[发明专利]基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置及方法，属于四旋翼无人机智能飞行控制领域。该避障飞行装置包括双层动态障碍物检测模块、避障飞行决策模块和避障飞行微控制器，所述双层动态障碍物检测模块上下两层，每层装有一个舵机，每个舵机上安装有四个均匀分布的声呐传感器；所述避障飞行决策模块包括顺序连接的避障速度矢量生成模块、飞控输入转换模块和飞控通信模块。本发明通过8个声呐传感器和舵机的转动可以得到12个均匀间隔的角度的障碍物信息，减少了传感器的个数，节省了成本；仅仅使用了8路AD转换接口和2路PWM输出接口，避免了占用避障飞行微控制器过多的外围接口资源。

技术领域

本发明涉及一种基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置及方法，属于四旋翼无人机智能飞行控制领域。

背景技术

四旋翼无人机(QuadRotor)是一种新型的旋翼类无人机，四旋翼无人机具有操纵简单、起降要求低、成本低廉等优点。在过去十几年中，随着其他领域，如传感器、微处理器、材料科学技术、飞行控制理论的发展，四旋翼无人机更是迎来了迅猛的发展。当前，四旋翼无人机的飞行控制理论已经基本成熟，简单的飞行控制问题已经得到了解决，四旋翼无人机的应用范围越来越广泛，但是飞行安全性问题一直没能得到很好的解决，实现避障飞行就是提高飞行安全性的一种方法。目前四旋翼无人机一般都是通过操作者遥控控制的，在距离操作者很远，未知的飞行环境下，很容易碰撞到障碍物，从而坠毁，对公共财产和行人的安全造成威胁；当四旋翼无人机在室内飞行时，由于没有GPS信号，或者操作者反应不及时，很容易飞行失去控制，对室内人员造成伤害。当四旋翼无人机没有解决避障飞行问题时，即使它的用途十分广泛，也会极大地限制四旋翼无人机的使用。

避障飞行是保证四旋翼无人机安全飞行的重要一步，它在最近几年随着四旋翼无人机的迅猛发展也成为了研究热点。当前的避障飞行技术很多，例如基于光流、基于目标特征和基于双目视觉的避障飞行技术，这些技术很多都是处于理论研究阶段，成本比较高，实用性不强。避障的关键是检测障碍物的距离，声呐传感器已经成功应用于移动机器人上的避障行走，该传感器硬件接口简单，工作频率可以满足实时性的要求，也可以用于四旋翼无人机的避障飞行。

发明内容

本发明提出了一种基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置及方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置及方法，包括双层动态障碍物检测模块、避障飞行决策模块和避障飞行微控制器，所述双层动态障碍物检测模块上下两层，每层装有一个舵机，每个舵机上安装有四个均匀分布的声呐传感器；所述避障飞行决策模块包括顺序连接的避障速度矢量生成模块、飞控输入转换模块和飞控通信模块，声呐传感器的数据通过AD转换接口传输给避障飞行微控制器，避障飞行微控制器和避障速度矢量生成模块连接。

所述声呐传感器固定在圆环上，每两个传感器之间间隔90°。

所述上下两组传感器的初始位置错开30°。

基于双层声呐传感器的四旋翼无人机避障飞行装置的控制方法，包括如下步骤：