CN106483968B - 一种用于无人机自动降落的地表面识别装置 - Google Patents

一种用于无人机自动降落的地表面识别装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，属于控制领域，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路。三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁场传感器测量确定装置机体相对水平面的姿态，测距模块测量装置机体相对低表面的距离从而确定装置相对地表面的姿态。根据装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态可以确定地表面相对水平面的姿态。

Description

一种用于无人机自动降落的地表面识别装置
技术领域
本发明涉及控制领域，特别是涉及一种用于无人机自动降落的地表面识别装置 。
背景技术
近几年，无人机的发展势头十分猛烈，市场的需求也越来越大。军事、工业、农业以及消费类无人机开始广泛运用。然而目前无人机降落的方式大多是水平垂直降落，此种降落方式在倾斜的地面降落容易造成桨叶撞击地面毁坏无人机，在降落方面是一个不可忽视的问题。由此可见无人机降落时对降落地表面相对水平面的姿态识别十分重要。
因此需要为无人机设计一种能够自动识别地面，能根据地面的状况进一步调节桨叶，从而使得无人机在任何一种地形降落都不会损坏到桨叶。
发明内容
针对上述存在的不足，本发明提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置 。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路；
所述三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接；所述三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接；所述三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接；所述超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接；所述机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接；所述地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接；所述输出端口电路与无人机的控制器连接。
上述方案中，优选的是超声波测距模块包括四个超声波传感器和一块正方形或长方形的电路板，所述四个超声波传感器分别安装在电路板的四个角上。
上述方案中，优选的是输出端口电路为串口输出电路和I2C输出电路。
上述方案中，优选的是IIR滤波电路使用IIR低通滤波器。
本发明的优点与效果是：
本发明提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，通过三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁场传感器测量确定装置机体相对水平面的姿态，测距模块测量装置机体相对低表面的距离从而确定装置相对地表面的姿态；根据装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态可以确定地表面相对水平面的姿态；该装置装在无人机上，测量出的地表面相对水平面姿态数据和装置机体相对水平面姿态数据通过接口传输至无人机控制***，以便无人机根据地表面姿态做出相应的降落姿势。
附图说明
图1为本发明结构框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，如图1所示，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路。其中，卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路和机体相对地面分析电路为处理器的内部结构电路，处理器使用型号为STM32系列的单片机芯片或DSP的处理器。
三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接，三轴陀螺仪用于测量装置的横滚、俯仰和偏航角速度。三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接，三轴加速度传感器用于测量重力在装置坐标轴的分量。三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接，三轴磁场传感器测量装置的偏航角。超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接，超声波测距模块用于测量装置机体到地表面的距离。
卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接。卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接。卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接。机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接。地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接。输出端口电路与无人机的控制器连接，输出端口电路为串口输出电路和I2C输出电路。机体平衡分析电路用于解算装置机体相对水平面姿态；机体相对地面分析电路
处理器用于读取三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和测距模块的实时数据，并且通过处理计算这些数据得到装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态以及地表面相对水平面的姿态。处理器通过输出端口电路把这些姿态数据传输给无人机。
三轴陀螺仪传感器采集的数据通过卡尔曼滤波算法在卡尔曼滤波电路Ⅲ进行滤波。三轴加速度传感器采集的数据采用IIR低通滤波器滤波，三轴磁场传感器采用卡尔曼滤波算法在卡尔曼滤波电路Ⅰ中进行滤波。机体平衡分析电路使用陀螺仪传感器、加速传感器和三轴磁场传感器三种数据；姿态的俯仰角和横滚角使用陀螺仪和加速度传感器滤波后的数据融合求解，姿态的偏航角使用陀螺仪和磁场传感器滤波后的数据融合求解。
超声波测距模块测量的原始数据噪声、误差比较大，首先将数据进行温度补偿然后再进行卡尔曼滤波。超声波测距模块测出各超声波模块到地表面的四个距离可以确定装置机体相对地表面的姿态的俯仰角和横滚角，三轴磁场传感器的滤波后的数据可以求解出方位角，可以作为机体相对地表面的参考航向角。由上述可得出装置机体相对水平面姿态和机体相对地表面姿态，通过这两种姿态可解出地表面面相对水平面的姿态，此姿态输出供无人机飞控做降落参考数据，方便无人机做出相应的降落方式。超声波测距模块测量的距离数据可以作为无人机定高飞行做参考依据，亦可作为无人机下降速度做参考。
输出端口电路输出的数据有三种数据，分别为机体相对水平面姿态数据、地表面相对水平面姿态数据和机体哥超声波模块到地面的距离数据。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (1)

1.一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，其特征在于：包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路；
所述三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接；所述三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接；所述三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接；所述超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接；所述机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接；所述地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接；所述输出端口电路与无人机的控制器连接；
所述超声波测距模块包括四个超声波传感器和一块正方形或长方形的电路板，所述四个超声波传感器分别安装在电路板的四个角上；
所述输出端口电路为串口输出电路和I2C输出电路；
所述IIR滤波电路使用IIR低通滤波器。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112621762B (zh) * 2021-01-07 2022-04-08 太原理工大学 一种具有温度补偿功能的触觉感知采集***及其方法

