[发明专利]基于室内环境的无人机定点控制方法及装置、无人机

说明书

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于室内环境的无人机定点控制方法及装置、无人机。

背景技术

小型无人机大多采用的MEMS惯性测量作为导航装置，在室外的环境中还可以加装GPS作为位置的测量装置，由于GPS是通过微波信号进行传输，在室内的环境中，受建筑物的遮挡，金属桁架等的屏蔽，GPS接收接收机搜不到卫星信号或者信号很弱，无法准确的定位自己的位置。现有的技术在室内环境中，解决避障的问题是通过增加传感器的数量，并没有从根本上优化控制算法。

综上所述，现有技术存在的问题是：在室内的环境中，GPS接收不到卫星信号或者信号很弱，无法准确的定位自己的位置并进行控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于室内环境的无人机定点控制方法及装置、无人机。

本发明是这样实现的，一种基于室内环境的无人机定点控制方法，所述基于室内环境的无人机定点控制方法包括以下步骤：

步骤一，将传感器采集获取的数据进行滤波和融合，获得稳定的传感器数据，通过姿态转换矩阵获取当前的姿态值；

步骤二，导航模块将获取的姿态数据传递给飞行控制器，控制器通过PID控制和自适应算法获得相应的控制参数，输出每个轴的控制指令，传递给电子调速器；

步骤三，光流传感器获取机体当前所在的位置点，为了能够确保飞机稳定的悬停在当前的位置，需要将获得的光流传感器数据进行多次采集并滤波处理，获得当前稳定的位置点；

步骤四，通过采集到的位置点变化，来确定无人机在飞行的过程中是否满足给定的速度约束，采用自适应控制算法来稳定无人机的飞行速度。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于室内环境的无人机定点控制方法的基于室内环境的无人机定点控制装置，所述基于室内环境的无人机定点控制装置包括：三轴传感器、飞行控制器、光流传感器、超声波传感器。

光学流动传感器，用于计算光学流，通过在飞行场地中铺设高对比度的花布，实现定位感光；

超声波传感器，用于修正气压计所测量的高度误差。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于室内环境的无人机定点控制方法的无人机，所述无人机包括：电源模块、电池、电机、电机驱动模块、多个超声波测距传感器、光流传感器、温度传感器、陀螺仪、控制芯片；

电池与电源模块、电机和控制芯片分别相连，电机驱动模块的一端与电机相连，另一端与控制芯片的脉冲宽带调制单元相连，用于在脉冲宽带调制单元输出的PWM脉冲信号的控制下驱动电机工作；

多个超声波传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量超声波信号并传送至控制芯片；温度传感器与控制芯片的监测端口相连，用于测量室内的温度数据并传送至控制芯片；

陀螺仪与控制芯片的SPI接口相连，用于测量无人机的角速度并传送至控制芯片；控制芯片根据室内的温度数据对测量的超声波信号进行温度补偿，利用温度补偿后的超声波信号分别计算无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离，并根据无人机与室内的四壁、天花板和地板的距离反向定位出无人机的位置，以及控制芯片还用于根据无人机的角速度，计算无人机的姿态角。

进一步，所述姿态角包括：建立机体坐标系和导航坐标系，根据无人机的角速度计算无人机在机体坐标系和导航坐标系下，机体转动的旋转矩阵，根据旋转矩阵计算无人机的无人机姿态矩阵，并根据无人机姿态矩阵计算无人机的飞行姿态角。

本发明的优点及积极效果为：通过光流传感器测量有高对比度的在地面上铺设的花纹布，能够精确的确定当前的位置点，定位精度能够达到厘米级；实现定点飞行的功能，同时控制速度保持在一个合理的范围内(速度根据控制参数任意设置)，保证了飞行的安全性。通过光流传感器和高精度的超声波传感器，测量无人机当前的位置和所处的高度，飞行范围内的地面粘贴的有高对比度的花纹布，有利于光流传感器的识别。加装保护罩，能够保证飞行者的安全同时也对无人机本身形成保护，使无人机即使撞到障碍物也不会发生太大的损伤，保护无人机的各个组件不受破坏。本发明通过优化飞行控制算法，不仅检测障碍物，在检测到障碍物的同时，通过自适应控制算法，对无人机的速度、位置、高度等进行限制，能够做到在室内复杂环境下的安全稳定飞行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于室内环境的无人机定点控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的无人机结构示意图；

图中：1、保护网；2.、海绵保护垫；3、螺旋桨。

图3是本发明实施例提供的无人机室内飞行示意图。