CN110375747A - 一种室内无人机的惯导*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内无人机的惯导***，它包括处理器模块、惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块，所述处理器模块分别与惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块连接；所述惯导测量模块由姿态检测模块及超声波模块构成。本发明采用对空、对地双光流模块作为观测传感器，能够有效避免在条纹、单色情况下单光流失效的情况。本发明具有制作简单、使用方便、成本较低的特点，对于室内无人机的定位具有良好效果。

Description

一种室内无人机的惯导***
技术领域
本发明涉及室内四旋翼无人机及惯性导航领域,具体是一种采用双光流模块进行观测并采用摄像头模块进行检测和标定的室内惯性导航***。
背景技术
无人机技术正在随着控制***的发展而不断革新，而控制的稳定性很大程度上取决于观测传感器的稳定性，在室外的无人机往往选取GPS***作为稳定的观测传感器，而由于GPS信号在室内会产生强烈衰减和多径失真，最终导致室内GPS定位出现巨大偏差。在室内，因为光流模块可以通过测量光点移动速度来转化为无人机的相对位移，摄像头模块可以检测标志物来确定绝对坐标，因此通过光流模块与摄像头模块相结合的方式即可较为准确的对无人机进行室内定位。
而室内环境中，有时会出现条纹、白色地面等极端情况，会极大的干扰光流对相对位移的检测，因此采用双光流模块进行对空、对地两个方向的检测并利用卡尔曼滤波器等余度技术，从而提高光流测量相对位移的准确性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种室内无人机的惯导***，使用时，首先读取姿态检测模块数据并解算从而获得无人机的角度信息，并使用角度信息对超声波模块测得距离信息进行倾角补偿，从而得到无人机的高度信息，然后读取双光流模块的光流数值并进行解算和旋转补偿，将两光流补偿后的数值与无人机加速度信息送入双观测量卡尔曼滤波器进行融合，最终可以得到稳定的无人机相对速度，积分后可得稳定的相对位移数据，另外，使用摄像头模块对地面标志点进行检测，并通过摄像头的内外参数换算得出无人机的绝对位置信息，将相对位移和绝对位置相结合即可进行稳定可靠的室内定位。本发明具有制作简单、使用方便的优点，提高了室内无人机定位的准确度和稳定度。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种室内无人机的惯导***，特点是：该***包括处理器模块、惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块；所述处理器模块分别与惯导测量模块、双光流模块、摄像头模块连接；其中：所述惯导测量模块由姿态检测模块及超声波模块构成，所述双光流模块由对空光流模块及对地光流模块构成；其中：
所述姿态检测模块上设有引脚VCC、引脚GND、引脚SCL、引脚SDA；
所述超声波模块上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述对空光流模块上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述对地光流模块上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述摄像头模块上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述处理器模块设有引脚VCC、引脚GND、引脚PD4、引脚PD5、引脚PD6、引脚PD7、引脚PA0、引脚PA1、引脚PA6、引脚PA7、引脚PC6及引脚PC7，其中，引脚VCC、引脚GND分别与姿态检测模块、超声波模块、对空光流模块、对地光流模块、摄像头模块的引脚VCC、引脚GND对应连接；引脚PA6、引脚PA7与姿态检测模块的引脚SDA、引脚SCL对应连接；引脚PD4、引脚PD5与超声波模块的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PD6、引脚PD7与对空光流模块的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PA0、引脚PA1与对地光流模块的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PC6、引脚PC7与摄像头模块的引脚TX、引脚RX对应连接。
本发明通过对空、对地双光流检测方式提升在室内测量相对位移的准确度和稳定性，尤其是对于地面出现条纹、白板等光流失效场合具有更好的适应性，并通过摄像头模块检测标志点的方式进行绝对位置的标定，将两种方式结合从而优化室内定位的精准度，为解决室内GPS定位失效的问题提供了一种解决方案。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明的处理器模块示意图；
图3为本发明的姿态检测模块示意图；
图4为本发明的超声波模块示意图；
图5为本发明的对空光流模块示意图；
图6为本发明的对地光流模块示意图；
图7为本发明的摄像头模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
参阅图1，本发明包括处理器模块1、惯导测量模块2、双光流模块3、摄像头模块4；所述处理器模块1分别与惯导测量模块2、双光流模块3、摄像头模块4连接；其中：所述惯导测量模块2由姿态检测模块5、超声波模块6构成，所述双光流模块3由对空光流模块7、对地光流模块8构成。本实施例处理器模块1采用TM4C123G处理器。
参阅图2-7，本实施例所述姿态检测模块5采用MPU6050姿态检测模块，姿态检测模块5上设有引脚VCC、引脚GND、引脚SCL、引脚SDA。
所述超声波模块6采用US100超声波模块，超声波模块6上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX。
所述对空光流模块7采用LC306光流模块，对空光流模块7上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX。
所述对地光流模块8采用LC306光流模块，对地光流模块8上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX。
所述摄像头模块4采用OPENMV4模块，摄像头模块4上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX。
所述处理器模块1采用TM4C123G处理器，处理器模块1设有引脚VCC、引脚GND、引脚PD4、引脚PD5、引脚PD6、引脚PD7、引脚PA0、引脚PA1、引脚PA6、引脚PA7、引脚PC6、引脚PC7，其中引脚VCC、引脚GND分别与姿态检测模块5、超声波模块6、对空光流模块7、对地光流模块8、摄像头模块4的引脚VCC、引脚GND对应连接，引脚PA6、引脚PA7与姿态检测模块5的引脚SDA、引脚SCL对应连接，引脚PD4、引脚PD5与超声波模块6的引脚TX、引脚RX对应连接，引脚PD6、引脚PD7与对空光流模块7的引脚TX、引脚RX对应连接，引脚PA0、引脚PA1与对地光流模块8的引脚TX、引脚RX对应连接,引脚PC6、引脚PC7与摄像头模块4的引脚TX、引脚RX对应连接。
本实施例是这样应用的：
通过对空、对地双光流检测方式来提升在室内测量相对位移的准确度和稳定性，并通过摄像头模块检测标志点的方式进行绝对位置的标定，将两种方式结合从而优化室内定位的精准度。
参阅图1，惯导测量模块2，利用MPU6050姿态检测传感器测量无人机的三轴加速度以及三轴的角速度信息，从而可以解算得出无人机的角度信息，作为指导无人机运动的基础数据；超声波模块6，用于检测高度信息；对空光流模块7，用于检测无人机上方的光流变化情况，从而得到对空光流观测速度；对地光流模块8，用于检测无人机下方的光流变化情况，从而得到对地光流观测速度；摄像头模块4，采用视觉算法检测地面标志物，且地面标志物的绝对位置已知，然后利用摄像头的内外参数换算得出无人机的绝对位置信息；处理器模块1，连接并控制惯导检测模块2、双光流模块3、摄像头模块4，最终完成无人机室内位置的计算。
具体工作情况如下，使用时，处理器模块1首先读取姿态检测模块数据，然后对读取出的加速度信息和角速度信息在处理器模块1中进行解算，得出无人机角度信息；接下来，处理器模块1读取超声波模块6数据，然后使用超声波测距信息和已得到的无人机角度信息进行角度补偿，得到准确的高度信息；接下来，处理器模块1读取双光流模块7数据，在处理器模块1中，将对空、对地的两个光流模块的光流数据解算为光流角速度信息，并与姿态检测模块5得到的角速度信息进行补偿，得到对空、对地的准确光流角速度信息，然后与已得到的高度信息相乘即可得到对空、对地光流的速度信息，将对空、对地两个光流速度信息与加速度信息送入在处理器模块1中的卡尔曼滤波器进行融合后即可得到无人机的稳定相对速度，积分后即可得到无人机的稳定相对位移；另一方面，采用摄像头模块4实时检测地面标志点，地面标志点已设置好绝对坐标，当摄像头识别出标志点则通过摄像头的内参外参即可换算出无人机绝对坐标，并将此坐标传输给处理器模块1。因此，处理器模块1可通过结合相对位移和绝对坐标来完成无人机的室内定位，并具有较好的稳定性和准确性。

