CN104656665B - 一种新型无人机通用避障模块及步骤 - Google Patents

Abstract

一种新型无人机通用避障模块，本发明由距离传感器，惯性传感器、单片机以及无线通信模块组成；其连接结构为：距离传感器，惯性传感器、无线通信模块、分别连接单片机；单片机还分别连接无人机飞控、遥控接收机；其中，距离传感器用于探测无人机与障碍物之间的距离，惯性传感器用于补偿因无人机飞行时的倾斜而引起的距离误差，无线通信模块负责传输无人机的飞行状态，单片机用于数据的处理。本发明的有益效果是，具有结构简单，稳定、可靠，可以有效避免无人机与障碍物的相撞，并且具有较高的普遍性，通个简单设置就能够安装在各类无人机上。

Description

一种新型无人机通用避障模块及步骤

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，可广泛用于各类无人机中。

背景技术

近年来，随着电子技术的发展，各类无人机层出不穷，无人机的保有量也直线上升。无人机广泛用于侦察、勘测、航拍、表演、巡线等各种场合，世界范围内有大量的无人机使用者及爱好者。

由于大部分无人机的使用者属于业余爱好者，在使用无人机的过程中会出现一系列的安全问题，其中最普遍的就是无人机与障碍物相撞而导致的无人机损坏以及对公共生命财产的威胁。对于大部分业余玩家来说，急需一套能够实现无人机避障功能的模块。

而当前市场上的大部分商业飞控都不是开源的，无法通过修改源码以及加装传感器来实现避障。开源飞控如APM，Pixhawk等随然源码开放，硬件上也留有接口，但是由于代码过于复杂，普通爱好者很难修改并使用，即使有专业人士修改后可以实现避障，但是随着固件的升级需要重新修改源码，费时费力且难度较高。而较简单的飞控如MWC、匿名四轴等虽然代码和硬件相对简单，但是其功能和留出的接口有限，难以满足广大无人机爱好者的要求。现在对无人机避障的相关研究较多，但这些研究成果不具有普遍性，即只能用于开发者使用的特殊的无人机上，无法实现模块化和商业化。

本发明提供一套简单的无人机避障模块，安装和使用都十分简单，可以有效避免无人机与障碍物的相撞，并且具有较高的普遍性，通个简单设置就能够安装在各类无人机上。

发明内容

本发明提供一种通用的无人机避障模块，安装在遥控信号解码器与无人机的飞行控制***中间，通过距离传感器实时探测并判断无人机前进方向上是否存在障碍物：如果未探测到障碍物或探测到的障碍物较远不对飞行安全构成威胁，避障模块会将解码后的遥控信号直接传送给无人机飞控，这时无人机直接由人工操控。如果在前进方向探测到的障碍物较近并判断已经对飞行安全构成威胁，避障模块会自动切断遥控器与飞控之间的通路，改由避障模块输出无人机的控制信号，避障模块会自动规划飞行路径，完成避障。完成避障并判断前进方向不存在撞机危险后，避障模块会打开遥控器与飞控之间的通路，将无人机的控制权交还给使用者。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型无人机通用避障模块，本发明特征是，由距离传感器，惯性传感器（加速度计、陀螺仪）、单片机以及无线通信模块组成；其连接结构为：距离传感器，惯性传感器、无线通信模块、分别连接单片机，惯性传感器还与无线通信模块连接；单片机还分别连接无人机飞控、遥控接收机；其中，距离传感器用于探测无人机与障碍物之间的距离，惯性传感器用于补偿因无人机飞行时的倾斜而引起的距离误差，无线通信模块负责传输无人机的飞行状态，单片机用于数据的处理，其工作步骤为：

步骤1：无人机飞行过程中，距离传感器会实时检测前方障碍物的距离，单片机通过滤波算法修正该距离，然后再根据惯性传感器的值计算飞机当前时刻的姿态角度，从而补偿因飞行过程中飞机倾斜而造成的距离误差；并将该距离通过无线模块传输至地面；

步骤2：程序会判断当前时刻的距离是否对飞行安全构成了威胁，如果构了威胁，转步骤3，如未构成威胁，转步骤6；

步骤3：单片机会切断解码器与飞控之间的通路，获得无人机的控制权，程序会按照预先设定好的避障方向控制无人机上下或左右飞行；

步骤4：当判断已经达到安全距离的时候，避障模块会运行内部的避障算法规划飞行路径，并控制无人机绕过障碍物；

步骤5：当判断绕过障碍物后，避障模块控制无人机回到之前前进方向的直线上，并将控制权交还给用户，至此避障完成；

步骤6：用户继续控制无人机飞行，回到步骤1。

本发明安装在遥控信号的解码器与无人机的飞行控制***中间，通过对遥控信号进行处理，再将处理后的信号发送给无人机的飞控，以完成对无人机飞行的控制。

本发明通过距离传感器实时测量飞行前进方向上的障碍物与无人机之间的距离，并将数据传输给避障模块上的单片机进行数据处理。数据处理过程中对传回来的数据进行滤波，以获得当前时刻更准确的无人机与障碍物的距离信息。同时将惯性传感单元测量到的数据发送给单片机，通过解算可以得到当前时刻无人机的姿态角度。将算得的姿态角与无人机与障碍物的距离进行数据融合，可以补偿由于无人机飞行时由于倾斜而导致的距离误差。程序会判断经过补偿后较为准确的无人机与障碍物之间的距离是否会对飞行安全构成威胁。如果判断未对飞行安全构成威胁，避障模块不会对解码器发送来的信号进行处理，直接将信号发送给飞控；如果避障模块判断前方障碍物会对无人机的飞行安全构成威胁，则会切断解码器与飞控之间的直接通路，从而获得无人机的控制权，通过按照预先设定的避障方式绕开障碍物，当避障模块判断障碍物已被绕过并且前方不存在障碍物或前方的障碍物暂未对飞行安全构成威胁后，避障模块会打开解码器与飞控之间的通路，将无人机的控制权交还给用户。无线通信模块可以将当前的飞行数据实时发送给无人机的操作者，可以让操作者知道当前时刻无人机与障碍物的距离以及无人机是处在正常飞行模式或者避障模式下。

