覺里程計的功能，同時使用opencv對圖像進行其他處理。

同時，在CUDA的支持下，開發者們可以使用Pytorch、Tensorflow等成熟的AI計算框架方便地在AI計算板卡上部署自己的神經網絡并用神經網絡進行多種傳感器數據處理并使用神經網絡輸出作為控制機器人任務執行過程的重要依據。

開源硬件方面，pixhawk硬件支持的px4固件對多種旋翼飛機提供了穩定的控制接口，通過mavros，ROS開發者可以通過上位機的節點對飛行器進行穩定的控制。同時，rosserial功能包的問世又為開發者提供了Arduino單片機的串口通信助手，為開發平臺的拓展性奠定了基礎，用戶可以通過簡單的連線以及自主開發實現如無人機云臺開發和無人機氣象站的開發

綜上所述，基于ROS的視覺四旋翼開發平臺所需的技術已經足夠成熟，可以研發適用于高校學生的版本，作為大學自動化等相關專業的高水平實驗室教具。

國內的阿木實驗室開發并售賣的P系列無人機開發平臺使用安裝了ROS的英偉達計算板卡與Intelrealsense(t265作為視覺里程計、D435作為深度攝像頭獲取深度信息)開發的科研無人機開發學習平臺。采用多種傳感器實現開發演示功能，如：t265視覺里程計、d435深度攝像頭、思嵐科技激光雷達、TFmini激光模塊等。

現有的用戶較多的產品在利用深度視覺開發時通常采用的方案是將D435作為深度相機，輸出深度信息用于生成地圖，而無人機本身的位置信息(室內應用開發)則是利用另一個雙目攝像頭t265單獨處理圖像，解算圖像特征點得到的。兩個攝像頭的信息還需經過坐標轉換處理才輸入路徑規劃器被調用。而深度相機本身不僅可以處理深度信息為點云信息，也能將圖像中的特征點進行解算得到無人機自身的室內位置信息，因此，現有的這種解決方案為開發過程增加了不必要的成本，擠占了科研無人機上本身就并不算多的空間，不便于用戶進行自己的硬件與機械結構拓展。

現今，市面上較多見的科研無人機平臺的硬件部分沒有足夠的可拓展性，未能考慮到多種開源硬件平臺之間已經建立了有效且可靠的通信方案，不能滿足用戶自主添加如舵機貨倉、氣體傳感器等外設的需求

本發明需要解決科研無人機機身視覺傳感器冗余而導致的搭建成本偏高以及機身機械結構不夠簡潔、空間小、可拓展性差的問題。

同時解決用戶不能基于單片機等嵌入式系統開發拓展硬件實現新功能并被ROS調用的問題，提高科研無人機的可拓展性。

發明內容