[发明专利]一种基于超声波测距技术的无人机、距离控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声波测距技术的无人机，其特征在于，所述无人机包括：传感器组、机臂、中心板和脚支架组成；所述机臂包括力臂套、力臂杆、电机座、电机和桨叶；所述传感器组设置于所述机臂的力臂杆上；所述电机固定在电机座上，所述桨叶固定在电机上，所述电机座固定在力臂杆一端，所述力臂杆另一端设置有力臂套，并通过力臂套与中心板连接，相邻所述机臂上的桨叶之间设有高度差，使相邻所述桨叶不处于同一水平面上；所述脚支架设置在中心板底部。

2.如权利要求1所述的超声波测距技术的无人机，其特征在于，所述力传感器组包括：若干个速度传感器和加速度传感器；所述速度传感器和加速度均均匀分布于所述力臂杆上。

3.如权利要求2所述的高续航多旋翼无人机，其特征在于：所述中心板包括上板、下板和脚支架套，所述上板和下板之间设有电源、电子调速器、GPS 模块、飞控模块、数传和分电板。

4.一种基于权利要求1至3之一所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统，其特征在于，所述系统包括：用于获取飞行器运行速度和运行加速度数据信息的传感器单元，用于获取飞行器和障碍物之间距离的距离测量单元和用于获取障碍物图像信息的图像处理单元；所述传感器单元、距离测量单元和图像处理单元分别信号连接于主控制器，所述主控制器用于根据各个单元发送过来的数据信息发送控制密令到运行控制系统控制飞行器的运行。

5.如权利要求4所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统，其特征在于，所述传感器单元包括：用于获取飞行器飞行速度的速度传感器和用于获取飞行器飞行加速度的加速度传感器；所述速度传感器和加速度传感器分别信号连接于主控制器。

6.如权利要求5所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统，其特征在于，所述距离测量单元包括：用于产生中央处理器时钟频率的外部晶振；所述外部晶振信号连接于用于处理系统数据信息的中央处理器；所述中央处理器分别信号连接于发射超声波信号的超声波发射头、用于连接外部调试机的调试接口、用于定位的定位单元以及用于对接收到的超声波进行处理的超声波接收处理单元。

7.如权利要求6所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统，其特征在于，所述超声波接收处理单元包括：接收返回超声波的超声波接收头；所述超声波接收头信号连接于对接收到的信号进行放大的信号放大器；所述信号放大器信号连接于用于带通滤波的带通滤波器；所述带通滤波器信号连接于用于对电压进行比较的电压比较器；所述电压比较器信号连接于中央处理器；所述中央处理器包括：阈值选取单元、发射波生成单元、接收波检波单元和数据融合单元；所述发射波生成单元，用于在超声波发射头上施加矩形脉冲电压，进而生成发射波通过超声波发射头发射出去；所述阈值选取单元，用于针对不同的测量情况进行阈值选取，提升系统的精度；所述接收波检波单元，用于对接收波进行检波；所述数据融合单元，用于对接收到的数据信息进行数据融合，得出最终的测距结果。

8.如权利要求7所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统，其特征在，所述图像处理单元包括：用于获取原始的图像信息的图像采集单元；所述图像采集单元信号连接于用于对图像进行锐化处理的图像锐化单元；所述图像锐化单元信号连接于用于对图像进行边缘阈值检测的边缘阈值检测单元；所述边缘阈值检测单元信号连接于对图像进行二值化的图像二值化单元；所述图像二值化单元信号连接于主控制器。

9.一种基于权利要求4至8之一所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，系统初始化；

步骤2：传感器单元获取飞行器的飞行的速度信息和飞行器飞行的加速度信息，将获取到的信息发送到主控制器；主控制器接收到信息后将信息暂存到闪存中；

步骤3：距离测量单元开始测量飞行器和障碍物之间的距离，将测量到的距离发送给主控制器；主控制器接收到信息后将信息暂存到闪存中；

步骤4：图像处理单元开始采集障碍物的图像信息并进行图像处理，将处理后的图像发送到主控制器；主控制器接收到图像信息后将获取的图像信息进行暂存；

步骤5：主控制器根据接收到的图像信息判断障碍物的大小，根据接收到的距离信息和飞行器飞行的加速度和速度信息得出抵达障碍物的时间，进而发出控制命令，控制飞行器的运行。

10.如权利要求9所述的基于超声波测距技术的无人机的距离控制系统的方法，其特征在于，所述图像处理单元对图像进行处理的方法包括以下步骤：

步骤1：图像采集单元采集原始的图像信息，将原始的图像信息进行转换为数字图像信号；

步骤2：图像锐化单元对接收到的数字图像信号进行锐化处理，将锐化处理后的图像发送至阈值边缘检测单元；阈值边缘检测单元对接收到的图像进行阈值边缘检测，将处理后的结果发送至二值化单元；

步骤3：二值化单元对接收到的图像进行二值化处理，将处理后的图像发送至主控制器。