本发明的有益效果是，具有结构简单，稳定、可靠，可以有效避免无人机与障碍物的相撞，并且具有较高的普遍性，通个简单设置就能够安装在各类无人机上。

附图说明

图1是本发明的***结构图。

图2是本发明的无人机避障过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1，一种新型无人机通用避障模块，本发明特征是，由距离传感器，惯性传感器（加速度计、陀螺仪）、单片机以及无线通信模块组成；其连接结构为：距离传感器，惯性传感器、无线通信模块、分别连接单片机，惯性传感器还与无线通信模块连接；单片机还分别连接无人机飞控、遥控接收机；其工作步骤为：（如图2）

步骤1：无人机飞行过程中，距离传感器会实时检测前方障碍物的距离，单片机通过滤波算法修正该距离，然后再根据惯性传感器的值计算飞机当前时刻的姿态角度，从而补偿因飞行过程中飞机倾斜而造成的距离误差；并将该距离通过无线模块传输至地面；

步骤2：程序会判断当前时刻的距离是否对飞行安全构成了威胁，如果构了威胁，转步骤3，如未构成威胁，转步骤6；

步骤3：单片机会切断解码器与飞控之间的通路，获得无人机的控制权，程序会按照预先设定好的避障方向控制无人机上下或左右飞行；

步骤4：当判断已经达到安全距离的时候，避障模块会运行内部的避障算法规划飞行路径，并控制无人机绕过障碍物；

步骤5：当判断绕过障碍物后，避障模块控制无人机回到之前前进方向的直线上，并将控制权交还给用户，至此避障完成；

步骤6：用户继续控制无人机飞行，回到步骤1。

本发明安装在遥控信号的解码器与无人机的飞行控制***中间，通过对遥控信号进行处理，再将处理后的信号发送给无人机的飞控，以完成对无人机飞行的控制。

本发明通过距离传感器实时测量飞行前进方向上的障碍物与无人机之间的距离，并将数据传输给避障模块上的单片机进行数据处理。数据处理过程中对传回来的数据进行滤波，以获得当前时刻更准确的无人机与障碍物的距离信息。同时将惯性传感单元测量到的数据发送给单片机，通过解算可以得到当前时刻无人机的姿态角度。将算得的姿态角与无人机与障碍物的距离进行数据融合，可以补偿由于无人机飞行时由于倾斜而导致的距离误差。程序会判断经过补偿后较为准确的无人机与障碍物之间的距离是否会对飞行安全构成威胁。如果判断未对飞行安全构成威胁，避障模块不会对解码器发送来的信号进行处理，直接将信号发送给飞控；如果避障模块判断前方障碍物会对无人机的飞行安全构成威胁，则会切断解码器与飞控之间的直接通路，从而获得无人机的控制权，通过按照预先设定的避障方式绕开障碍物，当避障模块判断障碍物已被绕过并且前方不存在障碍物或前方的障碍物暂未对飞行安全构成威胁后，避障模块会打开解码器与飞控之间的通路，将无人机的控制权交还给用户。无线通信模块可以将当前的飞行数据实时发送给无人机的操作者，可以让操作者知道当前时刻无人机与障碍物的距离以及无人机是处在正常飞行模式或者避障模式下。

Claims (1)

1.一种新型无人机通用避障模块，其特征是，由距离传感器，惯性传感器 、单片机以及无线通信模块组成；其连接结构为：距离传感器，惯性传感器、无线通信模块、分别连接单片机；单片机还分别连接无人机飞控、遥控接收机；其中，距离传感器用于探测无人机与障碍物之间的距离，惯性传感器用于补偿因无人机飞行时的倾斜而引起的距离误差，无线通信模块负责传输无人机的飞行状态，单片机用于数据的处理，其工作步骤为：

步骤1：无人机飞行过程中，距离传感器会实时检测前方障碍物的距离，单片机通过滤波算法修正该距离，然后再根据惯性传感器的值计算飞机当前时刻的姿态角度，从而补偿因飞行过程中飞机倾斜而造成的距离误差，并将该距离通过无线模块传输至地面；

步骤2：程序会判断当前时刻的距离是否对飞行安全构成了威胁，如果构了威胁，转步骤3，如未构成威胁，转步骤6；

步骤3：单片机会切断解码器与飞控之间的通路，获得无人机的控制权；程序会按照预先设定好的避障方向控制无人机上下或左右飞行；

步骤4：当判断已经达到安全距离的时候，避障模块会运行内部的避障算法规划飞行路径，并控制无人机绕过障碍物；

步骤5：当判断绕过障碍物后，避障模块控制无人机回到之前前进方向的直线上，并将控制权交还给用户，至此避障完成；

步骤6：用户继续控制无人机飞行，回到步骤1。