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101916115A (zh) * 2010-07-27 2010-12-15 东北大学 一种微型共轴双旋翼飞行器控制装置及方法
CN103424115A (zh) * 2013-07-19 2013-12-04 上海理工大学 微小型飞行器地面试验姿态记录仪
CN103776451A (zh) * 2014-03-04 2014-05-07 哈尔滨工业大学 一种基于mems的高精度三维姿态惯性测量***以及测量方法
CN204116962U (zh) * 2014-01-08 2015-01-21 谢强 支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器
CN104335128A (zh) * 2012-03-30 2015-02-04 鹦鹉股份有限公司 用于用侧风和加速度计偏差估计和补偿来控制多旋翼的旋翼无人机的方法
CN104820429A (zh) * 2015-04-28 2015-08-05 南京航空航天大学 基于超声波距离检测的无人机避障***及其控制方法
CN105094138A (zh) * 2015-07-15 2015-11-25 东北农业大学 一种用于旋翼无人机的低空自主导航***
EP2980668A1 (en) * 2013-03-29 2016-02-03 Tokyo Keiki Inc. Work vehicle automatic steering system
CN105352505A (zh) * 2015-12-08 2016-02-24 北京健德乾坤导航***科技有限责任公司 室内无人机导航方法及无人机
CN105867400A (zh) * 2016-04-20 2016-08-17 北京博瑞爱飞科技发展有限公司 无人机的飞行控制方法和装置
CN106017463A (zh) * 2016-05-26 2016-10-12 浙江大学 一种基于定位传感装置的飞行器定位方法
CN106094868A (zh) * 2016-08-01 2016-11-09 杨珊珊 无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法
CN106094860A (zh) * 2016-08-29 2016-11-09 广西师范大学 四旋翼飞行器及其控制方法
CN106125761A (zh) * 2016-07-25 2016-11-16 深圳市鸿专科技有限公司 无人机导航***和导航方法
CN206311971U (zh) * 2016-12-13 2017-07-07 广西师范大学 一种用于无人机自动降落的地表面识别装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150285906A1 (en) * 2012-10-04 2015-10-08 Technology Service Corporation Proximity sensor
US9429954B2 (en) * 2013-12-20 2016-08-30 Google Inc. Flight control for an airborne wind turbine
US9875502B2 (en) * 2015-03-06 2018-01-23 Wal-Mart Stores, Inc. Shopping facility assistance systems, devices, and methods to identify security and safety anomalies

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101916115A (zh) * 2010-07-27 2010-12-15 东北大学 一种微型共轴双旋翼飞行器控制装置及方法
CN104335128A (zh) * 2012-03-30 2015-02-04 鹦鹉股份有限公司 用于用侧风和加速度计偏差估计和补偿来控制多旋翼的旋翼无人机的方法
EP2980668A1 (en) * 2013-03-29 2016-02-03 Tokyo Keiki Inc. Work vehicle automatic steering system
CN103424115A (zh) * 2013-07-19 2013-12-04 上海理工大学 微小型飞行器地面试验姿态记录仪
CN204116962U (zh) * 2014-01-08 2015-01-21 谢强 支持自动避障和定高飞行的四轴飞行器
CN103776451A (zh) * 2014-03-04 2014-05-07 哈尔滨工业大学 一种基于mems的高精度三维姿态惯性测量***以及测量方法
CN104820429A (zh) * 2015-04-28 2015-08-05 南京航空航天大学 基于超声波距离检测的无人机避障***及其控制方法
CN105094138A (zh) * 2015-07-15 2015-11-25 东北农业大学 一种用于旋翼无人机的低空自主导航***
CN105352505A (zh) * 2015-12-08 2016-02-24 北京健德乾坤导航***科技有限责任公司 室内无人机导航方法及无人机
CN105867400A (zh) * 2016-04-20 2016-08-17 北京博瑞爱飞科技发展有限公司 无人机的飞行控制方法和装置
CN106017463A (zh) * 2016-05-26 2016-10-12 浙江大学 一种基于定位传感装置的飞行器定位方法
CN106125761A (zh) * 2016-07-25 2016-11-16 深圳市鸿专科技有限公司 无人机导航***和导航方法
CN106094868A (zh) * 2016-08-01 2016-11-09 杨珊珊 无人飞行器的悬停控制装置及其悬停控制方法
CN106094860A (zh) * 2016-08-29 2016-11-09 广西师范大学 四旋翼飞行器及其控制方法
CN206311971U (zh) * 2016-12-13 2017-07-07 广西师范大学 一种用于无人机自动降落的地表面识别装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sheng Shouzhao等.Autonomous takeoff and landing control strategy for unmanned helicopter.《Acta Aeronautica et Astronautica Sinica》.2010,第31卷(第2期), *
Small low-cost unmanned aerial vehicle system identification: Brief sensor survey and data quality, consistency checking, and reconstruction;Nathan V. Hoffer等;《2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems》;20141231;全文 *
四旋翼无人飞行器控制***设计与实现研究;张智攀;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20160215(第02期);全文 *
多传感器融合的四旋翼飞行器关键技术研究;刘方滔;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20140415(第04期);全文 *
无人机图像自动拼接技术研究;罗玲;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20120915(第09期);全文 *

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