CN112173104A - 一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，包括供电模块、开关电源、线性稳压器、TI单片机、六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器、无刷电机。本发明采用激光测距+光流定位，而激光单色性好、方向性强，以激光器作为光源进行测距，可显著减小重量和功耗，提高测距精度；利用光流测速再积分定位，可在室内实现对飞行器的高精度定位，整个***能够巡检电力线路及杆塔状态，发现异常时拍摄存储，任务结束传送到地面装置上显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，属于无人机领域。
背景技术
近几十年来，随着科学技术的进步及人们生活水平的不断提高，人们也开始从研究地面机器人转变为空中无人驾驶飞行器，即无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)。随着无人机技术的发展，人们开始追求实现更多功能如拍照、农用喷洒机、巡线飞行等。四旋翼无人机是一种具有良好的实用性和发展前景的微型飞行器，可以实现自动悬停、前飞、倒飞等操作。由于具有轻便快捷、成本低、巡航力强等优良的性能，在军事侦察、航空摄影、应急救援、信息获取等方面得以广泛应用。正是由于四旋翼无人机在国防、民用、商用等发展潜力巨大，目前对四旋翼无人机进行了大量研究和开发，研究主要体现在基于惯导的自主飞行、基于视觉的自主飞行和自主飞行器***设计这三个方面。近年来，四旋翼飞行器巡线飞行成为科研工作者研究的热门话题。
发明内容
本发明提供了一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，以用于将四旋翼的优势运用在巡线领域，并通过本申请构建的结构实现电力线路等的巡线。
本发明的技术方案是：一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，包括供电模块、开关电源、线性稳压器、TI单片机、六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器、无刷电机；其中供电模块供电经开关电源降压，线性稳压器将开关电源降压输入的电压进行稳压后输出给TI单片机、六轴姿态模块供电，TI单片机分别与六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器连接，电子调速器连接无刷电机。
还包括与TI单片机连接的交互模块。
所述供电模块采用3S铝电池，3S铝电池提供11.1V电压，后用开关电源降压为5V，再经过线性稳压器稳压输出3.3V为TI单片机和六轴姿态模块供电。
所述线性稳压器为RT9013。
所述TI单片机为TM4C123G。
所述六轴姿态模块为MPU6000。
所述光流定点模块为LC30X。
所述激光定高模块为TFMW。
所述视觉模块为OpenMV 4H7 Cam智能摄像头。
所述无刷电机为无刷直流电机。
本发明的有益效果是：常用的通过气压计+GPS传感器定位来估算飞行高度，其测量精度低，容易受到环境因素影响，且GPS定位精度受制于卫星数量，无法在室内使用，而本发明块采用激光测距+光流定位，而激光单色性好、方向性强，以激光器作为光源进行测距，可显著减小重量和功耗，提高测距精度；利用光流测速再积分定位，可在室内实现对飞行器的高精度定位，整个***能够巡检电力线路及杆塔状态，发现异常时拍摄存储，任务结束传送到地面装置上显示。
附图说明
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，包括供电模块、开关电源、线性稳压器、TI单片机、六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器、无刷电机；其中供电模块供电经开关电源降压，线性稳压器将开关电源降压输入的电压进行稳压后输出给TI单片机、六轴姿态模块供电，TI单片机输入端分别与六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块连接，单片机输出端与电子调速器连接，电子调速器连接无刷电机。
进一步地，可以设置还包括与TI单片机连接的交互模块。
进一步地，可以设置所述供电模块采用3S铝电池，3S铝电池提供11.1V电压，后用开关电源降压为5V，再经过线性稳压器稳压输出3.3V为TI单片机和六轴姿态模块供电。
进一步地，可以设置所述线性稳压器为RT9013。
进一步地，可以设置所述TI单片机为TM4C123G。TM4C123G是一款以ARM Cortex-M4为内核，主频为80MHZ的32位微控制器，搭配使用免费开源的实时操作***能对任务周期性精准的调用，从而实现更精准的控制。
进一步地，可以设置所述六轴姿态模块为MPU6000。它是一个三轴加速度和三轴陀螺仪传感器，采用SPI协议，提高控制精度。
进一步地，可以设置所述光流定点模块为LC30X。利用光流测速再积分定位，可在室内实现对飞行器的高精度定位。
进一步地，可以设置所述激光定高模块为TFMW。其单色性好、方向性强，以激光器作为光源进行测距，可显著减小重量和功耗，提高测距精度。
进一步地，可以设置所述视觉模块为OpenMV 4H7 Cam智能摄像头。它是一款小巧，低功耗，低成本的电路板，通过MicroPython脚本能轻松完成机器视觉应用。
进一步地，可以设置所述无刷电机为无刷直流电机。用电子换向取代机械换向，无磨损、效率高、可靠性高、寿命长，工作时需要配合无刷电调。4个无刷电机通过传动轴与4个旋翼分别连接，分别带动无人机的一个螺旋桨构成4个旋翼，用于控制4个旋翼的倾角。
本发明的工作原理是：TI单片机TM4C123G输出4路PWM(脉冲宽度调制)波调整控制4个电机的转速，从而改变两对相互交叉对称的旋翼转动和转向产生的上升力来实现各种飞行姿态。具体的：3S铝电池提供11.1V电压，后用开关电源降压为5V，最后经过线性稳压器RT9013稳压输出3.3V为TI单片机TM4C123G和六轴姿态模块供电。六轴姿态模块输出加速度与角速度信息并将其提供给TI单片机TM4C123G从而控制其飞行姿态，这是实现四旋翼飞行器平稳飞行的前提，两者之间采用SPI通信，其具有通信速度快的优点。再进一步地，可以根据需要四旋翼飞行器起飞至一米或者其它的高度(该高度通过激光定高模块进行定高)，后开始巡线检测，当视觉模块检测到异物时，TI单片机TM4C123G控制四个无刷电机的转速：如当四个无刷电机提供的升力恰好等于重力时，它就会驱动光流模块，在该点悬停下来，以防止撞到障碍物，同时视觉模块的数据传送至地面的交互模块，交互模块发送降落指令给TI单片机。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：包括供电模块、开关电源、线性稳压器、TI单片机、六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器、无刷电机；其中供电模块供电经开关电源降压，线性稳压器将开关电源降压输入的电压进行稳压后输出给TI单片机、六轴姿态模块供电，TI单片机分别与六轴姿态模块、光流定点模块、激光定高模块、视觉模块、电子调速器连接，电子调速器连接无刷电机。
2.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：还包括与TI单片机连接的交互模块。
3.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述供电模块采用3S铝电池，3S铝电池提供11.1V电压，后用开关电源降压为5V，再经过线性稳压器稳压输出3.3V为TI单片机和六轴姿态模块供电。
4.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述线性稳压器为RT9013。
5.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述TI单片机为TM4C123G。
6.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述六轴姿态模块为MPU6000。
7.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述光流定点模块为LC30X。
8.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述激光定高模块为TFMW。
9.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述视觉模块为OpenMV 4H7 Cam智能摄像头。
10.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的巡线机器人，其特征在于：所述无刷电机为无刷直流电机。
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