[发明专利]一种全自主控制入室环境避障导航微型飞行器

说明书

 

技术领域

本发明属于一种特种飞行器，尤其涉及一种无需无线电外部控制的、自动控制入室、并能避障全自主导航的微型飞行器。

背景技术

目前的无人机和微型飞行器都离不开无线电遥控遥测装置，尚不具备自主识别环境避开障碍物飞行的功能。微型飞行器未来发展的一个方向，是从户外飞行发展到建筑物间避障自主飞行和入室自主识别环境避免碰撞的飞行，即发展一种入室自主飞行的侦察装置。目前的无人机与微型飞行器已具备一定的自动飞行控制能力，通常尚离不开卫星导航接收机（如GPS或北斗导航接收机），而室内飞行，卫星导航接收装置无效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种全自主控制入室环境避障导航微型飞行器，该飞行器具备在离窗口附近起飞后，自动识别窗口并入室，自动识别室内环境，自主避免与墙壁或其他障碍物的碰撞，并根据室内环境全自主规划路径与自主导航飞行能力。

本发明所述的一种全自主控制入室环境避障导航微型飞行器，包括机身、机架、撑杆、全自主控制系统、动力装置组和电源组；

所述机架安装在机身下部，四根撑杆两两对角支撑在机身上，所述动力装置组包括四个动力装置，每个动力装置由安装于撑杆的无刷电动机、连接于无刷电动机轴的螺旋桨和与无刷电动机相连的电子调速器组成；

所述全自主控制系统包括安装于机身上的环境识别传感器组和安装于机身内部的控制模块，环境识别传感器组与控制模块输入端相连，而控制模块输出端与电子调速器的输入端连接，电子调速器的输出端与无刷电动机连接；

所述电源组包括电池和与电源连接的电源分配器，电源分配器再分别连接各动力装置及全自主控制系统。

所述环境识别传感器组包括一个二维激光扫描测距仪、一个微型超声波测距仪、一个前视摄像机和一个下视摄像机，分别安装于机身上部、下部、前部和前下部，4个环境识别传感器都与控制模块电路连接。

所述控制模块包括微型计算机处理器以及分别与该微型计算机处理器连接的三轴微型陀螺、三轴微型加速度计和三轴微型磁力计。

本发明相比现有技术，具有以下优点：

1、具有双路（前视、下视）环境图像识别系统；

2、具有两种测距传感器（二维激光扫描、超声波）组合的障碍识别系统；

3、无需卫星接收机导航；

4、具有集惯性、磁和微型计算机处理器（DSP）组合控制模块，可实现无需无线电外部控制的全自主飞行；

5、适于室内飞行的微型飞行器。

附图说明

图1：全自主控制入室环境避障导航微型飞行器主视图；

    图2：全自主控制入室环境避障导航微型飞行器俯视图；

图3：全自主控制微型飞行器系统组成；

图4：全自主控制微型飞行器硬件连接框图；

    图5：全自主微型飞行器控制系统；

    图6：四旋翼微型飞行器控制运动方向与速度示意图，包括；飞行器转动与受力方向，前飞控制原理和左（右）运动控制原理；

    图7：微型飞行器进入窗户的环境传感与识别原理示意图；

图8：室内走廊环境的透视图像与深度识别原理图；

图9：本发明研制的微型飞行器成功实现自动识别窗户飞入示意图；

图10：本发明研制的微型飞行器成功实现全自主弯道避障飞行示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

（1）本发明的全自主控制入室环境避障导航微型飞行器总体结构如图1、图2和图3所示，包括机体、环境识别传感器组、动力装置组和控制模块。其中机体包括中间的机身8、安装于机身的四个撑杆2、保护框3和机架1。为了保证尽可能减轻机体重量和保证承载的结构强度，机体的所有部件都是用碳纤维复合材料制成。

（2）动力装置组包括安装于机体四个撑杆2外端的四个独立的动力装置，每个动力装置包含一个无刷电动机4、一个电子调速器5和一个螺旋桨6。每个电子调速器5的输入端与控制模块7连接，电子调速器的输出端与无刷电动机连接以控制该电动机的转速；螺旋桨固定连接在无刷电动机的转轴上。电源组包括电池和电源分配器，电池采用可用于动力的聚合物锂电池，电源分配器既给4个动力装置供电，也为环境识别传感器组和控制模块供电。