Claims (1)

1.一种室内无人机的惯导***，其特征在于，该***包括处理器模块（1）、惯导测量模块（2）、双光流模块（3）及摄像头模块（4）；所述处理器模块（1）分别与惯导测量模块（2）、双光流模块（3）、摄像头模块（4）连接；其中：所述惯导测量模块（2）由姿态检测模块（5）及超声波模块（6）构成，所述双光流模块（3）由对空光流模块（7）及对地光流模块（8）构成；其中：
所述姿态检测模块（5）上设有引脚VCC、引脚GND、引脚SCL、引脚SDA；
所述超声波模块（6）上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述对空光流模块（7）上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述对地光流模块（8）上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述摄像头模块（4）上设有引脚VCC、引脚GND、引脚RX、引脚TX；
所述处理器模块（1）设有引脚VCC、引脚GND、引脚PD4、引脚PD5、引脚PD6、引脚PD7、引脚PA0、引脚PA1、引脚PA6、引脚PA7、引脚PC6及引脚PC7，其中，引脚VCC、引脚GND分别与姿态检测模块（5）、超声波模块（6）、对空光流模块（7）、对地光流模块（8）、摄像头模块（4）的引脚VCC、引脚GND对应连接；引脚PA6、引脚PA7与姿态检测模块（5）的引脚SDA、引脚SCL对应连接；引脚PD4、引脚PD5与超声波模块（6）的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PD6、引脚PD7与对空光流模块（7）的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PA0、引脚PA1与对地光流模块（8）的引脚TX、引脚RX对应连接；引脚PC6、引脚PC7与摄像头模块（4）的引脚TX、引脚RX对应连接。
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